¹⁹F-MRT der Lungenventilation in Atemanhaltetechnik mittels SF₆-Gas

 

 Permissions and Reprints

Zusammenfassung.

Ziel: Entwicklung einer Methodik zur Darstellung der Lungenventilation mittels ¹⁹F-MRT und SF₆-Gas in Atemanhaltetechnik. Material und Methoden: ¹⁹F-MRT Messungen erfolgten an einem Siemens Magnetom Vision (1,5 T) mit konventionellem EPI-Booster. Koronare Bilder wurden ohne Schichtselektion mit einer ultraschnellen FLASH-Sequenz mit TR/TE/α = 1,4 ms/0,48 ms/40° aufgenommen. Bei NEX = 200 Akquisitionen und einer Rohdatenmatrix von 32 × 64 ergab sich eine Messzeit von 9 s. Eine höhere Ortsauflösung von 4,7 × 6,3 × 15 mm³ wurde mit einer 3D-FLASH Sequenz (TR/TE/α = 1,6 ms/0,48 ms/65°, NEX = 20) innerhalb von 49 s erzielt. Messungen erfolgten an drei anästhesierten und beatmeten Schweinen (18 kg) unter Beimischung von SF₆-Gas in das Inspirationsgas. Ergebnisse: Es ergab sich ein linearer Zusammenhang zwischen der SF₆-Konzentration und dem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Ohne Schichtselektion betrug das maximale SNR = 30,9, mit der 3D-Sequenz 14,9. Es wurden keine Unterschiede in der Verteilung des SF₆-Gases zwischen den beiden Lungen beobachtet. Schlussfolgerungen: Die räumliche Verteilung von SF₆-Gas in der Lunge konnnte erstmals innerhalb einer Atemanhalteperiode dargestellt werden. Die geringe Spindichte wird hierbei durch eine hohe Anzahl von Signalmittelungen kompensiert. Insgesamt erscheint die beschriebene Methodik als ein interessantes neues Verfahren zur bildgestützten Analyse der Verteilung der Lungenventilation, das mit geringem Aufwand realisiert werden kann und ohne Einsatz radioaktiver Substanzen auskommt.

Breathhold ¹⁹F-Magnetic Resonance Imaging of Lung Ventilation using SF₆ Gas.

Objective: Development of a method to analyze lung ventilation by ¹⁹F-magnetic resonance imaging (MRI) of inspired SF₆ gas during breathhold. Material and Methods: Measurements were performed with a Siemens Magnetom Vision 1.5T scanner using the conventional gradient overdrive. Coronal images of the lung were acquired using ultrafast gradient-echo pulse sequences with TR/TE/α = 1.4 ms/0.48 ms/40° without slice selection. With NEX = 200 averages and MA = 32 × 64 raw data matrix, the acquisition time was 9 s/image. Higher spatial resolution of 4.7 × 6.3 × 15 mm³ was obtained with a three-dimensional pulse sequence (TR/TE/α = 1.6 ms/0.48 ms/65°, NEX = 20) running for 49 s. Measurements wer performed in three anesthetized and ventilated pigs (18 kg). Results: A nearly linear relation between SF₆ concentration and ¹⁹F signal intensity was observed. The signal-to-noise ratio in images obtained without slice selection was 30.9, with slice selection it was 14.9. No differences between SF₆ distribution to both lungs were observed in the animals. Conclusion: Breathhold MRI of SF₆ gas distribution in the lung was demonstrated for the first time. The low spin-density was compensated for by highly repetitive signal averaging. Breathhold ¹⁹F-MR imaging of ventilated airspaces to assess SF₆ distribution in the human lung appears to be an interesting new method, which can be implemented with little technical efforts, and does not rely on radioactive isotopes.

Literatur

• 1 Albert M S, Cates G D, Driehuys B, Happer W, Saam B, Springer C S Jr, Wishnia A. Biological magnetic resonance imaging using laser polarized ¹²⁹Xe.  Nature. 1994;  370 199-201
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 2 Middleton H, Black R, Saam B, Cates G, Cofer G, Guenther B, Happer W, Hedlund L, Johnson G, Juvan K, Swartz J. MR imaging with hyperpolarized He-3 gas.  Magn Reson Med. 1995;  33 271-275
  PubMedGoogle Scholar
• 3 Kauczor H-U, Hofmann D, Kreitner K-F, Nilgens H, Surkau R, Heil W, Potthast A, Knopp M V, Otten E, Thelen M. Normal and abnormal pulmonary ventilation: visualization at hyperpolarized He-3 MR imaging.  Radiology. 1996;  201 564-568
  PubMedGoogle Scholar
• 4 Kauczor H-U, Ebert M, Kreitner K-F, Großmann T, Nilgens H, Hofmann D, Surkau R, Heil W, Otten E W, Thelen M. Helium-3-MRT der Lungenventilation: Erste klinische Anwendungen.  Fortschr Röntgenstr. 1997;  166 192-198
  PubMedGoogle Scholar
• 5 Schreiber W G, Weiler N, Kauczor H-U, Markstaller K, Eberle B, Hast J, Surkau R, Großmann T, Deninger A, Hanisch G, Otten E W, Thelen M. Ultraschnelle MRT der Lungenventilation mittels hochpolarisiertem Helium-3.  Fortschr Röntgenstr. 2000;  172 129-133
  PubMedGoogle Scholar
• 6 Rinck P A, Petersen S B, Lauterbur P C. NMR-Imaging von fluorhaltigen Substanzen. ¹⁹Fluor-Ventilations- und -Perfusionsdarstellungen.  Fortschr Röntgenstr. 1984;  140 239-243
  PubMedGoogle Scholar
• 7 Kuethe D O, Caprihan A, Fukoshima E, Waggoner R A. Imaging Lungs using inert fluorinated gases.  Magn Reson Med. 1998;  39 85-88
  PubMedGoogle Scholar
• 8 Rademacher P, Herigault R, Teisseire B, Harf A, Lemaire F. Low areas: V˙_A/Q˙ areas: arterial-alveolar N₂ difference and multiple inert gas elimination technique.  J Appl Physiol. 1988;  64 2224-2229
  PubMedGoogle Scholar
• 9 Wagner P D, Saltzmann H A, West J B. Measurement of continuous distributions of ventilation-perfusion ratios: theory.  J Appl Physiol. 1974;  36 588-599
  PubMedGoogle Scholar
• 10 EG-Sicherheitsdatenblatt Schwefelhexafluorid. Messer Griesheim GmbH Krefeld; 1999 SDB 110: Vers. 1.30
  Google Scholar
• 11 Edelman R R, Hatabu H, Tadamura E, Li W, Prasad P V. Noninvasive assessment of regional ventilation in the human lung using oxygen-enhanced magnetic resonance imaging. Nature Med 2: 1236-1239
  Google Scholar
• 12 Kuethe D O, Caprihan A, Gach H M, Lowe I J, Staub N, Fukushima E. Imaging obstructed ventilation with inert fluorinated gases. International Society for Magnetic Resonance in Medicine, 7^th Scientific Meeting.  Philadelphia; 1999: 2107
  Google Scholar

Dr. Wolfgang Schreiber

Klinik für Radiologie Johannes Gutenberg-Universität

Langenbeckstr. 1

55131 Mainz

Phone: 06131/17-5285

Fax: 06131/17-475285

Email: wolfgang.schreiber@radiologie.klinik.uni-mainz.de