Hypergepolariseerde 129Xe MRI voor beeldvorming van de longfunctie

Niet-invasieve beeldvorming van de longfunctie zal naar verwachting kritische inzichten opleveren die nodig zijn om vooruitgang te boeken bij het karakteriseren en behandelen van chronische longziekten. De huidige primaire diagnostische maatregel is longfunctietesten (PFT), die in het midden van de 19e eeuw werd geïntroduceerd, maar vandaag de dag nog steeds de standaardbehandeling is. PFT's hebben het voordeel dat ze niet-invasief en algemeen verkrijgbaar zijn, maar lijden onder een slechte gevoeligheid en hoge variabiliteit. PFT's zijn dus niet effectief bij het beoordelen van de therapeutische respons of ziekteprogressie op redelijke tijdschalen, gezien de frequente heterogeniteit van ziekte en de compensatiemechanismen van de longen.

Het is al lang bekend dat het verbeteren van de gevoeligheid een regionale beoordeling van de longen vereist. Daartoe bieden methoden, zoals computertomografie (CT), inzicht in de longstructuur, maar moet de longfunctie worden afgeleid. Een grotere zorg is echter de hoge stralingsdosis die gepaard gaat met CT, die frequente longitudinale follow-upbeeldvorming uitsluit. Als alternatief is regionale beeldvorming van zowel ventilatie als perfusie mogelijk met behulp van nucleair geneeskundige technieken zoals planaire scintigrafie, single photon computed tomography (SPECT) of positronemissietomografie (PET). Net als bij CT-beeldvorming stellen al deze modaliteiten de patiënt echter bloot aan ioniserende straling en kunnen ze niet serieel worden toegepast zonder een dwingende klinische noodzaak. Bovendien lijden deze modaliteiten voor nucleaire beeldvorming aan een slechte ruimtelijke en temporele resolutie.

De belangrijkste rol voor HP 129Xe MRI is dat het niet-invasieve beeldvorming met hoge resolutie mogelijk maakt van alle aspecten van de longstructuur en -functie. We hebben onlangs aangetoond dat HP 129Xe MRI pulmonale ventilatie met hoge resolutie kan visualiseren, evenals het vermogen om afwijkingen van de alveolaire microstructuur te tonen die geassocieerd zijn met het emfyseemfenotype van COPD. We hebben ook de fundamenteel nieuwe mogelijkheid aangetoond om de opname van 129Xe in het longcapillaire bloed en weefsels direct te visualiseren, wat een nog completer beeld van de longfunctie kan geven door regionale gasuitwisselingsinformatie te leveren.

Xenon is een edelgas dat niet chemisch door het lichaam wordt veranderd. Een kleine fractie van de ingeademde Xe wordt opgenomen in de bloedbaan en heeft gedocumenteerde anesthetische effecten bij matige concentraties. De gasniveaus die in dit protocol worden gebruikt, vallen binnen de eerder afgeleide veilige limieten voor zowel dieren als mensen. De stabiele isotoop 129Xe kan worden gehyperpolariseerd, wat een middel is om het bruto MRI-signaal met een factor ∼ 100.000 te versterken. Een dergelijke signaalverbetering maakt het mogelijk om het ingeademde gas in beeld te brengen met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie. Bovendien maken de eigenschappen van 129Xe het mogelijk om beelden te verkrijgen met meerdere vormen van contrast, waaronder ventilatie, microstructuur van de longen en regionale gasuitwisseling. Omdat 129Xe MRI geen ioniserende straling gebruikt en alleen een geïnhaleerd gascontrastmiddel, kan het worden gebruikt in longitudinale onderzoeken om de effecten van therapie te testen of de progressie van de ziekte niet-invasief te volgen.