Hyperpolarisert 129Xe MR for avbildning av lungefunksjon

Ikke-invasiv avbildning av lungefunksjon forventes å gi kritisk innsikt som er nødvendig for å stimulere fremgang i karakterisering og behandling av kroniske lungesykdommer. Det nåværende primære diagnostiske tiltaket er lungefunksjonstesting (PFT), som ble introdusert på midten av 1800-tallet, men fortsatt er standarden for omsorg i dag. PFT-er har fordelen av å være ikke-invasive og allment tilgjengelige, men lider av dårlig følsomhet og høy variabilitet. Dermed er PFT-er ineffektive for å vurdere terapeutisk respons eller sykdomsprogresjon på rimelige tidsskalaer, gitt den hyppige heterogeniteten til sykdom og lungens kompenserende mekanismer.

Det har lenge vært kjent at forbedring av følsomheten krever en regional vurdering av lungene. For dette formål gir metoder, som computertomografi (CT), innsikt i lungestrukturen, men lungefunksjonen må utledes. Mer bekymringsfullt er imidlertid den høye stråledosen assosiert med CT, som utelukker hyppige langsgående oppfølgingsbilder. Alternativt er regional avbildning av både ventilasjon og perfusjon mulig ved bruk av nukleærmedisinske teknikker som planar scintigrafi, enkeltfoton-computertomografi (SPECT) eller positronemisjonstomografi (PET). Men som med CT-avbildning, utsetter alle disse modalitetene individet for ioniserende stråling og kan ikke påføres serielt uten et tvingende klinisk behov. Dessuten lider disse kjernefysiske avbildningsmodalitetene av dårlig romlig og tidsmessig oppløsning.

Nøkkelrollen for HP 129Xe MR er at den kan muliggjøre ikke-invasiv høyoppløselig avbildning av alle aspekter av lungestruktur og funksjon. Vi har nylig vist HP 129Xe MR for å visualisere lungeventilasjon med høy oppløsning, samt evnen til å vise abnormiteter i den alveolære mikrostrukturen som er assosiert med emfysem-fenotypen av KOLS. Vi har også demonstrert den fundamentalt nye evnen til å direkte visualisere opptak av 129Xe i lungekapillærblodet og vevet, noe som kan gi et enda mer komplett bilde av lungefunksjonen ved å levere regional gassutvekslingsinformasjon.

Xenon er en edelgass som ikke er kjemisk endret av kroppen. En liten del av den inhalerte Xe absorberes i blodstrømmen og har dokumentert bedøvelseseffekt ved moderate konsentrasjoner. Nivåene av gass brukt i denne protokollen er innenfor de tidligere avledede sikre grensene for både dyr og mennesker. Den stabile isotopen 129Xe kan hyperpolariseres, som er et middel for å forbedre dets brutto MR-signal med en faktor på ~100 000. Slik signalforbedring gjør det mulig å avbilde den inhalerte gassen med høy romlig og tidsmessig oppløsning. Dessuten gjør egenskapene til 129Xe det mulig å ta bilder med flere former for kontrast, inkludert ventilasjon, lungemikrostruktur og regional gassutveksling. Fordi 129Xe MR ikke bruker ioniserende stråling, og kun et inhalert gasskontrastmiddel, har den potensialet til å bli brukt i longitudinelle studier for å teste effekten av terapi eller overvåke sykdomsprogresjon ikke-invasivt.