Оценка функционального состояния легких человека методом 19F МРТ с использованием октафторциклобутана

1.

Международная научная конференция
студентов, аспирантов и молодых учёных
«Ломоносов-2024»
12-26 апреля 2024, Москва
Оценка функционального состояния легких
человека методом 19F МРТ с использованием
октафторциклобутана
Работу подготовили: Лебедев Д. Б., Гуляев М. В., Павлова О. С.
Докладчик: Лебедев Дмитрий Борисович, 3 курс
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
физический факультет, кафедра медицинской физики

2.

Методы диагностической визуализации легких
ПЭТ
КТ
Ограничения методов КТ и ПЭТ:
• Использование в педиатрии
нежелательно
• Не подходят для частого
применения
1Н МРТ
129Xe МРТ
19F MРТ
Проблемы визуализации
легких методом 1Н МРТ :
• Низкая протонная
плотность
• Артефакты магнитной
восприимчивости
2

3.

МРТ на ядрах 19F
Уравнение Лармора: ω = γ*B
γ(19F) = 40,05 MГц/Tл
γ(1H) = 42,57 МГц/Тл
1,5 Тл : ω(1H) — ω(19F) = 3,78 МГц
Разница в частотах всего 6,3%
Чувствительность ядер 19F к ЯМР
составляет 83% от чувствительности 1Н
19F —
Природное содержание изотопа
100%
19F равен ½, поэтому
Спин ядра
магнитные свойства схожи с 1Н
19F в
Естественное содержание
организме человека мало, поэтому нет
фонового сигнала от окружающих
тканей.
Сложный
спектр
Газ
T1, мс
(1,5 Тл)
CF4
C2F6
SF6
C3F8
C4F8
1,9
8
1,8
18
47
Малые времена
релаксации
C4F8
Октафторциклобутан
(ОФЦБ)
-140
-150
ppm
-160
-170
3

4.

19F МР томография в магнитном поле 1,5 Тл
Преимущества используемого томографа:
• Открытое программное обеспечение
• Возможность изменения резонансной
частоты РЧ катушек
• Широкополосный приемник
РЧ катушки для МРТ легких
A: передающая катушка (резонатор)
B: приемная катушка (для брюшной
полости)
4

5.

19F MР изображения фантома
Импульсная последовательность:
2D-градиентное эхо
• TR: 15 мс, TE: 5.4 мс, FA: 40°
• Количество срезов: 1, Толщина среза: 35 см
• FOV: 50 см × 50 см, матрица: 200 × 200,
разрешение: 0.25 см × 0.25 см
• Количество повторений: 4, Полоса: 25 кГц ,
общее время: 12 с.
Результаты:
• Показано, что изображения легких
сравнимого с фантомом размера могут быть
получены без значительных искажений и
артефактов методом 19F МРТ
• Выявлены небольшие области
неоднородности сигнала, возникающие из-за
конструкции приемной катушки
• Проверено, что все элементы РЧ тракта
работают исправно на частоте резонанса 19F
5

6.

Система доставки дыхательной смеси
C4F8
6

7.

Методы получения изображений:
Метод Wash-in/Wash-out:
Несколько серий дыхательных циклов
Одна серия: доброволец делает вдох в течение
5 секунд, делается первый снимок. Затем
доброволец выдыхает в течение 5 секунд
делается второй снимок.
Всего 7 серий (14 изображений) wash-in,
9 серий (18 изображений) wash-out.
Общее время сканирования: 2 мин 40 с
Метод Single breath:
Один дыхательный цикл, без задержек
дыхания
Доброволец делает как можно более глубокий
и длительный вдох, затем такой же
медленный выдох.
За время вдоха и выдоха (по 40 с)
последовательно получаются 16 изображений.
Общее время сканирования: 1 мин 20 с
Картирование легких:
Частичная вентиляция
(Fractional Ventilation, или FV)
7

8.

Результаты применения метода wash-in/wash-out
8

9.

Результаты применения метода Single breath
9

10.

FV — картирование легких
10

11.

Статистический анализ распределения значений FV
Фаза процесса
wash-in/wash-out
single breath
μ+δ
Me (q1-q3)
μ+δ
Me (q1-q3)
FVin
0.30 ± 0.06
0.31 (0.26-0.34)
0.34 ± 0.06
0.34 (0.30-0.38)
FVout
0.35 ± 0.04
0.35 (0.33-0.38)
0.45 ± 0.06
0.44 (0.40-0.48)
11

12.

Заключение
• Полученные значения частичной вентиляции FVin, рассчитанные для
методик wash-in/wash-out и single breath, сопоставимы. Значения FVout в
случае метода single-breath оказались больше, что, вероятно, связано с
более глубоким и длительным выдохом по сравнению с методикой washin/wash-out
• Характер распределения значений FV для обоих методов выглядит
сопоставимым – наблюдается одна мода, а распределение значений
близко к нормальному.
• Впервые в РФ апробирован на человеке метод 19F МРТ на 1,5 Тл МР
томографе.
• Показана эффективность применения газа ОФЦБ в качестве соединения
для оценки функционального состояния легких.
Исследования выполнены при поддержке гранта РНФ № 21-75-10038
12

13.

Спасибо за внимание