文摘
肺的磁共振成像使用与超短回波时间序列是无辐射的替代计算机断层扫描评估支气管哮喘厚度,并将帮助改善严重哮喘的管理https://bit.ly/3fGLE4B
介绍
哮喘仍是一个频繁的全球慢性气道疾病(1),导致一个高负担病人和卫生保健系统和提出需要更好的管理,最终,防治[2]。哮喘是一种异质性疾病,特点是各种模式的支气管炎症和重塑3]相关的多种病理生理过程。改进测量这些病理生理过程需要启用更好的表型出现这种疾病,并超越高度受限的测量,目前使用:肺量测定法和症状(2]。
支气管炎症和重塑支气管壁厚增加,稳定的哮喘的主要形态特征,可以评估使用事后剖析标本(4,5)以及非侵入性的方式。事实上,近端支气管壁尺寸一直在广泛评估哮喘使用计算机断层扫描(CT) [6- - - - - -12]。从方法论的角度来看,壁厚和/或区域最初评估手动等严重垂直支气管的顶端上叶支气管(9]。半自动方法被开发,首先在二维空间(13),然后在三个(14]。使用各种方法,支气管壁厚评估CT一再证明是可靠的参数评估哮喘严重程度(6- - - - - -12]。此外,支气管壁维度评估CT相关支气管炎症和重塑的immunohistological标记(11,12)和气流阻塞评估肺功能测试(6- - - - - -9]。此外,这些测量用于次要的端点在严重哮喘临床试验和纵向研究(15,16]。然而,患癌症的风险累积x射线曝光已被证明是不小,至少与标准剂量CT (17- - - - - -19]。因此,需要电离方式代替CT,特别是在临床试验需要重复考试来测试新的治疗哮喘。
磁共振成像(MRI)的肺可能被视为free-ionising辐射CT的替代品,尽管从肺结构获得的低信号使用传统的质子核磁共振限制了它的使用在哮喘20.]。事实上,多年来,一直没有在哮喘患者气道测量报告使用肺核磁共振,因为它在技术上不可能获得气道的信号。然而,最近的事态发展在肺MRI使用超短脉冲回波时间(UTE)序列有改善空间分辨率和图像质量,导致名为“体素与各向同性结构信息与CT (21]。这样MRI-UTE已成功验证在囊性纤维化和慢性阻塞性肺疾病(COPD)与CT (22- - - - - -24]。我们最好的知识,然而,使用核磁共振在哮喘是有限的功能磁共振成像使用hyperpolarised气体或质子核磁共振(25- - - - - -27]。大多数时候,这种功能性核磁共振需要昂贵的造影剂,如。hyperpolarised氦或氙,半衰期较短,限制其使用的测量通风异质性一小部分专家和临床研究中心(20.]。因此,本研究的主要目标是利用MRI-UTE测量近端支气管壁尺寸没有任何对比剂在哮喘病人与CT评估的准确性和协议。次要目标是1)确定MRI-UTE支气管的再现性测量,2)比较不重的和严重的哮喘患者支气管壁维度和3)评估与肺功能的相关性。我们也比较患者慢性阻塞性支气管壁维度和间歇阻塞性哮喘。
材料和方法
在这项研究中使用的所有方法的完整描述是提供的补充材料。
研究设计
这个未来的只有研究了2017年5月到2018年6月。研究当地伦理委员会批准,所有的参与者被要求给书面知情同意(多中心:NCT03089346)。这项研究是由诺华公司SAS、法国、和由波尔多大学医院。
15例严重哮喘患者性别,年龄15不重的哮喘患者。所有参与者接受了胸部CT扫描和MRI-UTE同日,肺功能测试(击球)的最大间隔30天。
MRI和CT检查
三维(3 d)肺MRI-UTE执行1.5特斯拉系统(MAGNETOM Avanto;西门子医疗、德国埃朗根)使用一个典型的3 d-gradient回声螺旋氛围与体素序列1毫米大小3。呼吸同步结束正常到期被允许通过一个自动navigator-triggered准同步(23]。
Unenhanced胸部CT图像获得64片经由CT扫描仪(Somatom定义;西门子医疗)结束正常到期和体素的大小为0.625毫米3。图像重建使用标准(B30f)和夏普(B70f)算法。
支气管测量
支气管壁区域的分割(WA)和管腔面积(LA)使用CT和MRI-UTE手动执行随机和盲法从其他参与者数据使用商业软件(Myrian,法国蒙彼利埃)(图1和补充图E1)[29日]。一组四个第三代支气管路径进行了分析,从RB1上层叶(右),RB10叶低(右),两派(左肺上叶)LB10(左叶低)。测量在这四个支气管路径是平均每个病人得到一个平均值为每个支气管参数和成像方法。
支气管壁面积的百分比(WA %)计算WA % = (WA / WA + LA)×100。普通的壁厚(WT)计算如前所述[16]。
再现性的评估
支气管测量由IB和GD使用MRI-UTE分析评估inter-observer再现性。初级读者(IB, 5年的胸成像经验)重复MRI支气管测量2个月后,以随机的顺序和失明前测量,防止回忆偏倚和评估intra-observer再现性。
统计分析
比较的量化和分类变量进行使用t或Mann-Whitney测试和费舍尔的确切的测试,分别。支气管的测量评估的准确性和协议MRI-UTE CT相比被配对t和Bland-Altman分析评估。单变量的相关性进行评估使用皮尔逊或斯皮尔曼测试。再现性是评估使用内部类相关系数(ICC) 95%的置信区间和Bland-Altman分析。被认为具有统计显著性p值< 0.05。
结果
研究人群
总共30个前瞻性的参与者,包括15个不重的哮喘患者和15患有严重哮喘。病人的特点,提出了包括维持治疗,表1。因为两个组患者年龄,sex-matched两组相似在年龄和性别比例方面,而且在身体质量指数(BMI)、烟草消费和哮喘持续时间(表1)。没有一个病人是一个当前吸烟者。意思是哮喘控制问卷得分和严重哮喘患者急性加重数量高。平均哮喘生活质量问卷得分,用力呼气量在1 s (FEV1)和呼气流量(PEF)峰值明显降低严重哮喘患者(表1)。呼出一氧化氮分数(F伊诺)和血液嗜酸性粒细胞计数不重的和严重的哮喘患者之间是相似的。
一致性之间的支气管壁测量CT和MRI
对数变换后,支气管测量评估MRI-UTE没有显著不同于评估CT除了WA(配对t检验,p = 0.047) (补充表E1)。好的相关性和一致性之间被发现MRI-UTE支气管维度的评估和CT (r≥0.78;p < 0.001;ICC≥0.77, 95% CI 0.64 - -0.93) (图2)。使用Bland-Altman分析,我们发现对数转换的平均差支气管测量范围从0到0.03sd偏差在0.02和0.11之间(图2)。误差测量使用受试评估sd很低(0.05毫米吗2,0.08毫米2、1.04%和1.07毫米,佤邦,洛杉矶,分别WA %和WT)。受试的MRI和CT测量支气管之间的差异并没有与平均值(补充表E1)。
使用MRI-UTE再现性支气管壁的测量
Intra-observer再现性支气管的测量很好(即。ICC≥0.76) (补充表E2)。同样,inter-observers再现性是中度到好(即。ICC≥0.69) (补充表E2)。内部和inter-observers的再现性,意味着差异Bland-Altman分析在0 (补充表E2)。
哮喘组之间比较支气管壁测量
我们首先比较支气管参数之间的两个预先确定哮喘的人群(补充表E3)。WA % (图3一)和WT (图3 b在严重哮喘)明显高于不重的哮喘使用MRI-UTE或CT (补充表E3)。洛杉矶不是不同的两组之间使用MRI-UTE或CT (补充表E3)。佤邦比不重的增加严重哮喘哮喘,但只有当通过测量CT (补充表E3,图3 c)。肺的偏态严重哮喘的信号强度明显高于不重的哮喘(图3 d)。肺的均值和中位数在这两组信号强度保持不变(补充表E3)。
我们还执行两个额外的分析。当患者比较类型第二中学(n = 20)与类型2-low (n = 10)哮喘,我们并没有发现任何显著性差异在支气管参数评估MRI-UTE (补充表E4)。我们表明,WA %和WT,评估MRI-UTE,明显高于在比间歇阻塞性哮喘(慢性阻塞性哮喘补充表E5)。LA评估MRI-UTE显著低于比间歇阻塞性哮喘(慢性阻塞性哮喘补充表E5)。类似的结果在支气管参数评估CT (补充表E5)。肺的偏态信号强度明显高于慢性阻塞性哮喘比间歇阻塞性哮喘(补充表E5)。应该注意的是,基线特征(即。年龄、性别和烟草状态)没有不同患者哮喘和间歇阻塞性哮喘(慢性阻塞性补充表E6)。
相关性的支气管壁测量击球
当考虑整个人口(n = 30)哮喘,支气管壁由MRI-UTE测量评估,包括佤邦,WA % (图4一,b)和WT (图4 c与FEV, d)都显著相关1、用力肺活量(FVC)和用力呼气流量的25 - 75% FVC (FEF25 - 75%)(补充表E7)。因为相关系数都是负的,WA %或WT越高,降低肺功能(图4)。类似的结果利用CT WA %和WT (补充表E7)。WA %评估MRI-UTE也与脉动电场(补充表E7)。肺的偏态信号强度明显与FEV负相关1,FEV1/ FVC和FEF25 - 75%(补充表E7)。没有一个支气管参数评估MRI-UTE或CT是相关的F伊诺或嗜酸性粒细胞计数(补充表E7)。
不重的哮喘患者(n = 15),只有WA %和肺的偏态信号强度进行评估与FEV MRI-UTE仍然相关1和FEF25 - 75%(补充表E7)。严重哮喘患者(n = 15),佤邦,WA %和WT评估与FEV MRI-UTE都相关1和FVC (补充表E7)。使用CT与FEV WA %和WT都相关1在严重的哮喘,而只与FVC WA %。肺的偏态信号强度评估MRI-UTE没有与任何严重哮喘患者肺功能参数。
讨论
综上所述,我们已经表明,支气管哮喘病人维度可以准确测量使用MRI-UTE CT相比。此外,MRI-UTE能够证明支气管壁厚增加严重的患者相比,不重的哮喘,和显著负相关与击球数据,包括FEV1。
为了验证MRI-UTE支气管壁尺寸测量作为一种新的工具,我们使用CT作为参考的标准方法。事实上,广泛的研究已经确认和验证的兴趣使用CT测量各种支气管壁参数,包括佤邦,WA %和WT (9,10,12,16,30.]。在目前的研究中,我们显示出良好的协议以最小的误差测量支气管MRI-UTE和CT之间的尺寸。除了佤邦,没有其他参数(洛杉矶,WA %和WT) MRI-UTE和CT之间明显不同。然而,佤邦是绝对测量腔区域(通常是正常的12]。尽管肺核磁共振成像的空间分辨率使用MRI-UTE已得到改进,它仍然是低的CT相比,这可能导致过高的文物由于部分体积。Intra-observer重现性很好(ICC≥0.76),和inter-observer再现性是中度到好(ICC≥0.69),从而验证MRI-UTE作为电离CT的替代品。inter-observer再现性指的是系统的对比两个读者不同级别的专业知识(5和10年的胸成像体验)。
MRI-UTE肺最近成为一个替代肺CT在描述结构性变化在各种肺部疾病(21- - - - - -23]。此外,我们最近证明MRI-UTE能够量化肺气肿在慢性阻塞性肺病24)和容积信号强度与囊性纤维化严重程度(31日]。然而,我们所知,本研究首次量化支气管壁维度使用MRI-UTE哮喘或其他肺部疾病。MRI与hyperpolarised气体被用来量化的功能后果粘液栓导致严重哮喘(通风异质性26]。吸入或注射对比剂是用于本研究。因此,这MRI-UTE方法可以很容易地用于所有1.5 T MRI的设置。
我们特别注意前瞻性招聘完全描述哮喘病人。我们设计研究时代,sex-match严重哮喘患者不重的哮喘患者。因此,这些两组完全可比的年龄、性别、体重指数和烟草消费,但明显不同的哮喘方面的调查问卷,肺功能和一些哮喘药物。虽然严重哮喘患者仅占3 - 5%的哮喘的人口,他们容易与人住院,严重发作,被生物药物治疗,这两种导致哮喘管理成本在医疗保健系统(28]。在目前的研究中,发作的平均率高(即。每年三)严重哮喘患者,这些患者和27%的生物药物。
在这里,我们表明,支气管壁,所评估的量化MRI-UTE明显比不重的厚严重哮喘哮喘。类似的结果之前演示了使用定量CT,虽然不是年龄——或者sex-matched [9,11,12],从而确认由MRI-UTE支气管壁测量的准确性和有效性。虽然在慢性阻塞性支气管测量明显不同的哮喘与间歇阻塞性哮喘,结果必须仔细考虑。为了进一步支持的有效性量化MRI-UTE,支气管壁测量显著负相关,击球时数据,包括FEV1,正如前面演示了用CT (9,11,12]。因此,MRI-UTE提供接近支气管形态信息,通过CT但的优点是无辐射的形态(32]。
此外,MRI-UTE允许肺信号强度进行评估,如前所述在慢性阻塞性肺病24]。在之前的研究中,我们描述了一个自动化的方法,允许肺部孤立的胸结构,包括肺血管和正常信号强度分布曲线的建立(24]。使用这个自动化的方法,我们证明了肺的偏态信号强度,它描述了直方图不对称和转变,显著提高(即。对最低的信号强度)比不重的严重哮喘哮喘,建议增加空气滞留在严重的哮喘。而肺气肿哮喘仍争论的存在(33- - - - - -35),我们可以假设这种增加空气滞留反映更明显梗阻远端航空公司。
在哮喘,支气管壁增厚可以与支气管炎症或改造(3]。我们先前证明定量CT无法区分是否增加哮喘支气管壁厚与支气管炎症或改造(12]。用组织学和免疫组织化学分析,Benayoun等。(3)表明,更高的成纤维细胞的数量,更大的粘液腺和支气管平滑肌领域杰出的严重持续性哮喘患者从温和的疾病患者。在目前的研究中,我们没有进行组织学分析。因为F伊诺水平很低在我们两个哮喘的人群和支气管壁之间没有相关性度量MRI-UTE和评估F伊诺,可以显示支气管维度评估MRI-UTE更相关的支气管改造比支气管炎症。组织学与MRI相结合,进一步的研究是需要证实这一假说。然而,核磁共振t2影像被用来检测肺部炎症过程,如肺合并,支气管壁水肿和粘液插件在囊性纤维化36]。可定量评估这些炎症变化随着时间的推移,随着最近证明了我们的团队在囊性纤维化37]。共同注册的UTE口口相传和t2加权MRI图像是值得探索提供一个综合评价的支气管哮喘改造和炎症,通过结合形态学和功能信息。
我们对哮喘的认识仍然贫困,特别是由于缺乏工具来评估疾病的纵向发展。因此,安全无辐射以高分辨率成像是可取的,我们所知,此前还没有报道。打开的可能性无辐射的纵向研究设计,可以扩展到年轻的人群。
目前的研究也有一些局限性。首先,这是一个只有学习与少量的参与者。然而,这是一个试点可行性研究,我们的研究结果与以前公布的CT在哮喘支气管壁测量结果。第二,支气管LA和佤邦手动划定在CT和MRI-UTE图像。然而,类似于早期研究支气管测量CT (9,29日再现性是中度到好。我们最近的可行性评估自动化航空分割使用特定UTE序列(即。点态编码时间减少径向收购(PETRA)) (38]。然而,正在进一步发展概括技术其他UTE序列。第三,我们没有关联MRI-UTE支气管测量与组织学分析,如上所述。然而,在我们的研究中,CT标准参考,是一个形态,一直广泛与病理结果(11,12]。第四,磁共振成像的空间分辨率仍然低于CT。然而,核磁共振成像的空间分辨率足以区分严重不重的哮喘和最小测量支气管腔的直径只有2.25毫米。第五,多厂商MRI-UTE支气管维度在大型多中心纵向研究评估价值评估。
总之,我们证明了MRI-UTE是准确和可靠的无辐射的方法来评估哮喘,支气管壁维度与不重的足够的空间分辨率来区分严重哮喘。
补充材料
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确认
作者感谢研究参与者,Rkia Achkir和全体员工在波尔多大学医院放射科,伊莎贝尔Goasdoue,新兴市场Bestieu,小薇吉妮尼尔和海洋Servat临床研究中心的技术援助。作者感谢Solenn Toupin先生为技术支持和提供典型的序列。这项研究是实现实验室的上下文中ANR-10-LABX-57卓越的痕迹。
脚注
可以从本文的补充材料www.qdcxjkg.com
利益冲突:即Benlala专利”的方法生成一个生物标志物系统”(PCT / EP2020/065380)悬而未决。
利益冲突:g . Dournes专利”方法的几何描述肺的气道MRI“17726309.2 (EP)发表和专利”方法生成一个生物标志物系统”(PCT / EP2020/065380)悬而未决。
利益冲突:P-O。Girodet报告拨款,个人费用和非金融阿斯利康的支持,和个人费用和非金融葛兰素史克的支持,诺华公司和赛诺菲,在提交工作;和有一个专利的“新成分和方法治疗和/或预防慢性阻塞性肺病”(PCT 3050574号EP / EP2016/051771)发表和专利“新治疗COVID-19疾病”的组成和方法20173595.8 (EP)悬而未决。
利益冲突:t Benkert是西门子医疗GmbH的员工。
利益冲突:f·劳伦报告个人费用和非金融支持基耶西,勃林格,阿斯利康,拜耳,基列和葛兰素史克公司,在提交工作;和专利”的几何描述方法的航空公司核磁共振肺”17726309.2 (EP)发表和专利”方法生成一个生物标志物系统”(PCT / EP2020/065380)悬而未决。
利益冲突:p·伯杰报告从诺华SAS赠款,法国,在进行研究;赠款、个人费用和非金融支持阿斯利康、葛兰素史克、诺华、基耶西和勃林格,和个人费用和非金融Menarini和赛诺菲的支持,在提交工作;和有一个专利的“新成分和方法治疗和/或预防慢性阻塞性肺病”(PCT 3050574号EP / EP2016/051771),专利”的几何描述方法的航空公司核磁共振肺”17726309.2 (EP),专利”方法生成一个生物标志物系统”(PCT / EP2020/065380)等待和专利“新治疗COVID-19疾病”的成分和方法20173595.8 (EP)悬而未决。
支持声明:本研究是由诺华公司SAS,赞助的法国,波尔多大学医院中心(“-楚de波尔多大学医疗中心”)。制药公司没有参与这项研究的设计和实施。资金信息,本文已沉积的Crossref资助者注册表。
- 收到了2021年2月3日。
- 接受2021年5月20日。
- 版权©2022年作者。生殖权利和权限接触权限在}{ersnet.org