文摘
肺功能测试通常用于监视在囊性纤维化肺病(CF)。而实用,他们无法定位功能障碍的确切起源。现代磁共振成像(MRI)技术提供的位置信息疾病但造影剂约束他们的重复应用的必要性。我们对功能磁共振成像之间的相关性,没有对比剂管理,执行和肺部清除指数(LCI)氮multiple-breath冲刷(N2mbw)。
40孩子CF(中位数(范围)12.0(- 18)岁)和12健康年龄组进行了功能和结构的MRI和肺功能测试在同一天。功能性核磁共振灌注半定量的措施(提供R问)和通风(R艘渔船)损伤肺体积百分比的影响。形态MRI评估使用CF-specific分数。LCI测量全球通风不均匀性。
CF MRI检测功能障碍:R艘渔船19 - 38%,R问16 - 35%。R艘渔船和R问与LCI强烈的相关性(r = 0.76, p < 0.0001, r = 0.85, p < 0.0001,分别),也总形态学评分(r = 0.81, p < 0.0001)。之间的所有指标显著不同CF患者和健康对照组(p < 0.001)。
无创性功能核磁共振成像是一种很有前途的方法来检测和想象灌注和通气障碍在CF无需造影剂。
文摘
新功能核磁共振成像,而不需要在CF造影剂与通风不均匀性强烈相关http://ow.ly/emo930eQJ67
介绍
慢性肺疾病在儿童和成人非常普遍。的一个最严重的慢性肺部疾病在童年是囊性纤维化(CF)。CF是最常见的常染色体隐性遗传病在白种人1]。治疗新生儿筛查和早期诊断的改进提高了兴趣诊断工具来检测肺功能障碍早期和不可逆肺损伤(之前2- - - - - -4]。当前的技术,如氮multiple-breath冲刷(N2mbw)或高分辨率计算机断层扫描(HRCT)允许监测早期肺部疾病(5,6]。然而,这两种技术都受制于方法论的缺陷。N2mbw估计全球通风由肺间隙不均匀性指数(LCI),但不提供潜在的确切位置变化对通风和更具体的指标还没有广泛使用的非均质性(7,8]。HRCT的累积辐射较低(9- - - - - -11),但问题常规随访,和呼吸演习要求为年轻的孩子。
在这方面,核磁共振成像(MRI)是一个快速发展的,无辐射成像技术探讨肺的形态和功能(12,13]。Nonproton MRI技术与吸入hyperpolarised气体示踪剂等3他和129年Xe已被证明提供最好的静态和动态通风图像质量(14- - - - - -16]。然而,这些技术的临床应用是由于有限的可用性和气体的高成本,硬件和训练有素的人员。另外,肺通气量也可以评估质子核磁共振使用T1-shortening氧气作为气体示踪剂(17]。最近的一项研究使用承诺对比增强磁共振成像(18,19)表现出密切的相关性肺功能和核磁共振的结果20.]。该方法的缺点是需要对比剂和可能的不利影响,如。痛苦的过程,过敏反应或神经组织沉积与媒体(21,22]。
克服这些缺点,一种新的核磁共振成像技术,称为矩阵铅笔(MP)分解,导数的傅里叶分解(FD)方法,提出了评价地区部分通风和相对灌注肺的23]。这部小说MRI技术提供了视觉和数字信息的功能性赤字肺灌注和通风领域的。重要的是,静脉注射对比,吸入过程示踪剂或演习不需要;适用的技术是在免费的潮汐呼吸。
本研究的目的是评估指标是否从功能性核磁共振健康对照组和CF患者之间的不同。我们进一步分析了相关性这一新的功能性核磁共振方法和N2与CF mbw儿童。我们提出功能性核磁共振检测部分通风和相对灌注缺陷CF肺部疾病,这些指标与肺功能。
方法
研究设计
这是一个准,横断面,只有观察研究在伯尔尼大学儿童医院,伯尔尼,瑞士,2016年2月和2017年5月之间进行的。参与者进行了N2mbw,肺量测定法,身体体积描记法和核磁共振同日,在秩序。
研究人群
我们招收了40没有CF(补充表E1)患儿年龄范围宽(18岁),无论细菌殖民化或抗生素的使用,以确保广泛的疾病严重程度。合格标准是一个CF的证实诊断,进行肺功能测试和核磁共振的能力,不需要补充氧气治疗。健康的年龄组既没有历史的慢性肺部疾病和急性呼吸道感染前4周的调查。伦理委员会批准的这项研究是伯尔尼(EKNZ 2015 - 326和KEK 2017 - 00279)。我们从父母和参与者获得书面知情同意,如果超过14年。
核磁共振数据采集和评估
考试进行1.5 T全身磁共振扫描仪(MAGNETOM Aera;西门子Healthineers,德国埃朗根)使用胸腔12-channel和24-channel脊柱接收线圈阵列。镇静没有应用。父母或照顾者被允许在成像扫描仪小屋陪孩子。功能磁共振成像扫描是紧随其后的是形态MRI扫描。区域部分肺通气和相对灌注评估使用MP-MRI获得多个冠状切片与时间分辨超高速覆盖整个肺容量稳态自由进动脉冲序列(24]。扫描参数给出的细节补充表E2。体素分布来估计功能障碍。类似的阈值方法之前的一项研究中比较FD-MRI和CF患者的动态对比增强磁共振成像(25]。灵敏度分析我们另外60%偏差作为截止。主要结果的百分比与受损的肺容积分数通风R艘渔船和相对灌注R问(补充图E1)和形态学评估基于协议之前所描述的Eichinger等。(26)的MRI CF(补充表E3)。二次结果诊断质量,测量时间(补充材料)和interobserver协议两个读者。
肺功能测试
N2mbw执行与修改的设备(Exhalyzer D;Duernten Eco医务人员,根据共识(瑞士)27]。主要结果是LCI计算累积体积到期/功能余气量,为全球通风不均匀性。次要结果第三阶段斜率指标年代气孔导度和年代acin分别为对流和扩散convection-dependent通风不均匀性(27]。
肺量测定法和身体体积描记法(Jaeger MasterScreen;德国业务,CareFusion) N后进行2mbw,据欧洲呼吸协会/美国胸科学会指188bet官网地址南(28]。结果在1 s (FEV用力呼气量1从肺量测定法)、用力肺活量,残余体积的比率和总肺活量(RV / TLC)。
统计分析
我们第一次评估MRI和肺功能指标差异CF患者和健康对照组。在第二步我们检查了可能从肺功能磁共振成像和功能指标之间的相关性。在第三步我们检查了形态病理和肺功能之间的相关性。为此,我们使用来自读者的形态学评分的均值。上限计算正常的使用意味着+ 1.64sd各类设备N值的引用2mbw [29日)和健康年龄组的功能性核磁共振数据指标。连续变量与Wilcoxon-Mann-Whitney测试相比,是适当的。所有相关性描述与斯皮尔曼等级相关系数(r)。Interobserver协议是使用组内相关系数(ICC)计算。一般来说,国际刑事法庭被定义为很好的(> 0.80),(0.6 - -0.80)或温和的好(0.4 - -0.59)30.]。假定值< 0.05被认为是具有统计学意义。合适,Bonferroni调整用于多个比较。分析使用占据版本13(美国StataCorp、大学城、TX)和Matlab版本2012 b(美国马MathWorks,纳蒂克)。额外的细节和样本大小的计算提供的补充材料。
结果
参与者
核磁共振扫描,2mbw,肺活量和身体体积描记法成功地完成在所有40 CF患者(平均12.0(- 18)岁(范围))和所有12名健康对照组(中位数(范围)12.0(5)岁)。研究参与者的特点提出了补充表E1。
数据质量和测量时间
部分通风和相对灌注图像是可行的和生成的数据集。CF患者,平均持续时间(范围)的功能磁共振成像扫描是5.6(4.4 - -8.1)分钟和形态的核磁共振扫描是18.2(13.2 - -24.6)分钟(补充表E4)。价值观相似的健康对照组(补充表E5)。功能和形态学图像从一个健康的参与者,一个轻微的CF患者和一个严重的CF患者(基于FEV1值)所示图1,2和3,分别。
比较健康对照组和CF患者
部分通风障碍从功能性核磁共振差别明显健康对照组和CF患者(中值(差)17.1 (14.6 - -20.6)与29.4 (24.9 - -31.9);(补充图E2) p < 0.001)。两组之间同样相对灌注障碍显著不同(中位数(差)15.1 (13.4 - -17.4)与27.1 (22.9 - -29.2);(补充图E3) p < 0.001)。形态MRI评分显示最小的结构性变化只有四个健康对照组(两个读者总分范围从0到3),显示广泛的结构性变化在CF(补充表E4)患者。从N指数2mbw组间显著不同,在较小的程度上做了一些结果从肺量测定法和身体体积描记法(补充表E6)。
有趣的是,两个CF患者结果在正常范围内所有功能模式,两个CF患者显示妥协相对灌注和部分通风LCI在正常范围内时,患者和17 CF FEV正常1结果,但相对灌注受损部分通风和评估通过功能核磁共振成像(数字4和b, E4和E5)和补充数据。
功能磁共振成像之间的相关性和CF患者的肺功能
CF患者,受损的程度通风相对于肺容积(R艘渔船)量化功能磁共振成像在19%和38%之间(补充表E4)。我们找到了一个强烈的相关性R艘渔船和LCI (r = 0.76, p < 0.0001),以及之间的关联R艘渔船,年代气孔导度和年代acin(表1和图4一)。我们找到了一个强烈的相关性R艘渔船和FEV1(r =−0.64, p < 0.0001)(补充图E4)。RV / TLC比率与指标相关的功能性磁共振成像(表1)。
灌注受损的程度相对于肺容积(R问)是在16%和35%之间(补充表E4)。R问与LCI显示重要,优秀的相关性(r = 0.85, p < 0.0001) (表1和图4 b)。年代气孔导度也与R问(r = 0.62, p < 0.0001)相比,之间的关联年代acin和R问(r = 0.44, p = 0.0049)。我们发现FEV之间的相关性1和R问(r =−0.67, p < 0.0001)(补充图E5)。改变阈值,利用中值的60%的体素分布并没有改变LCI之间的相关性R艘渔船和R问(r = 0.77, p < 0.0001, r = 0.8, p < 0.0001,分别)。
形态MRI评分之间的相关性和肺功能
CF患者总形态学评分范围从0到31日为读者。详细的部分的得分,看到E4补充表。我们发现优秀LCI和总形态学评分之间的相关性(r = 0.81, p < 0.0001),以及部分的得分为支气管扩张、支气管壁增厚(r = 0.81, p < 0.0001)和粘液堵塞(r = 0.79, p < 0.0001)。我们还发现总形态分数和之间的相关性年代气孔导度(r = 0.70, p < 0.0001),以及部分的得分。FEV1与形态学评分(r =−0.66, p < 0.0001) (表2)。
Inter-reader相关性CF患者
读者是强大的总形态评分之间的相关性(r = 0.84, p < 0.0001),支气管扩张/空气壁增厚(r = 0.73, p < 0.0001)和粘液堵塞(r = 0.85, p < 0.0001)(补充表E4)。计算每个读者的成绩之间的相关性分别和肺功能价值为reader1和reader2导致类似的结果,如。形态学总分和LCI (r = 0.77 reader1 reader2和r = 0.77;p < 0.0001)。读者之间协议(ICC)很好,0.64形态学总分为0.63,气道壁增厚和支气管扩张(补充表E4)。
讨论
主要发现
功能性核磁共振可靠地检测到通风和灌注缺陷儿童在CF肺部疾病的不同阶段。这些发现与群健康对照组相比明显不同。这是第一个研究检验function-function相关性两个模式使用的结合小说proton-based功能MP-MRI技术和N2mbw CF患者和健康对照组。通气和灌注障碍的程度检测到核磁共振是生理上合理的相关性与LCI是强大的。新的核磁共振技术的主要技术优势是contrast-agent-free应用在正常潮汐呼吸。结构之间的相关性也强一个既定形态CF分数和LCI [20.]。此外,我们发现了一个很好的协议两国读者形态MRI分数。获得所需的短期功能性核磁共振应用儿童尤其有吸引力,当考虑在放射学部门和门诊时间限制。这部小说MRI技术似乎适用于肺部疾病的主要特点是间隙不是改造。
与先前的研究相比
技术因素
肺部成像临床常规或临床试验结果评估应该敏感,快速、安全、无创且容易适用甚至在孩子,结构和功能气道病理已经发生在无症状的婴儿和儿童与CF (1,4,13]。在这项研究中,我们进行了测量与non-contrast-enhanced功能性磁共振成像使用MP分解。这种技术对不同模式进行验证,如。CT, MRI动态对比增强磁共振成像和hyperpolarised惰性气体,在人类和动物模型25,31日- - - - - -33]。这些研究确定良好的相关性与动态对比度增强和hyperpolarised惰性气体磁共振成像,和高重现性测试。此外,一个好的重现性的应用功能性核磁共振方法在健康的志愿者了34]。最近,一项研究使用FD-based self-gated non-contrast-enhanced肺功能成像技术SENCEFUL CF患者报告了Veldhoen等。(35]。结果不具有直接可比性,Veldhoen等。(35]研究成人更严重的肺病患者和他们只评估减值的通风。不过,他们还报告一个显著差异在通风效率之间的病人和控制。此外,尽管更严重的疾病在他们的人口和不同的核磁共振技术,通风和FEV的障碍之间的关联1之间惊人的类似研究(r = 0.65和0.64,分别)。注意,MP-MRI用于我们的研究没有直接测量信息区域通风和灌注,但提取的信号调节肺部引起的肺实质密度的变化和区域的血流量。
生理方面的考虑
有趣的是,我们发现,肺功能变化以嘴基于通风效率分布与损伤相关的整个肺都在通风和灌注肺的本地成像探测到。我们的数据从而确认LCI的概念作为一个全球通风分布的敏感标记。
获取大范围的各种功能性疾病在CF表型,这甚至可能会随着时间变化而波动,重视使用多通道诊断技术(36]。功能性核磁共振可以发现临床沉默病理过程甚至比早些时候已经非常敏感的N2mbw。形态变化发生之前,在肺通气/灌注可能会受到影响,但可能会错过了之前的成像或肺功能技术。通气/灌注允许的量化估计后者的早期变化。尤其是关于Euler-Liljestrand反射,导致血管收缩在不通风的外围肺隔间(37]。我们选择LCI的“黄金标准”比较器功能磁共振成像指标由于其可重复性高,特异性和灵敏度检测全球通风不均匀性,代表中央和周边气道介入CF (38]。然而,全球通风不均匀性仅仅是发现如果肺间隔至少慢慢通风。年代气孔导度强烈,convection-dependent通风参数的不均匀性,与灌注障碍,肺支气管扩张和粘液堵塞,并适度与部分通气障碍。先前的研究已经显示的高患病率升高年代气孔导度CF的价值观,但没有找到一个相关性肺功能结果。这是用理论来解释,在一个完整的闭塞的小航空公司,年代气孔导度不会导致对流通风(39]。这些发现是否附带现象反映了一个真实的结构相互作用在小型航空公司需要在纵向研究决定。
优势和局限性
我们的发现被严格执行加强研究设计。我们总是坚持完整的协议在临床设置和在同一天。订单是因此受人尊敬的(即。第一个功能然后形态序列)。获得的所有数据都是使用标准的商用设备制造商提供的。形态的分数是可靠的协议,两国读者很好。然而,短期和长期重复性需要进一步研究。有趣的是,function-function协会使用两个不同的但是非常敏感的技术似乎相当线性范围广泛的疾病严重程度。这不能外推到终末期肺部疾病,很有可能不同的结果的措施更合适更严重的疾病。
所需的功能和形态磁共振成像协议30分钟相比,只需要5 s的HRCT扫描检查。HRCT目前成像形态变化的“黄金标准”肺病。然而,HRCT只提供详细信息形态损伤,而估计困气体需要反复扫描和呼吸演习。免费的潮汐呼吸在我们的协议可能影响评估病人的困气的数量(40]。我们的研究从先前的CF成像模式,克服了一些风险如。造影剂过敏敏化作用或过敏反应,沉积的造影剂在组织和累积剂量电离辐射,这是特别重要的CF患者生存是稳步增加(9,21,22]。
临床意义
本研究我们强调的适用性儿科患者的肺功能核磁共振成像的CF。MRI测量都是可行的,质量很好。non-contrast-enhanced协议,自由在测量潮汐呼吸,nonionising辐射和短时间内执行功能性核磁共振展示伟大的优势与常用的成像协议和技术。不太严重的疾病的“新时代”,预示着新的治疗目标和更好的治疗选择,要求敏感的生理和结构的结果,以防止不可逆的气道变化。个性化诊断工具启用个性化治疗,目前在临床实践中扮演越来越重要的角色。潜在可逆的功能障碍可以检测到之前不可逆转的形态变化发生在肺部。我们要关注新功能成像方法及其结合敏感的肺功能指标来确定部分肺通气障碍。核磁共振技术的潜在作用对于其他肺部疾病,如原发性纤毛运动障碍、慢性阻塞性肺疾病或哮喘,在未来的研究调查。
结论
肺的功能磁共振成像是可行的儿童在5岁和一个有前途的诊断技术。部分通风和相对灌注损伤肺相关的强烈LCI的CF患者。功能性核磁共振有可能检测部分通风和相对灌注尺度,这可能是最早的航空公司仍然和潜在可逆的变化。而在更大的群组研究中进行确证似乎是必需的,我们的研究结果可以促进应用MRI定量形态学和功能测试等慢性肺疾病的CF。
补充材料
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补充材料erj - 01464 - 2017 - _supplement
图E1。数据采集方案。(一)基于时间分辨成像数据采集方案的多个冠状切片(S1-S6)覆盖胸部体积。(B)的分析立体像素分布提取分割部分通风和灌注地图(左边),这是使用矩阵铅笔先生获得的数据产生的分解方法。阈值等于0.75的平均信号强度分布计算分别为每一个功能性映射。肺体素值计算阈值以下的地区被视为功能性障碍和可视化为面具覆盖在形态学图像。代表的面具部分通气和灌注缺陷右边所示。erj - 01464 - 2017 - _figure_e1
图E2。箱线图通风的障碍。箱线图的部分损伤的通风健康对照组(HC)和囊性纤维化患者(CF)。erj - 01464 - 2017 - _figure_e2
图E3。箱线图的灌注障碍。箱线图的相对的灌注损伤健康对照组(HC)和囊性纤维化患者(CF)。erj - 01464 - 2017 - _figure_e3
图E4。FEV之间的相关性1通风和部分障碍。FEV之间的相关性1通风和部分障碍(R艘渔船肺中给出的百分比。为了说明FEV的规模1被逆转。封闭的圆圈表示CF患者和开放的圈子说明健康年龄匹配控制。为了说明我们逆转FEV的规模1。ULN形式FEV在虚线1(-1.64 z分数),R艘渔船(24.2%)。erj - 01464 - 2017 - _figure_e4
图E5。FEV之间的相关性1和相对灌注障碍。FEV之间的相关性1和相对灌注障碍(R问肺中给出的百分比。为了说明FEV的规模1被逆转。封闭的圆圈表示CF患者和开放的圈子说明健康年龄匹配控制。为了说明我们逆转FEV的规模1。ULN形式FEV在虚线1(-1.64 z分数),R问(19.3%)。erj - 01464 - 2017 - _figure_e5
披露的信息
补充材料
g·鲍曼erj - 01464 - 2017 - _bauman
o . Bierierj - 01464 - 2017 - _bieri
p . Latzinerj - 01464 - 2017 - _latzin
美国Nyilaserj - 01464 - 2017 - _nyilas
o . Pusterlaerj - 01464 - 2017 - _pusterla
确认
作者要感谢所有的孩子和他们的家庭为他们参与这项研究。作者还想表达他们的感谢尤其是莎朗·施密特,林恩克鲁格,托拜厄斯Ehrenreich索菲Yammine,拉阿巴斯(Inselspital,伯尔尼大学医院,伯尔尼大学,伯尔尼,瑞士);贝恩德•荣格,Michael i(部门的介入和儿科放射学、Inselspital伯尔尼大学医院,伯尔尼,瑞士);挚友哈斯(放射学的部门,分工放射物理、巴塞尔大学医院,巴塞尔瑞士);和菲利普·c·Cattin,罗宾Sandkuhler(生物医学工程部门,巴塞尔大学Allschwil,瑞士);研究护士和医学技术和所有部门的助理放射学(Inselspital,伯尔尼大学医院,伯尔尼大学,伯尔尼,瑞士)病人护理,儿童测量和招聘的支持。
作者的贡献:s Nyilas g·鲍曼o . Pusterla弗雷,c . Casaulta o . Bieri和p . Latzin设计研究的概念。美国Nyilas收集的研究数据。s . Nyilas g·鲍曼g·萨默和大肠Stranzinger分析数据。s . Nyilas g·鲍曼,g .大梁e . Stranzinger o . Pusterla美国Frey Korten, f .歌手,c . Casaulta o . Bieri和p . Latzin解释数据。Nyilas和g·鲍曼起草了手稿。所有作者修改了手稿。
脚注
可以从本文的补充材料www.qdcxjkg.com
支持声明:本报告的工作是由瑞士国家基金会资助(批准不得低于320030 _149576),瑞士囊性纤维化基金会(CFCH)和Botnar基金会。投资者没有参与研究设计、数据收集和分析,决定发布或准备手稿。资金信息,本文已沉积的Crossref资助者注册表。
利益冲突:披露可以找到与这篇文章www.qdcxjkg.com
- 收到了2017年1月13日。
- 接受2017年8月31日。
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