现阶段，超极化氙-129（HPX）可作为磁共振成像（MRI）中的呼吸道造影剂，以实现慢性阻塞性肺病（COPD）的可视化和量化。最近报道的加速通气HPX-MRI与快速K空间取样方法，允许收集时间步长的图像，同时允许校正内在的图像变化（即翻转角和纵向弛豫时间）。虽然通气HPX-MRI更能够检测与COPD相关的通气缺陷，但如果直接测量其主要功能（即扩散性气体交换），则对肺功能损害的理解最为透彻。为此，HPX-MRI能够测量：

(i)从肺泡到肺组织以及从血浆到心脏的扩散性气体转移；

(ii)通过使用专用的数学气体交换模型测量肺部的微观结构和病理参数。特别是最近的研究表明，具有广泛的肺部疾病的测量值与静态扩散性气体交换成像和数学气体交换模型密切相关。

计算机断层扫描（CT）是最常用的成像技术，用于评估因肺气肿和小气道狭窄导致气流受限的COPD。利用后处理算法，容积CT可以对肺部结构进行解剖学量化，包括肺气肿和肺组织容积。除了CT的结构分析外，肺功能测试（PFTs）也被广泛使用，并提供肺功能的测量。但与CT、PFT、核医学通气和灌注扫描不同，HPX能够评估气体从肺泡到肺组织（PT）和血浆（BP）的转移。

动态磁共振光谱可以全面测量溶解相信号的积累（即PTBP和RBC曲线），并提供关于整个肺部气体交换动态的时间信息。气体交换的生理参数可以从一维（1D）计算模型中得出并可估计非容积性肺泡参数，包括PT厚度（即间隔厚度，包括肺泡、间质和毛细血管壁厚度）。然而，一维模型不允许直接计算体积性气体交换参数，包括气体交换的功能体积和表面积。正如最近的一个三维（3D）模型研究中所讨论的，MR光谱信号的变化可能不仅继发于室间隔厚度的变化，也继发于体积结构和生理化学参数的变化。

最近的成像研究表明，使用化学变化成像方法可以获得气体转移图像。这种新型的气体交换成像方法提供了整个成像体积的区域信息，而不是对整个肺部进行全面测量。因此，以前的一维模型可能掩盖了使用新的化学位移成像方法对成像体积内固有区域信号变化的定量分析，限制了气体交换参数的体积测量。

近日，发表在European Radiology杂志的一项研究探讨了超极化氙-129（HPX）气体交换磁共振成像（MRI）在慢性阻塞性肺病（COPD）队列中的效用，并与最小CT诊断的肺气肿（MCTE）队列和健康队列进行了比较。

共有25名受试者参与了本项研究，包括COPD（n=8）、MCTE（n = 3）和健康（n = 14）受试者。COPD受试者使用HPX通气、气体交换MRI和容积CT进行扫描。健康受试者使用相同的HPX气体交换MRI方案进行扫描，其中9名受试者扫描了两次，间隔3周。使用变异系数（CV）来量化图像的异质性，并使用三维计算流体动力学（CFD）的气体交换模型来得出肺组织、毛细血管和静脉的功能体积。

图像中气体分布的CVs显示，COPD和健康受试者之间存在统计学上的显著差异（P < 0.0001）。慢性阻塞性肺病患者的肺组织、毛细血管和静脉的功能容积明显低于健康人（P < 0.001）。研究发现肺组织的功能容积(i)在健康组和MCTE组之间有统计学差异(p=0.02)，(ii)取决于健康组受试者的年龄(p=0.0008)，而他们的CVs(p=0.13)没有。

图 健康人和慢性阻塞性肺病患者（GOLD III期）的计算机断层扫描（CT）、超极化氙-129磁共振成像（HPX-MRI）通气和气体交换图像(a-c)、(d-f)。(a)和(d)中的CT肺部图像是用RadiAnt DICOM Viewer, Version 2021.1绘制的。PTBP代表肺组织和血浆；Δ是气体转移的时间点

研究结果表明，新型的HPX气体交换MRI和CFD模型可将健康组与MCTE和COPD组区分开来。所提出的技术还显示，在健康组中，肺组织的功能容积随着年龄的增长而减少。

原文出处：

Ozkan Doganay,Minsuok Kim,Fergus V Gleeson.Gas exchange and ventilation imaging of healthy and COPD subjects using hyperpolarized xenon-129 MRI and a 3D alveolar gas-exchange model.DOI:10.1007/s00330-022-09343-9