Lung morphometry with hyperpolarized 129Xe: theoretical background.
Lung morphometry with hyperpolarized 129Xe: theoretical background.
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DOI：
10.1002/mrm.23056
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发表时间：
2012-03
影响因子：
3.3
通讯作者：
Yablonskiy, D. A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sukstanskii, A. L.;Yablonskiy, D. A.
3He肺形态测量技术，基于MRI测量的超极化3He气体扩散在肺的空气空间，提供了独特的信息，肺微观结构在肺泡水平。标准形态学参数（气腔弦长、肺实质表面与体积比、每单位体积的肺泡数量）的体内3D断层摄影图像可以从相当短（几秒）的MRI扫描生成。该技术是基于肺腺泡气道中的气体扩散理论和扩散衰减MRI信号的实验测量。本工作的目的是发展一个类似的技术基于超极化129氚气体的理论背景。由于129He气体的扩散系数和旋磁比与3He气体的扩散系数和旋磁比有很大的不同，因此，129He气体的理论和实验测量的具体细节需要修正。我们建立了人类和小动物肺，正常肺和轻度肺气肿肺的腺泡气道几何参数和弥散衰减MR信号之间的现象学关系。最佳扩散时间显示为约5毫秒的人和1.3毫秒的小动物。在贝叶斯概率理论的框架下，估计了肺的主要形态测量参数的预期不确定度。
The 3He lung morphometry technique, based on MRI measurements of hyperpolarized 3He gas diffusion in lung airspaces, provides unique information on the lung microstructure at the alveolar level. In vivo 3D tomographic images of standard morphological parameters (airspace chord length, lung parenchyma surface-to-volume ratio, number of alveoli per unit volume) can be generated from a rather short (several seconds) MRI scan. The technique is based on a theory of gas diffusion in lung acinar airways and experimental measurements of diffusion attenuated MRI signal. The present work aims at developing the theoretical background of a similar technique based on hyperpolarized 129Xe gas. As the diffusion coefficient and gyromagnetic ratio of 129Xe gas are substantially different from those of 3He gas, the specific details of the theory and experimental measurements with 129Xe should be amended. We establish phenomenological relationships between acinar airway geometrical parameters and the diffusion attenuated MR signal for human and small animal lungs, both normal lungs and lungs with mild emphysema. Optimal diffusion times are shown to be about 5 ms for human and 1.3 ms for small animals. The expected uncertainties in measuring main morphometrical parameters of the lungs are estimated in the framework of Bayesian probability theory.
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