Dynamic Imaging of Lung Ventilation and Perfusion Using CT and MRI
使用 CT 和 MRI 进行肺通气和灌注的动态成像
基本信息
- 批准号:10720415
- 负责人:
- 金额:$ 74.98万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-09-01 至 2028-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAgreementAnatomyAsthmaBloodBreathingBronchiectasisBronchiolitisChestChest imagingChronicChronic lung diseaseClinicalClinical ManagementCommunicable DiseasesCompensationComplementCystic FibrosisDataDetectionDevicesDiseaseEarly DiagnosisElementsEnvironmental Risk FactorEquilibriumExposure toFibrosisFrequenciesFunctional disorderGasesGenetic DiseasesGlassGoalsGranulomaHealthcareHeterogeneityImageImage EnhancementIncidenceInformation DisseminationInterventionIonizing radiationKryptonLearningLocalized DiseaseLungLung TransplantationLung diseasesMagnetic Resonance ImagingMapsMeasurementMethodologyMethodsModelingMonitorMorphologic artifactsMotionMucous body substanceNoduleNoiseNuclearOutcomeOxygenPathologyPatientsPatternPerfusionPopulationPrevalenceProcessProtocols documentationProtonsPulmonary FibrosisPulmonary function testsRadiation exposureRadiology SpecialtyReaderReproducibilityResolutionRespiratory DiseaseScanningSeriesSiteSpirometryStructureStructure of parenchyma of lungSystemTechniquesTestingThoracic RadiographyTimeTreatment EfficacyUnited StatesVisualizationVisualization softwareWorkX-Ray Computed TomographyXenonairway obstructionchest computed tomographydata acquisitiondeep learningdeep learning modeldesignexperienceimaging modalityimprovedlung imaginglung lobelung volumepulmonary symptomradiologistreconstructionrespiratorysingle photon emission computed tomographystructural imagingsuccesstherapy developmenttoolventilation
项目摘要
Dynamic Oxygen-Enhanced MRI of Lung Structure and Function, PI: Sean B. Fain.
Abstract
This project will develop and optimize oxygen-enhanced (OE) imaging of dynamic ventilation of the lungs
simultaneously with high resolution acquisition of lung parenchymal anatomy in a single, free-breathing 7-minute
acquisition using 3D ultra-short time to echo (UTE) MRI. Advances in 3D UTE MRI now support regional imaging
of lung anatomy with CT-like contrast, full chest coverage, and isotropic 1 mm spatial resolution. We will employ
advanced motion compensation reconstruction with manifold-based deep learning and UTE center-out k-space
trajectories to isolate respiratory motion from T1 changes due to oxygen wash-in and wash-out during free-
breathing. The resulting motion compensated reconstruction provides both quantitative ventilation and high-
resolution structure in a single 7-minute series. Multiple chronic lung diseases will be studied with this approach
to establish utility and repeatability of the method in comparison to quantitative chest CT and hyperpolarized
129Xe MRI. Our preliminary data demonstrates the utility of MRI-only exam of lung structure and ventilation in a
manner similar to that provided by nuclear SPECT with technegas and X-ray CT but without ionizing radiation.
We hypothesize that 3D UTE MR imaging of ventilation dynamics will capture co-localized structure-function for
monitoring ventilation heterogeneity relative to structural features of lung disease, including fibrosis, granulomas,
mucus plugging, bronchiectasis, ground glass, and fibrosis. Radiology expert reader studies will be performed
with direct comparison of UTE MRI with quantitative chest CT for depiction of structural and functional (derived
from static multi-volumetric images) abnormalities, and OE MRI regional patterns of ventilation to hyperpolarized
129Xe MRI. We seek to create an MRI method and protocol for structure-function assessment of chronic lung
disease with broad access, no exposure to ionizing radiation (allowing for longitudinal assessment at increased
granularity), and using a safe, inexpensive and widely available paramagnetic gas. The specific aims of the
project are to: 1) Improve data acquisition efficiency for 3D UTE MRI at clinical field strengths; 2) Develop
dynamic OE MRI of oxygen ventilation wash-in and wash-out during free breathing, and 3) Develop OE
MRI visualization and analysis tools for regional structure-function associations. The 3D OE MRI
approach is inexpensive, uses proton-based contrast and can characterize both structural and functional aspects
of chronic lung disease in a manner similar to SPECT/CT without concern for ionizing radiation exposure.
肺结构和功能的动态氧增强 MRI,PI:Sean B. Fain。
抽象的
该项目将开发和优化肺部动态通气的氧气增强(OE)成像
在一次自由呼吸的 7 分钟内同时高分辨率采集肺实质解剖结构
使用 3D 超短时间回波 (UTE) MRI 进行采集。 3D UTE MRI 的进步现在支持区域成像
具有类似 CT 的对比度、全胸部覆盖和各向同性 1 毫米空间分辨率的肺部解剖结构。我们将聘用
利用基于流形的深度学习和 UTE 中心向外 k 空间进行高级运动补偿重建
用于将呼吸运动与自由过程中氧气冲入和冲出导致的 T1 变化隔离开来的轨迹
呼吸。由此产生的运动补偿重建提供定量通气和高
一个 7 分钟系列的决议结构。将用这种方法研究多种慢性肺部疾病
与定量胸部 CT 和超极化相比,确定该方法的实用性和可重复性
129Xe 核磁共振成像。我们的初步数据证明了仅 MRI 检查肺结构和通气的实用性
方式类似于采用 Technegas 和 X 射线 CT 的核 SPECT 提供的方法,但没有电离辐射。
我们假设通气动态的 3D UTE MR 成像将捕获共定位的结构功能
监测与肺部疾病结构特征相关的通气异质性,包括纤维化、肉芽肿、
粘液堵塞、支气管扩张、磨玻璃和纤维化。将进行放射学专家读者研究
通过直接比较 UTE MRI 与定量胸部 CT 来描述结构和功能(派生
从静态多体积图像)异常,以及 OE MRI 局部通气模式到超极化
129Xe 核磁共振成像。我们寻求创建一种用于慢性肺结构功能评估的 MRI 方法和协议
疾病可广泛接触,无需暴露于电离辐射(允许在增加的情况下进行纵向评估)
粒度),并使用安全、廉价且广泛使用的顺磁性气体。该计划的具体目标
项目目标是: 1) 提高临床领域优势的 3D UTE MRI 数据采集效率; 2)开发
自由呼吸期间氧气通气冲洗和冲洗的动态 OE MRI,以及 3) 开发 OE
用于区域结构功能关联的 MRI 可视化和分析工具。 3D OE MRI
方法成本低廉,使用基于质子的对比度,并且可以表征结构和功能方面
以类似于 SPECT/CT 的方式诊断慢性肺部疾病,无需担心电离辐射暴露。
项目成果
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