コントラスト剤として吸入されたキセノンを使用したシンクロトロン放射による定量的官能的肺イメージング

スモールエアウェイズは、換気の分布と換気と灌流へのマッチングにおいて重要な役割を果たします。この研究の目的は、局所肺換気の測定と小径の機能の評価を小さい直径の測定可能にするイメージング方法を導入することでした。実験は、欧州シンクロトロン放射線施設の医療ビームラインで実施されました。単色シンクロトロン放射線ビームを使用して、造影剤（XE）ガスとして吸入された安定したキセノン（XE）ガスを使用して、2つの麻酔および機械的に換気されたラビットで、肺と気道の定量的呼吸依存画像を取得しました。2つの同時画像が、XEのKエッジの上下の2つの異なるエネルギーで取得されました。2つの画像の対数減算により、絶対XE濃度が得られます。この手法は、K-Edge減算（KES）X線撮影として知られています。空域内のXE濃度の空間分布と、XEでの充填のダイナミクスを示す2次元平面およびCT画像が得られました。直径1 mmまでの気管支は、減算のX線写真と断層撮影画像の両方で見えました。吸入されたガス混合物、大小の気管支、および肺組織を運ぶチューブ内でXeガスの絶対濃度を計算しました。XEによる換気の局所時間定数は、順次コンピューター断層撮影画像のガス濃度の進化に従うことにより得られました。この最初の動物研究の結果は、造影剤としてのXEガスを伴う肺のKESイメージングが、肺内の換気の分布と、小さな直径の気道を含む気道機能の研究に大きな可能性があることを示しています。

Small airways play a key role in the distribution of ventilation and in the matching of ventilation to perfusion. The purpose of this study was to introduce an imaging method that allows measurement of regional lung ventilation and evaluation of the function of airways with a small diameter. The experiments were performed at the Medical Beamline of the European Synchrotron Radiation Facility. Monochromatic synchrotron radiation beams were used to obtain quantitative respiration-gated images of lungs and airways in two anaesthetized and mechanically ventilated rabbits using inhaled stable xenon (Xe) gas as a contrast agent. Two simultaneous images were acquired at two different energies, above and below the K-edge of Xe. Logarithmic subtraction of the two images yields absolute Xe concentrations. This technique is known as K-edge subtraction (KES) radiography. Two-dimensional planar and CT images were obtained showing spatial distribution of Xe concentrations within the airspaces, as well as the dynamics of filling with Xe. Bronchi down to 1 mm in diameter were visible both in the subtraction radiographs and in tomographic images. Absolute concentrations of Xe gas were calculated within the tube carrying the inhaled gas mixture, small and large bronchi, and lung tissue. Local time constants of ventilation with Xe were obtained by following the evolution of gas concentration in sequential computed tomography images. The results of this first animal study indicate that KES imaging of lungs with Xe gas as a contrast agent has great potential in studies of the distribution of ventilation within the lungs and of airway function, including airways with a small diameter.