Pulmonary imaging with quantification of T1-relaxation and oxygen enhanced MRI

Forskningsoutput: AvhandlingDoktorsavhandling (sammanläggning)

Abstract

Bildtagning med magnetresonans (mangetic resonance imaging eller MRI) är en fascinerande teknik som använder magnetfält och radiovågor för att skapa detaljerade bilder av kroppens innanmäte. Tvärt om mot vad många tror så finns det ingen ”magnetröntgen” i MR-kameran, och därmed ingen skadlig joniserande strålning. Detta gör det möjligt att utföra upprepade undersökningar på friska och sjuka försökspersoner utan att undersökningen själv skadar kroppen. Samtidigt skryter MRI med sjukvårdens kanske mest informationsrika bilder.
Tyvärr är MR oerhört dåligt för att studera just lungor. Lungorna innehåller vanligtvis mest luft, vilket från början inte ger någon MR-signal. Som om det inte räcker är MRI oerhört långsamt och ingen kan hålla andan så länge som det krävs för att ta riktigt bra MR-bilder. Trots detta finns fantastiska möjligheter med bildmarkörer för sjukdomstillstånd som enkelt kan fångas på MR-kameran. Två sådana bildmarkörer är T1-relaxationstid och syreförstärkning.
T1-relaxationstid är en av de tre grundläggande vävnadsparametrarna i MRI, bredvid T2 och protontäthet (PD). Dessa kan jämföras med grundfärgerna rött, grönt och blått, där alla MR-bilder i grunden består av olika T1, T2 och PD. I tidigare mätningar har man sett att T1 varierar mycket mellan friska och sjuka lungor, speciellt har man sett att kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL) förkortar T1, likaså fibros och till viss del rökning. Enligt en tidigare rapport hade en person som rökt länge kortare T1, men är det för att denne rökt länge, eller bara levt länge? I den första delen av denna avhandling kvantifierades därför T1 i en grupp friska frivilliga icke-rökare för att undersöka om det fanns något åldersberoende för T1. Resultatet presenterades på en internationell konferens och fick åhörarna att bokstavligt talat tappa hakan. Vi kunde påvisa en stark köns- och ålderskorrelation, där unga kvinnor har en mycket längre T1 än både män och äldre kvinnor. Tolkningen av resultatet får oss att tro att T1 egentligen är en bildmarkör för blodvolym, då blod har lång T1 och de flesta sjukdomstillstånd – samt hög ålder – leder till lägre blodvolym i lungan.
Syreförstärkt MR är också baserat på T1-kvantifiering, men går ut på att mätningar görs både innan och under det att försökspersonen andas ren syrgas i några minuter. Syre är helt ofarligt att andas i flera timmar, så några minuter är verkligen helt riskfritt. Syre får T1-relaxationen i lungan att bli kortare och signalen i bilden att förstärkas – därav syreförstärkt MR. Tidiga mätningar antydde att syreförstärkt MR kunde mäta lungans diffusionskapacitet, hur effektivt syrgas tas upp av lungan. Andra delen i denna avhandling mätte därför också syreförstärkningen i en grupp friska frivilliga, tillsammans med alla relevanta mått på lungfunktion. Även här förvånade resultatet många, även om det inte mottogs lika entusiastiskt som första gången: Det tidigare rapporterade sambandet mellan lungans diffusionskapacitet och syreförstärkningen fanns inte i de friska frivilliga. Istället fann vi en väldigt stark korrelation mellan syreförstärkning och kön, ålder och BMI. Detta resultat kunde också tolkas med en fysiologisk förståelse. I friska individer är faktiskt inte syreupptaget begränsat av diffusion, i stort sett allt blod blir fullt syresatt om det kommer i kontakt med frisk luft. Problem uppkommer om en del av lungan inte får tillgång till luft, och blod passerar utan att bli syresatt. Detta är precis vad som händer vid hög ålder eller då fett i buken trycker på lungan – delar av lungan stängs och förblir icke-syresatta.
Vidare visade vi att vår metod för att mäta T1 också kan användas för att mäta protontäthet (en annan av de tre ”grundfärgerna” i MRI). Protontäthet är kort sagt mängden vattenmolekyler i lungan, och minskar såklart vid svår lungsjukdom då vävnaden bryts ner (då all kroppens vävnad består av ca 70% vatten). I gruppen av friska frivilliga var alla mått på protontäthet korrelerade med den uppskattade radien på lungans alveoler (de minsta luftblåsorna i lungan där gasutbyte sker). Detta är väldigt viktig information vid KOL, eftersom ett kardinalsymptom är just nedbrytning av väggarna mellan alveolerna.
Slutsatserna från detta arbete är att en mätning med syreförstärkt MR av lungorna eventuellt kan ge information om blodmängd, syresättning och vävnadstäthet i lungan, genom de tre parametrarna T1-relaxationstid, syreförstärkning och protontäthet, samt att dessa parametrar kan variera med åtminstone kön och ålder hos en frisk population. Eftersom det inte finns några kända skadliga effekter av undersökningen, är det möjligt att utforma studier på riskgrupper för lungsjukdom, eller på patienter som testar nya behandlingar, med flera uppföljande mätningar. Förhoppningsvis uppmuntrar denna avhandling också fler till att göra tvärvetenskapliga projekt då vi tydligt visat hur både fysiologi och fysik är nödvändigt för att tolka resultaten från samtliga delarbeten.

Detaljer

Författare
Enheter & grupper
Forskningsområden

Ämnesklassifikation (UKÄ) – OBLIGATORISK

  • Fysiologi
  • Radiologi och bildbehandling
  • Lungmedicin och allergi
Bidragets titel på inmatningsspråkBildtagning av lungor med kvantifiering av T1-relaxation och syrgasförstärkt MRI
Originalspråkengelska
KvalifikationDoktor
Tilldelande institution
Handledare/Biträdande handledare
Tilldelningsdatum2018 dec 14
UtgivningsortLund
Förlag
  • Lund University, Faculty of Medicine
Tryckta ISBN978-91-7619-721-9
StatusPublished - 2018
PublikationskategoriForskning

Nedladdningar

Ingen tillgänglig data

Relaterad forskningsoutput

Visa alla (3)