Background: Magnetic resonance imaging (MRI) is a noninvasive technique that provides excellent contrast for soft tissue organs. However, due to the low density of protons and many air-tissue junctions, its application in the lung is limited. Thus, X‑ray-based methods are often used here (with the well-known disadvantages of ionizing radiation).
Objectives: In this review, we discuss pulmonary MRI with hyperpolarized xenon-129 (Xe-MRI). Xe-MRI provides unique valuable insights into lung microstructure and function, including gas exchange with red blood cells-parameters not accessible by any standard clinical methods.
Methods: By magnetic labelling, i.e. hyperpolarization, the signal from xenon-129 is amplified by up to 100,000 times. In this process, electrons from rubidium are first polarized to 100% using laser light and then transferred to xenon by collisions. Then the hyperpolarized gas is brought to the patient in a bag and inhaled shortly before the MRI scan.
Results: Using special programming (sequences) of the MRI, the ventilation, microstructure, or gas exchange of the lungs, can be displayed in 3D. This allows, for example, quantitative visualization of ventilation defects, alveolar size, tissue gas uptake and gas transfer to the blood.
Conclusions: Xe-MRI provides unique information about the state of the lung-noninvasively, in vivo and in less than a minute.
Zusammenfassung: HINTERGRUND: Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein nichtinvasives Verfahren mit hervorragendem Weichteilkontrast. Aufgrund der geringen Protonendichte und vielen Luft-Gewebe-Übergängen ist die Anwendung in der Lunge jedoch eingeschränkt, so dass hier häufig röntgenbasierte Methoden eingesetzt werden (mit den bekannten Nachteilen ionisierender Strahlung).
Fragestellung: In dieser Übersichtsarbeit wird die Lungen-MRT mit hyperpolarisiertem Xenon-129 (Xe-MRT) dargestellt. Die Xe-MRT erlaubt einzigartige wertvolle Einblicke in die Mikrostruktur und Funktion der Lunge, einschließlich des Gasaustauschs mit roten Blutkörperchen – Parameter, die mit klinischen Standardmethoden nicht zugänglich sind.
Material und methoden: Durch die magnetische Markierung, die Hyperpolarisierung, wird das Signal von Xenon-129 um bis zu 100.000-fach verstärkt. Hierbei werden die Elektronen von Rubidium mittels Laserlicht zunächst auf 100 % polarisiert und dann durch Stöße auf Xenon übertragen. Danach wird das hyperpolarisierte Gas in einem Beutel zum Patienten gebracht und eingeatmet, kurz bevor die MRT-Aufnahmen beginnen.
Ergebnisse: Durch spezielle Programmierungen (Sequenzen) in der MRT kann die Ventilation, Mikrostruktur oder der Gasaustausch der Lunge in 3‑D dargestellt werden. Dies ermöglicht z. B. die quantitative Darstellung von Belüftungsdefekten, der Größe der Alveolen, der Gasaufnahme im Gewebe und des Gastransfers ins Blut.
Schlussfolgerung: Die Xe-MRT liefert einzigartige Informationen über den Zustand der Lunge – nichtinvasiv, in vivo und in weniger als einer Minute.
Keywords: Gas transfer; Hyperpolarization; Magnetic resonance imaging; Pulmonary function tests; Xenon-129.
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