Lungenbildgebung mittels 3D-19F-MRT: Evaluation an der mit Perfluorcarbon gefüllten Rattenlunge in situ

Die Suche nach Alternativen zur Vermeidung des beatmungsinduzierten Lungenschadens bei der Langzeitbeatmung des respiratorisch insuffizienten Patienten hat zur Entwicklung des Konzeptes der Flüssigkeitsbeatmung mit Perfluorcarbonen (PFC) geführt. Die besonderen Eigenschaften der Perfluorcarbone ermöglichen eine lungenprotektive Beatmung. Ihre hohe Röntgendichte begünstigt den Einsatz von PFC als Kontrastmittel in konventionellem Röntgen, CT und MRT. So kann eine radiologische Verlaufskontrolle des flüssigkeitsbeatmeten Patienten erfolgen. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Methode der isolierten Darstellung der PFC-gefüllten Lunge mit der 3D-19F-MRT sowie die Berechnung und Interpretation von Lungenvolumina anhand der Voxelzahl. Weiterhin erfolgte die Untersuchung des Verhaltens der großen Bronchien unter Druckapplikation. Die Bildgebung erfolgte an einem 9,4T Kleintier-MRT. Nach der Euthanasie der Versuchstiere wurden Aufnahmen der flüssigkeitsgefüllten Rattenlungen auf unterschiedlichen Druckniveaus von 0 mmHg, 5,2 mmHg, 10,4 mmHg, 15,6 mmHg, 20,8 mmHg, 26 mmHg, 31,1 mmHg, 36,4 mmHg und 41,5 mmHg angefertigt. Anschließend wurden die Lungenbilder hinsichtlich ihres Gesamt-, Alveolar- und Bronchialvolumens untersucht, sowie eine Vermessung der großen Bronchien bezüglich ihrer Zunahme in Länge und Flächeninhalt unter steigendem Druck vorgenommen. In der Untersuchung der 3D-19F-MRT bezüglich der optimalen Methode für die Lungenbildgebung, stellte sich die TurboRARE als Sequenz der Wahl heraus. Bei der Auswertung der Lungenvolumina konnte im Bereich niedriger Druckwerte die größte Volumenzunahme festgestellt werden, bei Applikation eines Druckes von über 20,8 mmHg waren kaum noch Änderungen des Lungenvolumens zu verzeichnen. Bei der separaten Untersuchung der großen Bronchien zeigte sich die größte Längenzunahme bis zu einem Druck von 15,6 mmHg, die größten Veränderungen zeigten sich in den distal gelegenen Bronchien. Eine Zunahme des Flächeninhaltes erfolgte
The concept of liquid assisted ventilation with perfluorocarbons (PFC) as an alternative ventilation modality in the setting of long-term ventilation of patients with respiratory insufficiency has been investigated for over 40 years. The special chemical and biological properties of liquid perfluorocarbons make them suitable for lung-protective ventilation. Because of their high radiopacity, PFCs are suitable as contrast agents in X-ray, CT and MRI. In this project, we aimed to establish a method of high resolution 3D-19F-MRI of the totally PFC-filled lung. As little evidence exists about airway mechanics in the setting of LAV, we intended to investigate the mechanical properties of the fluid-filled lung. Furthermore we wanted to measure and interprete lung volumes by counting the amount of voxels in the lung images. Methods: 16 female Wistar rats were euthanized and the liquid perfluorocarbon FC-84 instilled into their lungs. 3D-19F-MRI was performed at various intrapulmonary pressures. Total, bronchial and alveolar volumes were calculated and compared. Measurements of bronchial length and area were obtained from transversal 2D images for each pressure range. Changes in bronchial area were used to determine circumferential strain, while longitudinal strain was calculated from changes in bronchial length. Results: we could establish a method of 3D-19F-MRI that could be suitable for human lung imaging during liquid ventilation. Measuring lung volumes from voxels gives an overview of actual lung volumes, although a higher resolution would lead to more exact measurements. Our analysis of mechanical properties of fluid-filled large airways shows that longitudinal and circumferential airway expansion occurs in an anisotropic fashion. Whereas longitudinal strain still grows with higher pressures, circumferential strain quickly reaches a “strain limit”. Longitudinal strain is higher in distal bronchi, probably due to the high density of liquid PFCs.