Rofo 2003; 175(2): 187-193
DOI: 10.1055/s-2003-37223
Lunge
Originalarbeit
© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

MR-Bildgebung der Lungenventilation mittels aerosolierter Gadolinium-Chelate

MR Imaging of Lung Ventilation with Aerosolized Gadolinium-ChelatesP.  Haage1 , S.  Karaagac1 , E.  Spüntrup1 , G.  Adam2 , R.  W.  Günther1
  • 1Klinik für Radiologische Diagnostik, Universitätsklinikum der RWTH Aachen
  • 2Abteilung für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Prof. Günther zum 60. Geburtstag gewidmet.
Further Information

Publication History

Publication Date:
13 February 2003 (online)

Zusammenfassung

Ziel: Bestimmung der Durchführbarkeit einer kernspintomographischen Darstellung der Lungenventilation mittels aerosolierter Gd-Chelate bei gesunden Probanden. Methoden: 5 Probanden (Durchschnittsalter 37 Jahre) wurden in einem 1,5 T System untersucht. Die Probanden atmeten spontan aerosoliertes Gd-DTPA über eine Atemmaske für eine Dauer von 10 Minuten. Das Kontrastmittel-Aerosol wurde über einen leistungsfähigen druckluftbetriebenen Vernebler generiert. Die Illustration der Ventilation erfolgte mit einer atemgegateten dynamischen T1-gewichteten Turbo-Spin-Echosequenz. Zur Quantifizierung der Lungenventilation wurden die Signalintensitäten im Lungengewebe vor und nach Verneblung berechnet. Ergebnisse: Alle Untersuchungen wurden komplikationslos durchgeführt und beendet. Eine akute oder verzögerte Kontrastmittelreaktion wurde nicht beobachtet. In 4 von 5 Untersuchungen (80 %) wurde eine einheitliche Aerosolverteilung mit einem durchschnittlichen Signalintensitätsanstieg von 35 % nach 10 Minuten erreicht; in einem Fall war die Distribution gering inhomogen. Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse in der vorgestellten klinischen Phase-I-Studie haben die Übertragbarkeit der tierexperimentellen Ergebnisse zur Gadolinium-Aerosol-Ventilationsdarstellung in der MRT auf den Menschen erstmals erfolgreich demonstriert. Der Etablierung einer Gadolinium-Aerosol-Ventilationsdiagnostik sind weitere klinische Untersuchungen in größeren Probanden- und Patientenkollektiven voranzustellen.

Abstract

Purpose: To evaluate the feasibility of magnetic resonance assessment of human lung ventilation with aerosolized Gd-chelates in healthy volunteers. Materials and Methods: Five healthy adults (mean age 37 years) were studied with a 1.5 T unit. The volunteers were instructed to inhale the aerosol through an airtight facial mask for 10 minutes. The aerosol was generated with a jet-type small particle nebulizer with attached heater. Ventilation imaging was performed using a respiration-gated dynamic T1-weighted turbo spin echo sequence (TR = 199 ms, TE = 8.5 ms, 12 signal averages, slice thickness 10 mm). Pulmonary signal intensity changes were calculated before and after nebulization. Results: The investigation was successfully carried out in all volunteers. An acute or delayed allergic reaction to the aerosolized contrast medium was not observed. In 4 of 5 experiments (80 %), a homogeneous signal intensity increase was readily visualized with an average signal increase of 35 % after 10 minutes; in one experiment, the aerosol distribution was slightly heterogeneous. Conclusion: The results of the presented phase I clinical study demonstrate the feasibility of human ventilation imaging with aerosolized Gd-chelates for the first time. More trials with a larger number of healthy subjects and patients are needed before the clinical introduction of Gd-based ventilation MR imaging of the lungs.

Literatur

  • 1 Bergin C J, Glover G H, Pauly J M. Lung parenchyma: magnetic susceptibility in MR imaging.  Radiology. 1991;  180 845-848
  • 2 Bergin C J, Pauly J M, Macovski A. Lung parenchyma: projektion reconstruction MR imaging.  Radiology. 1991;  179 777-781
  • 3 Haage P, Adam G, Misselwitz B, Karaagac S, Pfeffer J G, Glowinski A, Döhmen S, Tacke J, Günther R W. Aerosoliertes Gadolinium-DTPA zur Darstellung der Lungenventilation in der Magnetresonanztomographie.  Fortschr Röntgenstr. 2000;  172 323-328
  • 4 Haage P, Adam G, Karaagac S, Pfeffer J G, Glowinski A, Döhmen S, Günther R W. Mechanical Delivery of Aerosolized Gadolinium-DTPA for Pulmonary Ventilation assessment in MR Imaging.  Invest Radiol. 2001;  36 240-243
  • 5 Zhao L, Albert M S. Biomedical imaging using hyperpolarized noble gas MRI: pulse sequence considerations.  Nucl Instrum Methods Phys Res A. 1998;  402 454-460
  • 6 Kauczor H U, Heussel C P, Thelen M. Radiodiagnostik der Lunge.  Radiologe. 2000;  40 870-877
  • 7 Edelman R R, Hatabu H, Tamadura E, Li W, Prasad P V. Noninvasive assessment of regional ventilation in the human lung using oxygen-enhanced magnetic resonance imaging.  Nat Med. 1996;  2 1236-1239
  • 8 Chen Q, Levin D L, Kim D, David V, McNicholas M, Chen V, Jakob P M, Griswold M A, Goldfarb J W, Hatabu H, Edelman R R. Pulmonary disorders: Ventilation-perfusion MR imaging with animal models.  Radiology. 1999;  213 871-879
  • 9 Mai V M, Chen Q, Bankier A A, Edelman R R. Multiple inversion recovery MR subtraction imaging of human ventilation from inhalation of room air and pure oxygen.  Magn Reson Med. 2000;  43 913-916
  • 10 Schreiber W G, Marstaller K, Weiler N, Eberle B, Leukemper-Ostendorf S, Scholz A, Burger K, Thelen M, Kauczor H U. Breathhold 19F-Magnetic Resonance Imaging of Lung Ventilation using SF6 Gas.  Fortschr Röntgenstr. 2000;  172 500-503
  • 11 Haage P, Karaagac S, Adam G, Glowinski A, Günther R W. Comparison of Aerosolized Gadoteridol and Gadopentetate Dimeglumine for Magnetic Resonance Ventilation Imaging of the Lung.  Magn Reson Med. 2001;  46 803-806
  • 12 Haage P, Karaagac S, Adam G, Spüntrup E, Pfeffer J, Günther R W. Gadolinium containing contrast agents for pulmonary ventilation magnetic resonance imaging: preliminary results.  Invest Radiol. 2002;  37 120-125
  • 13 Peltier P, Bardies M, Chetanneau A, Chatal J F. Comparison of technetium-99mC and phytate aerosol in ventilation studies.  Eur J Nucl Med. 1992;  19 349-354
  • 14 Bachert P, Schad L R, Bock M, Knopp M, Ebert M, Großmann T, Heil W, Hofmann D, Surkau R, Otten E. Nuclear magnetic resonance imaging of airways in humans with use of hyperpolarized 3He.  Magn Reson Med. 1996;  36 192-196
  • 15 Mugler J P, Driehuys B, Brookeman J R, Cates G D, Berr S S, Bryant R G, Daniel T M, de Lange E E, Downs J H, Erickson C J, Happer W, Hinton D P, Kassel N F, Maier T, Phillips C D, Saam B T, Sauer K L, Wagshul M E. MR imaging and spectroscopy using hyperpolarized 129Xe gas: preliminary human results.  Magn Reson Med. 1997;  37 809-815
  • 16 Altes T A, Powers P L, Knight-Scott J, Rakes G, Platts-Mills T A, de Lange E E, Alford B A, Mugler J P, Brookeman J R. Hyperpolarized 3He MR lung ventilation imaging in asthmatics: preliminary findings.  J Magn Reson Imaging. 2001;  13 378-384
  • 17 de Lange E, Mugler J, Brookeman J, Knight-Scott J, Truwit J, Teates C, Daniel T, Bogorad P, Cates G. Lung air spaces: MR imaging evaluation with hyperpolarized He gas.  Radiology. 1999;  210 851-857
  • 18 Saam B T, Yablonskiy D A, Kodibagkar V D, Leawoods J C, Gierada D S, Cooper J D, Lefrak S S, Conradi M S. MR imaging of diffusion of 3He gas in healthy and diseased lungs.  Magn Reson Med. 2000;  44 174-179
  • 19 Swanson S, Rosen M, Agranoff B, Coulter K, Welsh R, Chupp T. Brain MRI with laser-polarized 129Xe.  Magn Reson Med. 1997;  38 695-698
  • 20 Swanson S, Rosen M, Coulter K, Welsh R, Chupp T. Distribution and dynamics of laser-polarized 129Xe magnetization in vivo.  Magn Reson Med. 1999;  42 1137-1145
  • 21 Ruppert K, Brookeman J, Hagspiel K, Driehuys B, Mugler J P. NMR of hyperpolarized 129Xe in the canine chest: spectral dynamics during a breath-hold.  NMR Biomed. 2000;  13 220-228
  • 22 Kauczor H U, Ebert M, Kreitner K F, Grossmann T, Nilgens H, Hofmann D, Surkau R, Roberts T, Heil W, Otten E W, Thelen M. 3Helium-MRT der Lungenventilation: Erste klinische Anwendungen.  Fortschr Röntgenstr. 1997;  166 192-198
  • 23 Schreiber W G, Eberle B, Laukemper-Ostendorf S, Markstaller K, Weiler N, Scholz A, Burger K, Heussel C P, Thelen M, Kauczor H U. Dynamic 19F-MRI of pulmonary ventilation using sulfur hexafluoride (6SF) gas.  Magn Reson med. 2001;  45 605-613
  • 24 Löffler R, Müller C, Peller M, Penzkofer H, Deimling M, Schwaiblmair M, Scheidler J, Reiser M. Optimization and evaluation of the signal intensity change in multisection oxygen-enhanced MR lung imaging.  Magn Reson Imaging. 2000;  43 860-866
  • 25 Müller C J, Schwaiblmair M, Scheidler J, Deimling M, Weber J, Löffler R B, Reiser M F. Pulmonary diffusing capacity: assessment with oxygen-enhanced lung MR imaging preliminary findings.  Radiology. 2002;  222 499-506
  • 26 Berthezène Y, Vexler V, Clement O, Muhler A, Moseley M E, Brasch R C. Contrast-enhanced MR imaging of the lung: assessments of ventilation and perfusion.  Radiology. 1992;  183 667-672
  • 27 Darquenne C, Paiva M. Two- and three-dimensional simulations of aerosol transport and deposition in alveolar zone of human lung.  J Appl Physiol. 1996;  80 1401-1414
  • 28 Sweeney T D, Brain J D. Pulmonary deposition: Determinants and measurement techniques.  Toxicol Pathol. 1991;  19 384-397
  • 29 Misselwitz B, Muehler A, Heinzelmann I, Boeck J C, Weinmann H J. Magnetic Resonance Imaging of Pulmonary Ventilation: Initial Experiences with a Gadolinium-DTPA-Based Aerosol.  Invest Radiol. 1997;  32 797-801
  • 30 Waldrep J C, Keyhani K, Black M, Knight V. Operating characteristics of 18 different continuous-flow jet nebulizers with beclomethasone dipropionate liposome aerosol.  Chest. 1994;  105 106-110
  • 31 Stahlhofen W, Gebhart J, Heyder J, Scheuch G. Deposition pattern of droplets from medical nebulizers in the human respiratory tract.  Bull Eur Physiopathol Respir. 1983;  19 459-463
  • 32 Berthezène Y, Mühler A, Lang P, Shames D M, Clement O, Rosenau W, Kuwatsuru R, Brasch R C. Safety aspects and pharmacokinetics of inhaled aerosolized gadolinium.  J Magn Reson Imaging. 1993;  3 125-130
  • 33 Ehman R L, Felmlee J P. Adaptive technique for high-definition MR imaging of moving structures.  Radiology. 1989;  173 255-263
  • 34 Shellock F G, Kanal E. Safety of magnetic resonance imaging contrast agents.  J Magn Reson Imaging. 1999;  10 477-484

PD Dr. med. Patrick Haage

Klinik für Radiologische Diagnostik, Universitätsklinikum der RWTH Aachen

Pauwelsstraße 30

52057 Aachen

Phone: + 49-241-80-80303

Fax: + 49-241-80-82302

Email: haage@rad.rwth-aachen.de

    >