| Přispěvatelé: |
University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics, Materiaalifysiikan osasto, European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Department of Clinical Physiologyand Nuclear MedicineHUS Medical Imaging CenterHelsinki University Central Hospital, University of Helsinki., Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, fysiikan laitos, Helsingfors universitet, matematisk-naturvetenskapliga fakulteten, institutionen för fysik, Nieminen, Miika, Sovijärvi, Anssi, Porra, Liisa |
| Popis: |
Functional lung CT using synchrotron radiation was applied for studying regional ventilation distribution in vivo in animal lungs. This quantitative method employs the K-edge subtraction (KES) technique, which takes advantage of the sharp rise of the absorption coefficient at the binding energy of K-shell electron of a contrast agent. In KES technique two images are taken simultaneously at energies bracketing the K-edge energy of stable xenon (Xe) gas. This technique produces absorption CT images for structural evaluation and Xe density images and at the same time it allows the study of the regional ventilation heterogeneity, calculated based on wash-in series of Xe inhalation images. In this work the analysis of KES CT images was developed to show the regional differences in the airway reactions produced by the direct constrictor agonist, methacholine (MCh), and the indirect constrictor agonist, ovalbumin (OVA), in healthy and asthmatic rabbits. Moreover these constrictors were tested under the influence of cigarette smoke. The effect in airways of different administration routes of MCh, inhaled or intravenous (i.v.), was studied using low radiation dose Xe density CT images. The radiation dose in synchrotron radiation imaging of rabbit lungs in vivo, with and without Xe, was calculated and measured using several methods and compared to the image quality. Results showed that i.v. MCh caused bronchoconstriction primarily in central airways in healthy and asthmatic animals, whereas i.v. OVA only in asthmatic animals. Inhaled MCh, in both groups, affected more the periphery. On the other hand cigarette smoke inhibited the bronchoconstriction in both healthy and asthmatic animals. Theoretical and measured values of synchrotron radiation dose were consistent in this setup. Dose dependency of the image quality, defined by signal to noise ratio, was evaluated, and a threshold for detectable signal contrast was found. The optimal imaging setup was estimated using these results. These findings show the feasibility of the KES CT method for functional lung imaging of airway reactions by providing information on the regional ventilation distributions. By optimizing the image acquisition and reconstruction algorithms with existing methods, KES CT lung imaging could be adaptable for human studies in the near future. Astma on yleinen sairaus teollisissa maissa ja Suomessa siihen sairastuu noin 9 % väestöstä. Astmassa keuhkojen alueellinen toiminta on häiriintynyttä. Perinteisesti keuhkojen toimintaa on tutkittu spirometrialla tai radionuklidimenetelmillä, joiden erotuskyky tai kvantitatiivisuus eivät ole riittäviä paikantamaan keuhkojen ääreisosien toimintaa tai rakennetta. Keuhkojen toimintaa voidaan tutkia aiempaa tarkemmin synkrotronilla tuotettuun röntgensäteilyyn perustuvalla funktionaalisella tietokonetomografialla (TT), joka perustuu kontrastiaineen, xenonin, K-reunan vähennystekniikkaan (KES). Tekniikalla voidaan tuottaa samanaikaisesti sekä perinteisiä TT-kuvia keuhkorakenteen tutkimiseen että xenonin tiheyskuvia, joista saadaan kvantitatiivista tietoa kuten absoluuttisia tiheyksiä tai hengityskuvia paikallisen keuhkotuuletuksen määrittämiseen. Väitöskirjatyössä KES-TT analyysiä kehitettiin määrittämään keuhkojen toiminnan paikallisia muutoksia astmankaltaisessa tai allergeenin aiheuttamassa reaktiossa terveillä ja astmaattisilla kaneilla. Myös tupakansavun vaikutusta näihin reaktioihin testattiin. Lisäksi tutkittiin suonensisäisesti annetun tai hengitetyn astmareaktiota aiheuttavan lääkkeen vaikutuksen eroa keuhkojen toimintaan. Kuvauksessa käytetyn synkrotronisäteilyn annos määritettiin sekä teoreettisesti että mittaamalla. Säteilyannoksen ja kuvanlaadun keskinäistä riippuvuutta tutkittiin. Löydösten perusteella KES-TT menetelmän avulla voidaan tutkia sekä funktionaalisesti keuhkojen tuuletuksen jakautumista ja sen muutoksia paikallisesti että saada tietoa keuhkojen anatomiasta. Kehittämällä laitteistoa ja optimoimalla rekonstruktioalgoritmit on mahdollista soveltaa KES-TT tekniikkaa myös ihmiskeuhkojen kuvaukseen. |
