Pulmonare Zirkulationszeitmessung und Lungenblutvolumenbestimmung in der Maus mittels Magnetic Particle Imaging und der Magnetresonanztomografie

Zielsetzung:

Zielsetzung war es die Zirkulationszeit eines Bolus von superparamagnetischen Nanopartikeln (SPIO) durch die Lunge von Mäusen und deren Lungenblutvolumen mittels des Magnetic Particle Imaging (MPI) und der Magnetresonanztomografie (MRT) zu bestimmen.

Material und Methoden:

In neun Mäusen wurden in einem präklinischen 7T MRT (Clinscan) Scans von Herz und Lunge für die spätere Co-Registierung durchgeführt. Danach wurden die Mäuse in dem MPI-Scanner (Philips/Bruker) mit einer eigenentwickelten Empfangsspule untersucht. Während der dynamischen Messsequenz wurde ein Bolus von 1 µl eines 1 molaren SPIO (Perimag, Micromod) in die Schwanzvene injiziert. Die zeitliche Auflösung eines 3D-Datasatzes betrug 21.5 ms. MR- und MPI-Bilder wurden co-registiert und der linke und rechte Ventrikel identifiziert. Eine Modelfunktion wurde in die gemessenen Zeitverläufe eines jeden Bildpunktes gefittet und die Ankunftszeit ermittelt. Danach wurden Ankunftszeiten in den linken und rechten Ventrikel vermessen und die Zeitdifferenz wurde bestimmt. Die RR-Intervalllängen wurden aus der Pulsationsfrequenz des Blut-MPI-Signals extrahiert. Die gleichen Mäuse erhielten bereits einige Tage zuvor eine MRT-Herzbildgebung und eine Volumetrie des linken Ventrikels. Der Quotient von Herzschlagvolumen und RR-Intervalllänge multipliziert mit der Lungenpasssagezeit ergab das Lungenblutvolumen.

Ergebnisse:

In all neun Mäusen gelang die Erzeugung eines kurzen Bolus-Profils. Die Zeitdifferenz der Ankunftszeiten betrug 0.9 ± 0.1 s. Das Herzschlagvolumen betrug 33 ± 3 mm³ bei einer Herzschlagrate von 131 ± 8 ms. Daraus folgte ein Lungenblutvolumen von 233 ± 48 µl.

Schlussfolgerungen:

Aufgrund der hohen zeitlichen Auflösung des MPI-Verfahrens konnte die Passage des Bolus vom rechten Ventrikel durch die Lungen in den linken Ventrikel verfolgt werden. In Kombination mit der Bestimmung des Herzschlagvolumens wurde das Blutvolumen der Lungen ermittelt. Die Technik kann zukünftig für die Beurteilung von krankhaften Veränderungen der Lungenzirkulation angewendet werden.