Diffusionsgewichtete Helium-3 Magnetresonanztomographie zur Untersuchung der Lunge

Die diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie (MRT) mit dem hyperpolarisierten Edelgas-Isotop 3He ist ein neues Verfahren zur Untersuchung von Erkrankungen der Atem-wege und der Lunge. Die Diffusionsbewegung der 3He-Atome in den Luftwegen der Lunge wird durch deren Wände begrenzt, wobei diese Einschränkung sowohl von den Dimensionen der Atemwege als auch von den Messparametern abhängt. Man misst daher einen scheinbaren Diffusionskoeffizienten (Apparent Diffusion Coefficient, ADC) der kleiner ist als der Diffusionskoeffizient bei freier Diffusion. Der ADC gestattet somit eine qualitative Abschät-zung der Größe der Luftwege und deren krankhafte Veränderung, ohne eine direkte Abbil-dung der Luftwege selbst. Eine dreidimensionale Abbildung der räumlichen Verteilung von Lungenschädigungen wird dadurch möglich. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein tieferes physikalisch fundiertes Verständnis der 3He-Diffusionsmessung zu ermöglichen und die Methode der diffusionsgewichteten 3He-MRT hin zur Erfassung des kompletten 3He-Diffusionstensors weiterzuentwickeln. Dazu wurde systematisch im Rahmen von Phantom- und tierexperimentellen Studien sowie Patientenmes-sungen untersucht, inwieweit unterschiedliche Einflussfaktoren das Ergebnis der ADC-Messung beeinflussen. So konnte beispielsweise nachgewiesen werden, dass residuale Luftströmungen am Ende der Einatmung keinen Einfluss auf den ADC-Wert haben. Durch Simulationsrechnungen konnte gezeigt werden, in welchem Maße sich die durch den Anregungspuls hervorgerufene Abnah-me der Polarisation des 3He-Gases auf den gemessenen ADC-Wert auswirkt. In einer Studie an lungengesunden Probanden und Patienten konnte die Wiederholbarkeit der ADC-Messung untersucht werden, aber auch der Einfluss von Gravitationseffekten. Diese Ergebnisse ermöglichen genauere Angaben über systematische und statistische Messfehler, sowie über Grenzwerte zwischen normalem und krankhaft verändertem Lungengewebe. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die bestehende diffusionsgewichtete Bildgebung methodisch zur Erfassung des kompletten Diffusionstensors von 3He in der Lunge weiterentwickelt. Dies war wichtig, da entlang der Luftwege weitestgehend freie Diffusion vorherrscht, während senkrecht zu den Luftwegen die Diffusion eingeschränkt ist. Mit Hilfe von Simulationsrech-nungen wurde der kritische Einfluss von Rauschen in den MRT-Bildern auf die Qualität der Messergebnisse untersucht. Diese neue Methodik wurde zunächst an einem Phantom beste-hend aus einem Bündel aus Glaskapillaren, deren innerer Durchmesser mit dem des mensch-lichen Azinus übereinstimmt, validiert. Es ergab sich eine gute Übereinstimmung zwischen theoretischen Berechnungen und experimentellen Ergebnissen. In ersten Messungen am Menschen konnten so unterschiedliche Anisotropiewerte zwischen lungengesunden Proban-den und Patienten gefunden werden. Es zeigte sich eine Tendenz zu isotroper Diffusion bei Patienten mit einem Lungenemphysem. Zusammenfassend tragen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zu einem besseren Ver-ständnis der ADC-Messmethode bei und helfen zukünftige Studien aufgrund des tieferen Verständnisses der die 3He Messung beeinflussenden Faktoren besser zu planen.

Alveolarization continues during childhood and adolescence: new evidence from helium-3 magnetic resonance

The current hypothesis that human pulmonary alveolarization is complete by 3 years is contradicted by new evidence of alveolarization throughout adolescence in mammals.

Asphyxial suicide by inhalation of helium inside a plastic bag

Asphyxial suicide by placing a plastic bag over the head, especially in combination with inhalation of gases, is a rarely described method of committing suicide. This article reports a case of suicidal asphyxiation by inhaling the inert gas helium inside a plastic bag. A 64-year-old man probably followed the instructions described in an article about committing suicide written by a medical practitioner from Zürich. This form of suicide is recommended by right-to-die groups and in the internet as a certain, fast, and painless suicide method. Additionally, it leaves only seldom externally visible marks or pathomorphological findings on the body. If the plastic bag and other auxiliary means are removed by another person, the forensic death investigation of cause and manner of death may be very difficult. Therefore, the death scene investigation and the inquiry ordered in the environment of the deceased are very important.

Helium breathing provides modest antiinflammatory, but no endothelial protection against ischemia-reperfusion injury in humans in vivo

BACKGROUND: The noble gas helium is devoid of anesthetic effects, and it elicits cardiac preconditioning. We hypothesized that inhalation of helium provides protection against postocclusive endothelial dysfunction after ischemia-reperfusion of the forearm in humans. METHODS: Eight healthy male subjects were enrolled in this study with a crossover design. Each volunteer was randomly exposed to 15 min of forearm ischemia in the presence or absence of helium inhalation. Helium was inhaled at an end-tidal concentration of 50 vol% from 15 min before ischemia until 5 min after the onset of reperfusion ("helium conditioning"). Hyperemic reaction, a marker of nitric oxide bioavailability and endothelial function, was determined at 15 and 30 min of reperfusion on the forearm using venous occlusion plethysmography. Expression of the proinflammatory markers CD11b, ICAM-1, PSGL-1, and L-selectin (CD62L) on leukocytes and P-selectin (CD62P), PSGL-1, and CD42b on platelets were measured by flow cytometry during reperfusion. RESULTS: Ischemia-reperfusion consistently reduced the postocclusive endothelium-dependent hyperemic reaction at 15 and 30 min of reperfusion. Periischemic inhalation of helium at 50 vol% did not improve postocclusive hyperemic reaction. Helium decreased expression of the proinflammatory marker CD11b and ICAM-1 on leukocytes and attenuated the expression of the procoagulant markers CD42b and PSGL-1 on platelets. CONCLUSIONS: Although inhalation of helium diminished the postischemic inflammatory reaction, our data indicate that human endothelium, which is a component of all vital organs, is not amenable to protection by helium at 50 vol% in vivo. This is in contrast to sevoflurane, which protects human endothelium at low subanesthetic concentrations.

Paleozoic-aged brine and authigenic helium preserved in an Ordovician shale aquiclude

Consideration of the geosphere for isolation of nuclear waste has generated substantial interest in the origin, age, and movement of fl uids and gases in low-permeability rock formations. Here, we present profi les of isotopes, solutes, and helium in porewaters recovered from 860 m of Cambrian to Devonian strata on the eastern fl ank of the Michigan Basin. Of particular interest is a 240-m-thick, halite-mineralized, Ordovician shale and carbonate aquiclude, which hosts Br–-enriched, post-dolomitic brine (5.8 molal Cl) originating as evaporated Silurian seawater. Authigenic helium that has been accumulating in the aquiclude for more than 260 m.y. is found to be isolated from underlying allochthonous, 3He-enriched helium that originated from the rifted base of the Michigan Basin and the Canadian Shield. The Paleozoic age and immobility of the pore fl uids in this Ordovician aquiclude considerably strengthen the safety case for deep geological repositories, but also provide new insights into the origin of deep crustal brines and opportunities for research on other components of a preserved Paleozoic porewater system.