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Peripheral and proximal lung ventilation in asthma: Short-term variation and response to bronchodilator inhalation - 03/06/21

Doi : 10.1016/j.jaci.2020.11.035 
Helen Marshall, PhD a, , J. Chris Kenworthy, BMedSci a, Felix C. Horn, PhD a, Steven Thomas, PhD b, Andrew J. Swift, PhD a, Salman Siddiqui, FRCP, PhD c, Christopher E. Brightling, FMedSci, PhD c, Jim M. Wild, PhD a
a POLARIS, Academic Radiology, Department of Infection, Immunity and Cardiovascular Disease, University of Sheffield, Sheffield, United Kingdom 
b British Columbia Cancer Board, Vancouver, British Columbia, Canada 
c Institute for Lung Health and Leicester National Institute for Health Research Biomedical Research Centre (Respiratory Theme), Department of Respiratory Sciences, University of Leicester, Leicester, United Kingdom 

Corresponding author: Helen Marshall, PhD, University of Sheffield, POLARIS, 18 Claremont Crescent, Sheffield, S10 2TA, United Kingdom.University of SheffieldPOLARIS18 Claremont CrescentSheffieldS10 2TAUnited Kingdom

Abstract

Background

The relative involvement of the large and small airways in asthma is not clear. Hyperpolarized gas magnetic resonance imaging (MRI) provides high-resolution 3-dimensional images of ventilation distribution that can be quantified by the ventilated volume percentage (VV%) of the lungs.

Objective

Our aims were to (1) quantify the baseline reproducibility of VV%, (2) assess the ventilation distribution between the proximal and peripheral lungs, and (3) investigate regional ventilation response to bronchodilator inhalation in a cohort of patients with asthma.

Methods

A total of 33 patients with poorly controlled, moderate-to-severe asthma were scanned with hyperpolarized 3He MRI. Two image data sets were acquired at baseline, and 1 image data set was acquired after bronchodilator inhalation. Images were divided into proximal and peripheral regions for analysis.

Results

Bland-Altman analysis showed strong reproducibility of VV% (bias = 0.12%; LOA = –1.86% to 2.10%). VV% variation at baseline was greater in the periphery than in the proximal lung. The proximal lung was better ventilated than the peripheral lung. Ventilation increased significantly in response to bronchodilator inhalation, globally and regionally, and the ventilation increase in response to bronchodilator inhalation was greater in the peripheral lung than in the proximal lung. Hyperpolarized gas MRI was more sensitive to changes in response to bronchodilator inhalation (58%) than spirometry (33%).

Conclusion

The peripheral lung showed reduced ventilation and a greater response to bronchodilator inhalation than the proximal lung. The high level of baseline reproducibility and sensitivity of hyperpolarized gas MRI to bronchodilator reversibility suggests that it is suitable for low subject number studies of therapy response.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Hyperpolarized gas MRI, ventilation, asthma, proximal, peripheral, reproducibility, bronchodilator response

Abbreviations used : 2D, FVC, LOA, MCID, MRI, PET, TLV, VDP, VV, VV%


Plan


 Supported by EU FP7 AirPROM, Novartis, and the MRC (grant MR/M008894/1).
 Disclosure of potential conflict of interest: The authors declare that they have no relevant conflicts of interest.
 Some aspects of this work were previously published in abstract form at the 2013 European Respiratory Society Congress (“Quantifying peripheral and central lung response to bronchodilator in asthma with hyperpolarized 3-helium MRI”) and the 2014 American Thoracic Society Conference (“Reproducibility of lung ventilation volume from helium-3 and proton MRI in asthmatics").


© 2020  American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 147 - N° 6

P. 2154 - juin 2021 Retour au numéro
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