Hyperpolarized gas MRI
હાયપરપોલરાઇઝ્ડ ગેસ એમઆરઆઈ, જેને હાયપરપોલરાઇઝ્ડ હિલીયમ-3 એમઆરઆઈ અથવા એચપીએચઈ-3 એમઆરઆઈ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે એક તબીબી ઇમેજિંગ તકનીક છે જે મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ (એમઆરઆઈ) ની સંવેદનશીલતા અને અવકાશી રીઝોલ્યુશનને સુધારવા માટે હાયપરપોલરાઇઝ્ડ ગેસનો ઉપયોગ કરે છે. આ તકનીકની દવામાં ઘણી સંભવિત ઉપયોગિતાઓ છે, જેમાં ફેફસાં અને પેશીઓની ઓછી ઘનતા ધરાવતા શરીરના અન્ય ક્ષેત્રોના ઇમેજિંગનો સમાવેશ થાય છે. પલ્મોનરી રોગોના નિદાન અને દેખરેખ માટે વર્તમાન ધોરણ સ્પાઇરોમેટ્રિક પલ્મોનરી ફંક્શન ટેસ્ટિંગ (પી. એફ. ટી.) છે. જો કે, આ પરીક્ષણો માત્ર વૈશ્વિક ધોરણે ફેફસાનું મૂલ્યાંકન કરે છે અને સામાન્ય રીતે નાના વાયુમાર્ગ અને વાયુ વિનિમય પ્રદેશોમાં કાર્યાત્મક ફેરફારોને શોધવા માટે પૂરતા સંવેદનશીલ નથી. સંવેદનશીલતાના આ અભાવને કારણે આ પ્રદેશોને "સાયલન્ટ ઝોન" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. વધુમાં, પી. એફ. ટી. મેટ્રિક્સ મોટાભાગે વિષયના પ્રયત્નો પર આધાર રાખે છે, જે નોંધપાત્ર માપન અનિશ્ચિતતા અને પરિવર્તનશીલતા તરફ દોરી જાય છે. પરિણામે, વર્તમાન ઉપચાર મોટે ભાગે દર્દીઓના લક્ષણો અને અસ્તિત્વ પર આધારિત છે. આરોગ્ય સંભાળ પ્રણાલી પર ઊંચા ભારણ અને પલ્મોનરી રોગના વધતા પ્રસારને ધ્યાનમાં રાખીને, પલ્મોનરી રોગની પ્રગતિને વધુ સારી રીતે નિદાન કરવા અને તેનું પ્રમાણ નક્કી કરવા અને ઉપચારની પ્રતિક્રિયાને સચોટ રીતે માપવા માટે સુધારેલા નિદાન સાધનો અને માત્રાત્મક મેટ્રિક્સની જરૂર છે. હાયપરપોલરાઇઝ્ડ ગેસ એમઆરઆઈનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત પરંપરાગત એમઆરઆઈ જેવો જ છે, જે શરીરના આંતરિક માળખાઓની વિગતવાર છબીઓ બનાવવા માટે શક્તિશાળી ચુંબકીય ક્ષેત્રો અને રેડિયો તરંગોનો ઉપયોગ કરે છે. પરંપરાગત એમ. આર. આઈ. માં, શરીરના પાણી અને ચરબીના અણુઓમાં હાઇડ્રોજન પરમાણુ (પ્રોટોન) ની ચુંબકીય ક્ષણો ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે સંરેખિત થાય છે અને પછી રેડિયોફ્રીક્વન્સી પલ્સને આધિન હોય છે. આનાથી પ્રોટોન ઊર્જાને શોષી લે છે અને ઉત્તેજિત થાય છે, અને જ્યારે રેડિયોફ્રીક્વન્સી પલ્સ બંધ થાય છે, ત્યારે પ્રોટોન આરામ કરે છે અને શોધી શકાય તેવા સંકેતના રૂપમાં તેમની ઊર્જાને મુક્ત કરે છે. આ સંકેતનો ઉપયોગ શરીરની પેશીઓની છબી બનાવવા માટે થાય છે. ફેફસાના પરંપરાગત એમ. આર. આઈ. પરંપરાગત એમ. આર. ઇમેજિંગના પડકારોનો સામનો કરવો મુશ્કેલ છે કારણ કે પરંપરાગત સ્કેનર્સ પાણીના અણુઓમાં હાજર હાઇડ્રોજન પ્રોટોનને ઉત્તેજિત કરવા માટે રચાયેલ છે. જો કે, ફેફસાંમાં અન્ય માળખાઓની તુલનામાં હાઇડ્રોજન પ્રોટોનની ખૂબ જ ઓછી ઘનતા હોય છે, અને તેમના લાંબા છૂટછાટના સમયનો અર્થ એ છે કે ઇમેજિંગ માટે ઉપલબ્ધ સંકેત ન્યૂનતમ છે. વધુમાં, ફેફસાંનું અસમરૂપ ચુંબકીય વાતાવરણ સંવેદનશીલતા કલાકૃતિઓ રજૂ કરે છે જે એમ. આર. સંપાદનને વધુ જટિલ બનાવે છે. આ પડકારોનો સામનો 3He અથવા 129Xe જેવા બાહ્ય વાયુ વિપરીત માધ્યમો દ્વારા કરવામાં આવતો નથી, જે આસપાસના પેશીઓને બદલે ફેફસાંની અંદરના વાયુમાર્ગ અને હવાની જગ્યાની છબી બનાવે છે. આ ફેફસામાં હાઇડ્રોજન એમઆરઆઈ દ્વારા સામનો કરવામાં આવતા પ્રતિકૂળ સમાંતર અને ત્રાંસી છૂટછાટના સમયની સમસ્યાઓને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે. જો કે, ગેસનું એમ. આર. ઇમેજિંગ પડકારજનક છે કારણ કે તેની ઘનતા સામાન્ય રીતે પ્રોટોન કરતા લગભગ 4 ક્રમ ઓછી હોય છે. આ મર્યાદાને દૂર કરવા માટે, હાયપરપોલરાઇઝેશન નામની પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ આ વાયુઓના ચુંબકત્વને તીવ્રતાના લગભગ 5 ક્રમ સુધી વધારવા માટે થાય છે. આ શ્વાસમાં લેવાતી વાયુઓની એમ. આર. આધારિત ઇમેજિંગને એક જ શ્વાસની પકડમાં શક્ય બનાવે છે. ફેફસાના રોગને વહેલી તકે શોધવાની ક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે, પ્રાદેશિક માહિતી પૂરી પાડતી ઇમેજિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી છે. હાયપરપોલરાઇઝ્ડ ગેસ મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ (એચ. પી. ગેસ એમ. આર. આઈ.) એક બિન-આક્રમક, કિરણોત્સર્ગ-મુક્ત પદ્ધતિ છે જે ફેફસાના માળખા અને કાર્યની છબી બનાવી શકે છે. જ્યારે 3He મૂળરૂપે એચપી ગેસ એમઆરઆઈમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતું હતું, ત્યારે તેની તાજેતરની અછત અને ભાવમાં વધારાથી સસ્તું અને વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં 129Xe તરફ સ્થળાંતર થયું છે. 129Xe નો ઉપયોગ કરવાનો ફાયદો એ છે કે તે પલ્મોનરી પેશીઓમાં દ્રાવ્ય છે, જે એરસ્પેસમાં ઝેનોન ઉપરાંત બે વધારાના સંકેત સ્રોતો પૂરા પાડે છે. આ ત્રણ 129Xe પ્રતિધ્વનિ ફેફસાના મૂળભૂત કાર્ય વિશે માત્રાત્મક પ્રાદેશિક માહિતી પ્રદાન કરી શકે છેઃ વાયુ વિનિમય. ઇતિહાસ અને સલામતી 1994 માં, હાયપરપોલરાઇઝ્ડ (એચપી) ગેસ મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ (એમઆરઆઈ) પરનો પ્રથમ અભ્યાસ નોબલ ગેસ આઇસોટોપ 129-ઝેનોન (129Xe) નો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો. 1997માં, મુગલર અને તેમના સાથીઓએ મનુષ્યોમાં પ્રથમ અભ્યાસ કરવા માટે 129Xe નો ઉપયોગ કર્યો હતો. જો કે, આ અભ્યાસો પ્રમાણમાં ઓછા 129Xe ધ્રુવીકરણ (1-2%) દ્વારા મર્યાદિત હતા, જેના પરિણામે સંકેતની તીવ્રતા ઓછી થઈ હતી. આ મુદ્દો હીલિયમ (3He) તરફ સંશોધન રસમાં પરિવર્તન તરફ દોરી ગયો, જે 129Xe કરતા મોટો જાઇરોમેગ્નેટિક રેશિયો ધરાવે છે અને સરળ અને વધુ પરિપક્વ ધ્રુવીકરણ તકનીક (30 ટકા) અને અનુરૂપ મોટી સંકેત તીવ્રતા પ્રદાન કરે છે. 3 તેની કોઈ શારીરિક આડઅસર પણ નથી, જે તેને ક્લિનિકલ ઇમેજિંગ માટે વધુ સારું પ્રારંભિક બિંદુ બનાવે છે. 1996માં, 3He એમ. આર. ઇમેજિંગે ક્લિનિકલ સંશોધનમાં પ્રવેશ કર્યો અને બહુ-કેન્દ્ર ક્લિનિકલ અભ્યાસોમાં વિસ્તરણ કર્યું. વેન્ટિલેશન અભ્યાસોના પરિણામો ક્રોનિક અવરોધક પલ્મોનરી રોગ, અસ્થમા અને સિસ્ટિક ફાઇબ્રોસિસ ધરાવતા દર્દીઓમાં પરંપરાગત પલ્મોનરી ફંક્શન પરીક્ષણો સાથે નોંધપાત્ર સહસંબંધ દર્શાવે છે. 3He એચ. પી. એમ. આર. ઇમેજિંગની મુખ્ય સમસ્યા 3Heનો મર્યાદિત પુરવઠો છે, જે પરમાણુ શસ્ત્રોના ઉત્પાદનની આડપેદાશ ટ્રિટિયમના ક્ષયમાંથી આવે છે. આનાથી ખર્ચ નોંધપાત્ર રીતે વધીને $800-2000 પ્રતિ લિટર થયો છે, જે શૈક્ષણિક વિરુદ્ધ વ્યાપારી ઉપયોગ પર આધાર રાખે છે. આ ઊંચા ખર્ચ અને ઓછી ઉપલબ્ધતાને કારણે, 3He એચ. પી. એમ. આર. ઇમેજિંગ આર્થિક રીતે ટકાઉ નથી. 129Xe ધ્રુવીકરણ તકનીકમાં તાજેતરની પ્રગતિઓ મનુષ્યોમાં 129Xe એમ. આર. ઇમેજિંગની પુનઃ રજૂઆત તરફ દોરી ગઈ છે. કમ્પ્યુટેડ ટોમોગ્રાફી ફેફસાના ઇમેજિંગ અભ્યાસોમાં વિપરીત એજન્ટ તરીકે ઝેનોનનો સલામત ઉપયોગનો લાંબો ઇતિહાસ છે, જેની પુષ્ટિ હાયપરપોલરાઇઝ્ડ 129Xe શ્વાસમાં લેવા પરના સલામતી અભ્યાસોમાં કરવામાં આવી હતી. વધુ કાર્યક્ષમ ધ્રુવીકરણના વિકાસ સાથે, પરિણામે 129Xe ધ્રુવીકરણમાં સુધારો થયો છે, એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે ઝેનોનના ઓછા જથ્થા સાથે વધુ સારી છબી ગુણવત્તા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. બીજા સલામતી અભ્યાસમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે માત્ર 0.5-liter વોલ્યુમોના ઇન્હેલેશનને કારણે વિષયોમાં થોડા અથવા કોઈ લક્ષણોનો અનુભવ થતો નથી. હાયપરપોલરાઇઝેશનનું ભૌતિકશાસ્ત્ર હાયપરપોલરાઇઝ્ડ ગેસ એમઆરઆઈનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત પરંપરાગત એમઆરઆઈ જેવો જ છે, જે શરીરના આંતરિક માળખાઓની વિગતવાર છબીઓ બનાવવા માટે શક્તિશાળી ચુંબકીય ક્ષેત્રો અને રેડિયો તરંગોનો ઉપયોગ કરે છે. પરંપરાગત એમ. આર. આઈ. માં, શરીરના પાણી અને ચરબીના અણુઓમાં હાઇડ્રોજન પરમાણુ (પ્રોટોન) ની ચુંબકીય ક્ષણો ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે સંરેખિત થાય છે અને પછી રેડિયોફ્રીક્વન્સી પલ્સને આધિન હોય છે. આનાથી પ્રોટોન ઊર્જાને શોષી લે છે અને ઉત્તેજિત થાય છે, અને જ્યારે રેડિયોફ્રીક્વન્સી પલ્સ બંધ થાય છે, ત્યારે પ્રોટોન આરામ કરે છે અને શોધી શકાય તેવા સંકેતના રૂપમાં તેમની ઊર્જાને મુક્ત કરે છે. આ સંકેતનો ઉપયોગ શરીરની પેશીઓની છબી બનાવવા માટે થાય છે. હાયપરપોલરાઇઝ્ડ ગેસ એમઆરઆઈમાં, ઉપયોગમાં લેવાતા વાયુઓ ઉમદા વાયુઓ છે, જેમ કે 3He અથવા 129Xe, જે મોટા પરમાણુ ચુંબકીય ક્ષણો ધરાવે છે પરંતુ ઓછી કુદરતી વિપુલતા ધરાવે છે અને તેથી ખૂબ જ નબળા સંકેતો ઉત્પન્ન કરે છે. 3He અથવા 129Xe ના પરમાણુ સ્પિન ધ્રુવીકરણને વધારવા માટે, બે પ્રક્રિયાઓ સામેલ છેઃ 1) ઓપ્ટિકલ પંપીંગ અને 2) સ્પિન એક્સચેન્જ. હાયપરપોલરાઇઝ્ડ ગેસ એમઆરઆઈ એ એક એવી તકનીક છે જે શરીરના આંતરિક માળખાઓની વિગતવાર છબીઓ બનાવવા માટે 3He અથવા 129Xe જેવા ચોક્કસ વાયુઓમાં પરમાણુ સ્પિનની ગોઠવણીનો ઉપયોગ કરે છે. ઇમેજિંગ માટે પરમાણુ સ્પિનનો ઉપયોગ કરવા માટે, તેઓ સમાન દિશામાં ગોઠવાયેલા હોવા જોઈએ, અથવા ધ્રુવીકૃત હોવા જોઈએ. સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, ગેસના જથ્થાની અંદર પરમાણુ સ્પિન અવ્યવસ્થિત રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે, જે શૂન્ય સંકેત તરફ દોરી જાય છે. એકવાર પરમાણુ સ્પિનનું ધ્રુવીકરણ થઈ જાય, પછી તેને મોટા ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકી શકાય છે, જેમ કે 1.5 ટી અથવા 3.0 ટી સ્કેનર. આ ક્ષેત્રની સામે કરતાં તેની સાથે સંરેખિત કરવા માટે થોડી વધુ સ્પિનનું કારણ બનશે. જો કે, આ તફાવત 3He અથવા 129Xe જેવા મંદ વાયુઓના ઇમેજિંગ માટે પૂરતો નથી. તેથી, હાયપરપોલરાઇઝેશન તકનીકોનો ઉપયોગ સિસ્ટમમાં કોણીય વેગ ઉમેરવા અને તમામ પરમાણુ સ્પિનને એક જ દિશામાં સંરેખિત કરવા માટે થાય છે, પરિણામે એક મજબૂત સંકેત મળે છે જેનો ઉપયોગ શરીરની પેશીઓની વિગતવાર છબીઓ બનાવવા માટે થઈ શકે છે. ઓપ્ટિકલ પમ્પિંગ હાયપરપોલરાઇઝેશન એ ઇમેજિંગ માટે મજબૂત સંકેત બનાવવા માટે 3He અથવા 129Xe જેવા ગેસમાં પરમાણુ સ્પિનને એક જ દિશામાં સંરેખિત કરવાની પ્રક્રિયા છે. આ પરિપૂર્ણ કરવા માટે, ગોળાકાર ધ્રુવીકૃત લેસર પ્રકાશના ઉપયોગ દ્વારા પ્રણાલીમાં કોણીય વેગ ઉમેરવામાં આવે છે. ન્યુક્લિયસ સીધા લેસર પ્રકાશને શોષી શકતા નથી, તેથી પ્રકાશને શોષવા અને તેના કોણીય વેગને ન્યુક્લિયસમાં સ્થાનાંતરિત કરવા માટે મધ્યસ્થીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ મધ્યસ્થી સામાન્ય રીતે ક્ષારયુક્ત ધાતુના અણુ હોય છે, જેમ કે રુબીડિયમ, જેનું બાહ્ય-કવચ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન લેસર પ્રકાશ દ્વારા ગોઠવાયેલું હોય છે. માત્ર ઇલેક્ટ્રોન સ્પિનવાળા અણુઓ કે જે નીચે હોય છે તે પ્રકાશને શોષી શકે છે, તેથી આલ્કલી વરાળને ગોળાકાર ધ્રુવીકૃત પ્રતિધ્વનિત પ્રકાશથી પ્રકાશિત કરવાથી સમગ્ર નમૂનાને સ્પિન અપ દિશામાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવશે. એકવાર વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન સ્પિન ઉપર ફેરવવામાં આવે, તે ત્યાં સુધી સંરેખિત રહે છે જ્યાં સુધી અથડામણ તેને વિધ્રુવીકૃત ન કરે. જો કે, તે ફક્ત અન્ય ફોટોનને શોષી શકે છે અને સંરેખિત સ્થિતિમાં પાછા આવી શકે છે. આ પ્રક્રિયા, જેને ઓપ્ટિકલ પંપીંગ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે ગેસમાં ન્યુક્લિયર સ્પિનની કાર્યક્ષમ ગોઠવણી માટે પરવાનગી આપે છે. સ્પિન વિનિમય સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોનની સંરેખણ પછી રુબિડિયમના ધ્રુવીકૃત ઇલેક્ટ્રોન સ્પિન સાથે અથડામણ દ્વારા ઉમદા-વાયુ કેન્દ્રકમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. આ પ્રક્રિયાને સ્પિન એક્સચેન્જ કહેવામાં આવે છે. રુબિડિયમ ઇલેક્ટ્રોન પછી વધારાના લેસર પ્રકાશને શોષીને ફરીથી ગોઠવવામાં આવે છે અને નોબલ-ગેસ ન્યુક્લિયસમાં ધ્રુવીકરણનું નિર્માણ કરવાનું ચાલુ રાખે છે. ઓપ્ટિકલ પંપીંગ અને સ્પિન એક્સચેન્જનો ઉપયોગ કરીને વર્તમાન તકનીકો 3He માટે લગભગ 40-80% અને 129Xe માટે 10-40% નું ધ્રુવીકરણ પ્રાપ્ત કરી શકે છે. તાજેતરમાં, 129Xe માટે ખૂબ જ ઉચ્ચ શિખર ધ્રુવીકરણનું સ્તર પાતળા મિશ્રણમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. હાયપરપોલરાઇઝેશનની પદ્ધતિ ઓપ્ટિકલ પંપીંગની પ્રક્રિયા ગ્લાસ ઓપ્ટિકલ સેલમાં રહેલા રુબીડિયમ (આરબી) નો ઉપયોગ કરે છે. આ કોષને બે હેલ્મહોલ્ટ્ઝ કોઇલ સાથે પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીમાં મૂકવામાં આવે છે જે એક નાનું, પરંતુ એકરૂપ 20 જી ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે. કોષમાં કુલ વાયુ ઘનતાના આશરે 1 પીપીએમનું વરાળ દબાણ પેદા કરવા માટે આરબીને આશરે 150 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે. વર્તુળાકાર ધ્રુવીકૃત લેસર પ્રકાશ પછી કોષ તરફ નિર્દેશિત થાય છે, જે રુબિડિયમના D1 સંક્રમણમાં ટ્યુન થાય છે. આ પ્રકાશ આર. બી. વરાળ દ્વારા શોષાય છે, જે આર. બી. અણુઓ પર વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન સ્પિનનું ધ્રુવીકરણ કરે છે. સ્પિન એક્સચેન્જ એ એક એવી પ્રક્રિયા છે જે ત્યારે શરૂ થાય છે જ્યારે 1 ટકા 129Xe, 89 ટકા 4He અને 10 ટકા N2 નું મિશ્રણ ઓપ્ટિકલ સેલમાંથી વહે છે જેમાં ઓપ્ટિકલ રીતે પમ્પ કરેલા રુબીડિયમ (Rb) અણુઓ હોય છે. બફર વાયુઓ, હિલીયમ અને નાઇટ્રોજન, આર. બી. શોષણ ક્રોસ સેક્શનને વિસ્તૃત કરવા માટે કામ કરે છે, જે લેસર પ્રકાશના મોટા ભાગને શોષી લેવાની મંજૂરી આપે છે અને આર. બી. અણુઓના સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન સ્પિનનું ધ્રુવીકરણ કરવા માટે વપરાય છે. દ્વિસંગી અથડામણના સંયોજન અને ક્ષણિક વેન ડેર વાલ્સ સંકુલની રચના દ્વારા, ઇલેક્ટ્રોન સ્પિન ધ્રુવીકરણ 129Xe ન્યુક્લિયસમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. ઉચ્ચ સ્તરના ધ્રુવીકરણ સાથે કોષમાંથી 129Xe બહાર આવે તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે વાયુ પ્રવાહ દરનું નિયમન કરવામાં આવે છે. હિલીયમ અને નાઇટ્રોજનથી 129Xe ને અલગ કરવા માટે, તે પ્રવાહી નાઇટ્રોજનમાં ડૂબી ગયેલી ઠંડી આંગળીમાં ક્રાયોજેનિક રીતે સંચિત થાય છે. અન્ય વાયુઓની સરખામણીમાં ઝેનોનનું ઠંડું બિંદુ ઊંચું હોવાથી, તે થીજી જાય છે અને તેમનાથી અલગ થાય છે. એકવાર ઝેનોનનો પૂરતો જથ્થો એકઠા થઈ જાય પછી, તેને ઓગાળવામાં આવે છે અને પરફ્લોરોપોલિમર બેગમાં વહેંચવામાં આવે છે. ઝેનોન ધ્રુવીકરણ પછી લો-ફિલ્ડ એન. એમ. આર. આધારિત પ્રણાલીનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવે છે અને એમ. આર. આઈ. ઇમેજિંગમાં ઉપયોગ માટે દર્દીને પહોંચાડવામાં આવે છે. વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ પ્રણાલીઓ એક કલાકની અંદર 10-15% સુધી ધ્રુવીકૃત ઝેનોનના લિટરનું ઉત્પાદન કરી શકે છે. ધ્રુવીકરણ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં પ્રગતિ ભવિષ્યમાં 129Xe ના ઉત્પાદન દર અને ધ્રુવીકરણ બંનેમાં સુધારો કરે તેવી અપેક્ષા છે. વિષયના ફેફસાના પેશીઓની છબીઓ મેળવવા માટે, ધ્રુવીકૃત ઝેનોન ગેસને મુખપત્ર સાથે જોડાયેલી નળી દ્વારા શ્વાસમાં લેવામાં આવે છે. વિષયને ગેસ લેતા પહેલા બે વાર ઊંડો શ્વાસ લેવાની અને સંપૂર્ણ શ્વાસ બહાર કાઢવાની સૂચના આપવામાં આવે છે. લાક્ષણિક સ્કેન 129Xe ના 200-1000 મિલીનું મિશ્રણ અને હિલીયમ અથવા નાઇટ્રોજન જેવા બફર ગેસનો ઉપયોગ કરે છે. આ મિશ્રણ વિષય દ્વારા શ્વાસમાં લેવામાં આવે છે અને ફેફસાના પેશીઓની વિગતવાર છબીઓ બનાવવા માટે વપરાય છે. એપ્લિકેશન્સ વેન્ટિલેશન ઇમેજિંગ એચ. પી. 3એચ. ફેફસાના ગેસ એમ. આર. ઇમેજિંગ 1997 થી બહુવિધ ક્લિનિકલ અભ્યાસોમાં અસરકારક હોવાની પુષ્ટિ થઈ છે. આ તકનીકનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ફેફસાંમાં વાયુ વિતરણની છબીઓ બનાવવા માટે થાય છે, જે વેન્ટિલેશન ખામીઓની ઓળખ માટે પરવાનગી આપે છે. આ ખામીઓ અવરોધિત વાયુમાર્ગ અથવા ફેફસાના પેશીઓના વિનાશને કારણે થઈ શકે છે. વેન્ટિલેશન છબીઓમાં એમ. આર. સંકેતની તીવ્રતાને વિશ્લેષણ માટે ચાર સમૂહમાં વહેંચી શકાય છે. ફેફસામાં ઓછો અથવા ગેરહાજર સંકેત વેન્ટિલેશનની ખામીઓને સારી રીતે અનુરૂપ છે અને અસ્થમા, સી. ઓ. પી. ડી. અને સિસ્ટિક ફાઇબ્રોસિસ જેવી પરિસ્થિતિઓમાં કાર્યાત્મક વેન્ટિલેશનની ક્ષતિને શોધવા અને તેનું પ્રમાણ નક્કી કરવા માટે પરવાનગી આપે છે. આ તકનીક માટે ડેટા સંપાદન એક જ શ્વાસ-પકડમાં પૂર્ણ થાય છે, જે સ્થિર વેન્ટિલેશન માહિતી પ્રદાન કરે છે. ગતિશીલ વેન્ટિલેશન ગુણધર્મો, જેમ કે ગેસનો પ્રવાહ, માપવા માટે વધુ મુશ્કેલ છે પરંતુ આ ક્ષેત્રમાં પ્રગતિ થઈ છે. પરંપરાગત રીતે, HP 3He એ 129Xe ની સરખામણીમાં તેના મોટા ધ્રુવીકરણને કારણે વધુ સારી છબી ગુણવત્તા પ્રદાન કરી હતી. જોકે, ધ્રુવીકરણ ટેકનોલોજી અને એમ. આર. સંપાદનમાં તાજેતરના સુધારાઓએ 129Xe ને 3He જેવી જ ગુણવત્તાની છબીઓ બનાવવાની મંજૂરી આપી છે. વેન્ટિલેશન ખામીઓ શોધવાની દ્રષ્ટિએ, 129Xe સિગ્નલ-ટુ-અવાજ ગુણોત્તર ઓછો ધરાવે છે પરંતુ તેની ઊંચી ઘનતા અને ઓછી પ્રસરણશીલતાને કારણે ખામીઓ પ્રત્યે વધુ સંવેદનશીલ છે. હાલમાં, 129Xe (સ્કેન દીઠ 1 લિટર સુધી) ના મોટા જથ્થાનો ઉપયોગ 3He (સામાન્ય રીતે સ્કેન દીઠ 0.1-0.3 લિટર) ની સરખામણીમાં તેના સિગ્નલ-ટુ-અવાજ ગુણોત્તરમાં ઘટાડાની ભરપાઈ કરી શકે છે. પ્રસરણ ભારિત ઇમેજિંગ પ્રસરણ ભારિત એમઆરઆઈ અસરકારક સાબિત થયું છે અને સામાન્ય રીતે ગેસના સ્પષ્ટ પ્રસરણ ગુણાંક (એડીસી) ની ગણતરી કરવા માટે હાયપરપોલરાઇઝ્ડ વાયુઓ સાથે તેનો ઉપયોગ થાય છે. આ પ્રસરણ સંવેદનાત્મક ઢાળ સાથે અને વગર ગેસ છબીઓ લઈને કરવામાં આવે છે. આ વિરોધાભાસની ઉપયોગિતા એ હકીકત પરથી આવે છે કે વાયુઓનો ફેલાવો તંદુરસ્ત ફેફસાના માળખા દ્વારા મર્યાદિત છે. એમ્ફિસેમા જેવા રોગોમાં, જ્યાં હવાની જગ્યાઓ મોટી હોય છે, ત્યાં વાયુઓ વધુ સરળતાથી ફેલાવા માટે મુક્ત હોય છે. આ સિગ્નલ એટેન્યુએશનની માત્રાના આધારે ફેલાવા-વજનને સામાન્ય એરસ્પેસને વિસ્તૃત કરતા અલગ પાડવાની મંજૂરી આપે છે. પછી ભારિત અને બિન-ભારિત છબીઓમાં સંકેતની તીવ્રતાનો ઉપયોગ વોક્સેલ-બાય-વોક્સેલ ધોરણે એડીસીની ગણતરી કરવા માટે થાય છે. એડીસી નકશા તંદુરસ્ત ફેફસાના પેશીઓમાં નીચા મૂલ્યો દર્શાવે છે, પરંતુ એમ્ફિસેમેટસ ફેફસાંમાં, એલિવેટેડ એડીસી મૂલ્યો ઘણીવાર જોવા મળે છે. એમ્ફિસેમા દર્શાવવા ઉપરાંત, 3He અથવા 129Xe ADC મૂલ્યો ધૂમ્રપાન કરનારાઓ અને સેકન્ડ હેન્ડ ધુમાડાના સંપર્કમાં આવતા લોકોની ફેફસાના પેશીઓમાં પ્રારંભિક ફેરફારો માટે સંવેદનશીલ હોવાનું જાણવા મળ્યું છે. એ. ડી. સી. એમ. આર. આઈ. તંદુરસ્ત વ્યક્તિઓમાં વાયુકોશીય કદમાં વય-સંબંધિત ફેરફારો માટે પણ સંવેદનશીલ હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. સીટી ડેન્સિટોમેટ્રી સાથેની સરખામણીએ દર્શાવ્યું છે કે એડીસીનો ડીએલસીઓ સાથે મજબૂત સંબંધ છે અને તે સીટી સ્કેન પર દેખાય તે પહેલાં પ્રારંભિક એમ્ફિસેમાને શોધી શકે છે. જ્યારે મોટાભાગના એ. ડી. સી. ઇમેજિંગમાં 3He એમ. આર. આઈ. નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, ત્યારે તાજેતરમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે આ હેતુ માટે 129Xe નો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે. ભવિષ્યની દિશા 129Xe દ્રાવ્ય ઇમેજિંગ ઝેનોનમાં હીલિયમની તુલનામાં છબીઓમાં ઓછો જાઇરોમેગ્નેટિક રેશિયો અને ઓછો SNR હોય છે. જો કે, તે ફેફસાના પેશીઓમાં સાધારણ રીતે દ્રાવ્ય હોવાનો ઉપયોગી ગુણધર્મ ધરાવે છે. આ તેને રુધિરકેશિકાઓ અને લોહીના પ્રવાહમાં ફેલાવાની મંજૂરી આપે છે, જ્યાં તે આવર્તનમાં પરિવર્તન અનુભવે છે જે ફેફસાંમાં વાયુ વિનિમય વિશે માહિતી પ્રદાન કરે છે. આ પાળીનો ઉપયોગ વેન્ટિલેટરી વિતરણ અને ફેલાતા વાયુ વિનિમયનો અભ્યાસ કરવા માટે થઈ શકે છે. ફેફસાંમાં વાયુઓના ઓગળેલા તબક્કાની છબી બનાવવી મુશ્કેલ હોઈ શકે છે. આ તબક્કામાં સંકેતની તીવ્રતા ગેસ-તબક્કાના માત્ર 2 ટકા હોય છે, અને તેની T2 * 2 એમ. એસ. પર ખૂબ જ ઝડપી હોય છે. વધુમાં, ઓગળેલા તબક્કાના પ્રતિધ્વનિઓ 1.5 ટી સ્કેનર પર ગેસ-તબક્કાથી 200 પીપીએમ હોય છે, તેથી આરએફ ઉત્તેજના કઠોળને ગેસ-તબક્કાને ઉત્તેજક ટાળવા માટે કાળજીપૂર્વક ટ્યુન કરવું આવશ્યક છે. ઓગળેલા તબક્કાના ઇમેજિંગના પ્રારંભિક પ્રયાસોમાં ઝેનોન પોલરાઇઝેશન ટ્રાન્સફર કોન્ટ્રાસ્ટ (XTC) જેવી પરોક્ષ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. આ પદ્ધતિમાં ગેસ-તબક્કાના સંકેતને સહેજ ઓછો કરવા માટે ઓગળેલા તબક્કા પર લાગુ આર. એફ. કઠોળનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, જે ઓગળેલા તબક્કાના વિતરણના પરોક્ષ મેપિંગ માટે પરવાનગી આપે છે. જેમ જેમ ધ્રુવીકરણ અને પલ્સ સિક્વન્સ ટેકનોલોજીમાં સુધારો થયો તેમ તેમ ઓગળેલા 129Xe નું સીધું ઇમેજિંગ શક્ય બન્યું. આવર્તન-પસંદગીયુક્ત આર. એફ. પલ્સ અને 3ડી રેડિયલ પલ્સ ક્રમનો ઉપયોગ કરીને, મનુષ્યમાં ઓગળેલા તબક્કાની પ્રથમ સીધી છબીઓ 2010માં પ્રાપ્ત કરવામાં આવી હતી. આ છબીઓ ઓગળેલા-તબક્કા 129Xe ની નાની સંકેત તીવ્રતાને કારણે ઓછી રીઝોલ્યુશન ધરાવતી હતી, પરંતુ હજુ પણ ફેફસાના કાર્યના રસપ્રદ પાસાઓ દર્શાવે છે. આ તકનીક રજૂ થયા પછી તરત જ, મુગલર એટ અલ. તે જ શ્વાસમાં ગેસ-તબક્કાના વિતરણને પ્રાપ્ત કરવાનું મૂલ્ય દર્શાવે છે, જે ઓગળેલા તબક્કાના વિતરણના જથ્થાને મંજૂરી આપે છે. આને પાછળથી રેડિયલ એક્વિઝિશન વ્યૂહરચના સુધી વિસ્તૃત કરવામાં આવી હતી, જેણે ગેસ ટ્રાન્સફર પર મુદ્રાની અસરોનું વિશ્લેષણ કરવાની મંજૂરી આપી હતી. લાલ રક્તકણો (આર. બી. સી.) માં 129Xe ના સ્થાનાંતરણને અલગથી શોધી શકવું મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે આર. બી. સી. સુધી પહોંચવા માટે ઝેનોન જે માર્ગ અનુસરે છે તે ઓક્સિજન જેવો જ છે. તાજેતરમાં, ઇડિઓપેથિક પલ્મોનરી ફાઇબ્રોસિસ ધરાવતા વિષયોમાં ઓગળેલા તબક્કામાં 129Xe નું સ્પેક્ટ્રા હસ્તગત કરવામાં આવ્યું હતું અને તંદુરસ્ત સ્વયંસેવકોની તુલનામાં આરબીસીમાં 129Xe ટ્રાન્સફરમાં ઘણો ઘટાડો જોવા મળ્યો હતો. આ કાર્ય દર્શાવે છે કે ફેફસાના પેશીઓના જાડું થવાને કારણે પ્રસરણની મર્યાદા શોધવા માટે ઓગળેલા 129Xe પ્રતિધ્વનિઓને અલગ કરવા મહત્વપૂર્ણ છે. 129Xe માપન DLCO સાથે મજબૂત રીતે સંકળાયેલું છે અને દર્શાવે છે કે 129Xe RBC પ્રતિધ્વનિની આવર્તન કેશિકા સ્તરે લોહીના ઓક્સિજનકરણનું સંવેદનશીલ માપ હોઈ શકે છે. આ કાર્યમાં અવરોધ પેશીઓ અને આરબીસીમાં ઝેનોન ગ્રહણને અલગથી શોધવા માટે ઇમેજિંગની જરૂરિયાત પર પણ ભાર મૂકવામાં આવ્યો હતો. અવરોધ પેશીઓ અને આરબીસીમાં અલગથી 129Xe નું ઇમેજિંગ 1 એચ એમઆરઆઈમાં ચરબી અને પાણીને અલગ કરવા જેવું જ છે. બે પ્રતિધ્વનિઓ સમાન અંતરે છે, તેથી ચરબી-પાણી અલગ કરવાના અલ્ગોરિધમ્સનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. કિંગ એટ અલ. એક જ શ્વાસમાં ઝેનોનના ત્રણેય પ્રતિધ્વનિઓની છબી બનાવવા માટે શ્રેણીબદ્ધ આદર્શ અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કર્યો. 1-પોઇન્ટ ડિક્સન વ્યૂહરચના પણ સફળ રહી છે અને ઓગળેલા-તબક્કા 129Xe સિગ્નલના ટૂંકા T2 * સામે વધુ મજબૂત હોઈ શકે છે. આ તકનીકનો ઉપયોગ તાજેતરમાં એક જ શ્વાસમાં ઝેનોનના ત્રણેય પ્રતિધ્વનિઓની છબી બનાવવા માટે પણ કરવામાં આવ્યો હતો. ઝેનોન ગેસ એમઆરઆઈ સંદર્ભો મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ પણ જુઓ.