Wykonalność ilościowego mapowania podatności (QSM) ludzkiej nerki

Więcej informacji:ali.ma@wecistanche.com

Eric Bechler1 · Julia Stabinska1 · Thomas Thiel1 · Jonas Jasse1 · Romans Zukovs2 · Birte Valentin1 · Hans‑Jörg Wittsack1 · Alexandra Ljimani1

Abstrakcyjny

Cel Ocena wykonalności in-vivoilościowe mapowanie podatności(QSM) człowiekanerka.

Metody U 19 zdrowych ochotników wykonano osiową sekwencję wieloechową 3D z pojedynczym zatrzymaniem oddechu (czas akwizycji 33 s) na 3 skanerze T-MRI (Magnetom Prisma, Siemens Healthineers, Erlangen, Niemcy). Przeprowadzono odwijanie oparte na cięciu wykresu w połączeniu z podejściem T2*-IDEAL w celu usunięcia chemicznego przesunięcia tłuszczu i ilościowego określenia QSM (ilościowe mapowanie podatności)górnej części brzucha. Średnie wartości wrażliwości całej, kory i rdzenia nerki w obu przypadkachnerkia wątrobę określono i porównano. Pięciu osobników mierzono dwukrotnie, aby zbadać powtarzalność. Jeden pacjent z ciężkimnerkowydo badania włączono zwłóknienie w celu oceny potencjalnego znaczenia klinicznego QSM.

Wyniki QSM (ilościowe mapowanie podatności) okazał się skuteczny u 17 ochotników i pacjentów ze zwłóknieniem nerek. Struktury anatomiczne w jamie brzusznej były wyraźnie rozróżnialne w QSM, a wartości podatności uzyskane w wątrobie były porównywalne z wartościami podanymi w piśmiennictwie. Wyniki wykazały dobrą powtarzalność. Poza tym średnianerkowyWartości QSM uzyskane u zdrowych ochotników ({{0}}.04±0.07 ppm po prawej stronie i − 0,06±0,19 ppm po lewej stronienerka) były znacznie wyższe niż zmierzone w badanym zwłóknieniunerka(- {{0}}.43±- 0,02 ppm).

Wniosek QSM człowiekanerkamoże być obiecującym podejściem do oceny informacji o mikroskopowej strukturze tkanki nerkowej. W związku z tym może jeszcze bardziej poprawić czynnościowe obrazowanie nerek metodą rezonansu magnetycznego.

Słowa kluczowe Ilościowe mapowanie podatności · NerkowyMRI · Funkcjonalne obrazowanie nerek

Wstęp

W ostatnich latach obserwuje się coraz większe zainteresowanie badaniami funkcjonalnyminerkowyMRI. Kilka wcześniejszych badań wykazało ogromny potencjał biomarkerów MRI w charakteryzowaniu różnych procesów patologicznych zaangażowanych w postępprzewlekłą chorobę nerek(PChN) [1–3]. Histologiczna cecha CKD i główna przyczyna postępującej utraty czynności nerek w przebiegu zwłóknienia śródmiąższowego nerek. Dlatego stopień zwłóknienia śródmiąższowego w tkance nerkowej jest ważnym wskaźnikiem w określaniu odwracalnościuszkodzenie nerek. Jak dotąd jedynym wiarygodnym narzędziem klinicznym do oceny stopnia zwłóknienia cewkowo-śródmiąższowego jest biopsja nerki. Ponieważ ta procedura diagnostyczna jest inwazyjna, zaburzona przez błąd w próbkowaniu i nie jest arbitralnie powtarzalna [4, 5], wysoce pożądana jest nieinwazyjna metoda obrazowania zdolna do dokładnej oceny stopnia zwłóknienia śródmiąższowego nerki.

Ilościowe mapowanie podatności(QSM) to nowatorska technika MRI, która wykorzystuje obrazy fazowe do uzyskania wysokiego kontrastu strukturalnego i ilościowej informacji o podatności magnetycznej tkanki [6–9]. We wcześniejszych badaniach QSM jest wrażliwy na zmiany w mikrostrukturze tkanek lub składzie chemicznym [10–12] i dlatego jest obiecującym, nieinwazyjnym podejściem do ocenynerkowyzwłóknienie śródmiąższowe [13]

Do tej pory QSM był najczęściej stosowany do pomiaru złogów patologicznych w jądrach podstawy w różnych chorobach neurologicznych lub jako biomarker obrazowy przeładowania żelazem wątroby [14–17]. Nowsze badania na modelach zwierzęcych badały potencjał QSM do ocenynerkowymikrostruktura [13, 18, 19]. W szczególności Xie i in. [13] wykazali czułość QSM w wykrywaniu patologii wywołanej zapaleniem nerek i zwłóknieniem u myszy. Jednakże, zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, nie przeprowadzono odpowiednich badań in vivo, aby zmapować podatność w hludzka nerka.

Brzucha QSM (ilościowe mapowanie podatności) jest uważany za trudny technicznie. Po pierwsze, ruchy oddechowe górnych narządów jamy brzusznej prowadzą do ograniczenia kontrastu strukturalnego i niedoszacowania wartości podatności [17]. Po drugie, obecność tkanki tłuszczowej w jamie brzusznej negatywnie wpływa na ocenę mapy pola B0, co jest krytycznym etapem algorytmu QSM [17, 20]. Po trzecie, duże zróżnicowanie podatności na granicy faz powietrze-tkanka powoduje poważne artefakty smugowe, a tym samym błędne mapy QSM [21]. Ponadto, jak pokazano w poprzednim wstępnym badaniu symulacyjnym przeprowadzonym przez naszą grupę badawczą [22], na dokładność mapy podatności jamy brzusznej duży wpływ ma etap przetwarzania fazy, w tym odwijanie i usuwanie pola tła.

Niniejsza praca miała na celu ocenę wykonalności wykonywania QSM in vivoludzka nerkana klinicznym systemie MRI. W tym celu zoptymalizowany protokół akwizycji MRI i QSM (ilościowe mapowanie podatności) Potok przetwarzania został wykorzystany do uzyskania map QSM nerek.

Kliknij, abyCistanche para que sirve w leczeniu choroby nerek

Metody

Badana populacja

Badanie zostało zatwierdzone przez lokalną komisję etyki, a od wszystkich uczestników uzyskano pisemną świadomą zgodę.

Dziewiętnastu zdrowych ochotników (średni wiek 28,1±12,9 lat) bez historiinerkachoroba lub jakakolwiek znana choroba ogólnoustrojowa potencjalnie obejmująca nerki. Pięciu pacjentów mierzono dwukrotnie w odstępie 10 minut między pomiarami a zmianą pozycji w MRI w celu oceny powtarzalności.

Ponadto 78-letni pacjent płci męskiej z ciężkimnerkazwłóknienie z powodu długiej anamnezynerkowyniewydolność (CKD V (eGFR<15 ml/min/1.73="" m2="" )="" for="" 25="" years,="" state="" after="" kidney="" transplantation="" 20="" years="" ago,="" chronic="" graft="" failure="" and="" dialysis="" for="" the="" last="" 5="" years)="" was="" exemplarily="" included="" in="" the="" study="" to="" evaluate="" the="" potential="" clinical="" relevance="" of=""> (ilościowe mapowanie podatności).

Przed badaniem nie podjęto żadnych szczególnych przygotowań [1].

Pozyskiwanie danych

Akwizycję danych przeprowadzono na skanerze 3T (Magnetom Prisma, Siemens AG, Healthineers, Erlangen, Niemcy) przy użyciu 32-kanałowej cewki grzbietowej w połączeniu z 30-kanałową cewką do ciała. Do uzyskania obrazów anatomicznych zastosowano sekwencję HASTE (połowa Fouriera z pojedynczym uderzeniem turbo spin-echo) we wszystkich trzech osiach obrazu (osiowej, czołowej i strzałkowej). Te obrazy anatomiczne zostały użyte do umieszczenia pola widzenia dla następujących QSM (ilościowe mapowanie podatności) sekwencja. FOV został umieszczony centralnie wnerki(rys. 1).

Dane QSM zostały zebrane przy użyciu osiowej sekwencji echa gradientowego 3D z pojedynczym zatrzymaniem oddechu z następującymi parametrami: liczba ech=4; TE1/ΔTE/TR=3,1/3,7/17 ms; kąt odwrócenia=15 stopień ; macierz akwizycji=256×192 × 26; rozmiar woksela=1,64×1,64×3 mm3; przepustowość=1775 Hz/piksel; kodowanie Fouriera w warstwie i fazie=6/8; współczynnik przyspieszenia obrazowania równoległego=2; czas akwizycji 33 s. Ustawienia dlanerkowyAkwizycja QSM została określona w testach wstępnych, aby uzyskać optymalną jakość obrazu w możliwie najkrótszym czasie akwizycji.

Jakość wstrzymania oddechu podczas akwizycji QSM została zweryfikowana poprzez kontrolę wzrokową przez zintegrowaną kamerę obserwacyjną pacjenta. Ponadto jakość uzyskanych danych została zweryfikowana przez dwóch doświadczonych radiologów w obrazowaniu jamy brzusznej (AL 10 lat, BV 4 lata) przed obróbką końcową. W przypadku znaczących artefaktów ruchu w danych, QSM (ilościowe mapowanie podatności) akwizycję powtarzano natychmiast lub wyłączano z dalszej analizy, jeśli powtórzenie się nie powiodło.

Rys. 1 Przykład umieszczenia FOV dlanerkowyAkwizycja QSM. FOV został umieszczony centralnie wnerkiaby zapewnić jednolite warunki obrazowania

Przetwarzanie końcowe

Schemat blokowy na ryc. 2 przedstawia kroki rekonstrukcji, które zostały podjęte w celu oszacowanianerkaMapy QSM. Wszystkie obliczenia zostały wykonane przy użyciu MATLAB (R2018a; The MathWorks, Inc., Natick, MA).

W pierwszym kroku dane były wypełniane zerami, co prowadziło do rozmiaru woksela 0.8×0.8 × 2.25 mm³. Przetwarzanie końcowe dla QSM zostało pierwotnie zoptymalizowane pod kątem obrazowania mózgu, gdzie udział tłuszczu w sygnale MRI jest minimalny [20]. Jednak zastosowania poza mózgiem, zwłaszcza w jamie brzusznej, wymagają skutecznego usuwania tłuszczu, aby uniknąć błędu kwantyfikacji na mapach podatności. W tym badaniu niepożądany efekt przesunięcia chemicznego między wodą a tłuszczem został wyeliminowany za pomocą metody zwanej symultanicznym odwijaniem fazy i usuwaniem przesunięcia chemicznego (SPURS) [20]. SPURS wykorzystuje odwijanie oparte na cięciu wykresu, aby wyeliminować zawinięcia fazy w danych fazy wypełnionych zerami. Ponadto zastosowano podejście T2*-IDEAL [23] do obliczenia wynikowych map pól z korekcją tłuszczu, które wykorzystano jako dane wejściowe do usunięcia pola tła.

W tym badaniu maski całego brzucha zostały automatycznie wygenerowane na obrazach osiowych (Brain Surface Extractor (BSE) z BrainSuite, wersja 18a, University of California) z danych wypełnionych wartością zerową w celu usunięcia niepożądanego powietrza na zewnątrz brzucha. Po wizualnej kontroli jakości segmentacji wygenerowane maski posłużyły do ​​usunięcia pola tła za pomocą algorytmu Laplace'a (LBV) [24], który jest częścią zestawu MEDI-toolbox [25].

W ostatnim kroku źle postawiony problem odwrotny został rozwiązany przez redukcję artefaktów smugi dla QSM (ilościowe mapowanie podatności) (STAR-QSM) [26] z pakietu STI-Suite [9] dająca w wyniku mapy podatności. Zarówno LBV, jak i STAR-QSM były uruchamiane z ustawieniami domyślnymi.

Oprogramowanie ITK-SNAP (wersja 3.8.0, University of Pennsylvania) zostało użyte do ręcznego rysowania interesujących obszarów (ROI) w tkance mięśni przykręgowych (336 pikseli), wątrobie (900 pikseli), całejnerka(5533±1792 piksele i 4756±1142 piksele dla lewej i prawej strony)nerki, odpowiednio),nerkowykora (1260±279 pikseli i 1245±265 pikseli odpowiednio dla lewej i prawej nerki) oraz rdzeń nerkowy (993±293 piksele i 962±392 piksele odpowiednio dla lewej i prawej nerki) (ryc. 3). Wszystkie ROI zostały narysowane w trzech kolejnych przekrojach i obliczono średnią podatność i odchylenie standardowe (SD) dla każdego narządu i pacjenta. Tkanka mięśnia przykręgosłupowego została wykorzystana jako odniesienie do oceny ilościowej QSM w bieżącym badaniu, aby zapewnić spójność wartości podatności (materiał uzupełniający, tabela S1) [27].

Rys. 2 Schemat blokowy przedstawiający etapy rekonstrukcji obliczenia map podatności. Punktem wyjścia rekonstrukcji są dane dotyczące amplitudy i fazy wypełnione zerami. Jednoczesne odwijanie fazy i usuwanie przesunięcia chemicznego (SPURS) zastosowano do danych fazy z wypełnieniem zerowym, aby usunąć efekty przesunięcia chemicznego między wodą a tłuszczem. Ponadto zastosowano podejście T2*-IDEAL do obliczenia wynikowych map terenowych z korektą tłuszczu (faza nieopakowana). Maski całego brzucha zostały automatycznie wygenerowane z danych wypełnionych wartością zerową w celu usunięcia pola tła za pomocą algorytmu Laplace'a (LBV). W ostatnim kroku źle postawiony problem odwrotny został rozwiązany przez redukcję artefaktów smugi dla QSM (ilościowe mapowanie podatności) (STAR-QSM) z pakietu STI-Suite, w wyniku której powstają mapy podatności.

Aby zbadać, czy globalne efekty post-processingu obciążają obliczoną QSM (ilościowe mapowanie podatności) Określono wartości, np. błędy nielokalne z niewiarygodnych oszacowań terenowych w obrębie obszarów ROI, wartości QSM w wątrobie i porównano je z wartościami dostępnymi w literaturze.

Ponadto dokładność usuwania powietrza z zewnątrz jest ważnym krokiem w kwantyfikacji QSM. Aby ocenić wpływ jakości definicji maski na wartości QSM, definicja maski została zmieniona u jednego zdrowego pacjenta. W związku z tym do zbioru danych zastosowano odpowiednio cztery różne maski (bez powietrza na zewnątrz jamy brzusznej, zawierające małą i dużą ilość powietrza z zewnątrz i zawierające cały obszar obrazu), a wartości podatności po prawej stronienerkazostały porównane.

Rys. 3 Przykład rozmieszczenia ROI. Obraz wielkości brzucha z przykładowymi obszarami zainteresowania (ROI) narysowanymi w tkance mięśni przykręgowych (336 pikseli), wątrobie (900 pikseli), całej nerce (5533±1792 pikseli i 4756±1142 pikseli odpowiednio dla lewej i prawej nerki ),nerkowykora (1260±279 pikseli i 1245±265 pikseli dla lewej i prawej strony)nerki) i rdzenia nerki (993±293 piksele i 962±392 piksele odpowiednio dla lewej i prawej nerki)

Analiza statystyczna

Wartości podatności lewej i prawej stronynerka, jak również kora i rdzeń w obu nerkach, zdrowej grupy kontrolnej, zostały uśrednione dla wszystkich pacjentów i porównane ze średnią i SD w prawej nerki ze zwłóknieniem w celu oceny przykładu potencjalnego znaczenia klinicznego QSM.

Ponadto do porównania wyników QSM lewej i prawej nerki oraznerkowykora i rdzeń. Poza tym korelacja Pearsona międzynerkaa podatność wątroby obliczono dla zdrowej grupy kontrolnej.

Wyniki

Dwóch zdrowych osób zostało wykluczonych z dalszej analizy z powodu poważnych artefaktów na granicy między płucami a otaczającą tkanką (ryc. 4e).

QSM (ilościowe mapowanie podatności) pomyślnie oznaczono ilościowo u 17 pozostałych zdrowych ochotników i pacjenta znerkowyzwłóknienie (materiał uzupełniający, ryc. S1–S3). Miąższowe narządy górne jamy brzusznej, takie jak wątroba i nerki, były wyraźnie rozróżnialne w tych zestawach danych (ryc. 4). W jednym przypadku rozpakowanie fazowe nie powiodło się na małym obszarze w pobliżunerka, co prowadzi do niedokładnych wartości podatności w tym regionie (ryc. 4d). Jednak tylko niewielka część nerki została zaatakowana i została uwzględniona podczas umieszczania ROI. Nie zaobserwowano żadnej korelacji między wartościami QSM nerki i wątroby (R2=0.035) (ryc. 5), co wskazuje, że nie ma globalnych skutków błędu po przetwarzaniu obliczonych wartości wrażliwości.

Rycina 6 przedstawia mapy podatności i wartości dla zmienności definicji maski u jednego zdrowego ochotnika. Brak zmian w QSM nerek (ilościowe mapowanie podatności) wartości można było zidentyfikować w przypadku stosunkowo małej niedokładności segmentacji (rys. 6a, b). Jednak większe ilości powietrza prowadziły do ​​niedokładnych wartości podatności (rys. 6c, d).

Średnianerkowywartości wrażliwości zdrowych ochotników wynosiły {{0}}.04±0.07 ppm (zakres − {{10}} 07 do 0,16 ppm) odpowiednio dla prawej nerki i − 0,06±0,19 ppm (zakres − 0,35 do 0,39 ppm) dla lewej nerki (Tabela 1). Średnie wartości podatności prawej i lewej stronynerkibyły znacząco różne (p<0.05) showing="" a="" wider="" range="" of="" values="" for="" the="" left="" kidney="" (table="" 1).="" no="" significant="" difference="" between="" cortical="" and="" medullary="" qsm="" values="" of="" the="" right="" or="" the="" left="" kidney="" could="" be="" determined="" (p="">0.05).

Wartości wrażliwości wątroby mierzone u zdrowych ochotników i pacjenta znerkowyzwłóknienia były w tym samym zakresie {{0}}.17±0.13 ppm i 0.15±0.01 ppm odpowiednio dla zdrowych ochotników i pacjenta ze zwłóknieniem nerek (Tabela 2).

Pomiary odtwarzalności u pięciu osób wykazały dobrą powtarzalność zarówno dla wątroby, jak i prawej nerki QSM (ilościowe mapowanie podatności) bez istotnej różnicy w wartościach wrażliwości wątrobowej lub nerkowej między obydwoma pomiarami (p=0,48) (Tabela 3). Wartości podatności na prawicęnerkawynosiły {{0}}.02±0.06 ppm i − 0.03±{{15} }.11 ppm odpowiednio dla pomiarów testowych i testowych. Wrażliwość wątroby wynosiła odpowiednio 0,16±0,10 ppm i 0,12±0,07 ppm.

Rycina 7 przedstawia mapy QSM nałożone na obrazy wielkości dla zdrowego ochotnika i jednego badanego pacjenta z włóknieniem śródmiąższowym nerek. Podatność prawej nerki z włóknieniem była silnie diamagnetyczna (- 0.43±0.02 ppm).

Dyskusja

QSM (ilościowe mapowanie podatności) to nowe, obiecujące podejście do oceny informacji o mikrostrukturze i funkcji tkanek. W tej pracy wykazaliśmy wykonalność wykonywania QSM in vivo ludzkiej nerki w systemie klinicznym MRI. Przedstawiony schemat akwizycji, a następnie wdrożony potok przetwarzania QSM, złożony z najnowocześniejszych metod QSM, odniósł sukces u 90% badanych i dał powtarzalne wyniki. Struktury anatomiczne w jamie brzusznej były wyraźnie widoczne na mapach QSM i tylko kilka artefaktów było obecnych w obszarze jelita. Poza tym różnica między średnimi wartościami QSM uzyskanymi u zdrowychnerkia podatność zwłóknienia nerki wskazuje na potencjał QSM (ilościowe mapowanie podatności) do odróżnienia zdrowego od patologicznegonerkowypapierowa chusteczka. Ponieważ finansowanie to opiera się tylko na jednym przypadku zwłóknienia, dalsze badania na większej populacji pacjentów powinny w przyszłości dowieść wartości diagnostycznej QSM.

Ryc. 4 Przykłady zapakowanych i nieopakowanych obrazów fazowych, a także lokalne mapy pola i podatności oraz odpowiadająca maska ​​górnej części brzucha pięciu zdrowych ochotników. Struktury anatomiczne są wyraźnie rozróżnialne i tylko kilka artefaktów jest obecnych w obszarze jelitowym (a–c). W jednym przypadku rozpakowanie fazowe nie powiodło się w pobliżunerka, co prowadzi do niedokładnych wartości wrażliwości (d, biała strzałka). Przykład poważnych artefaktów spowodowanych powietrzem w płucach (np. czarne strzałki), które były obecne u dwóch zdrowych ochotników. Oba zestawy danych zostały usunięte z dalszego przetwarzania końcowego.

Rys. 5 Wykres korelacji Pearsona międzynerkowyoraz wartości wrażliwości wątroby zdrowych ochotników. Nie zaobserwowano korelacji między QSM nerek i wątroby (ilościowe mapowanie podatności) wartości (R2=0.035), wskazujące, że globalne efekty przetwarzania końcowego nie wpłynęły na kwantyfikację QSM.

Rys. 6 Przykłady map podatności i wartości dla zmienności definicji maski do usuwania powietrza z zewnątrz u jednego zdrowego ochotnika. Brak zmian wartości QSM prawegonerkamożna zidentyfikować w przypadku stosunkowo małej niedokładności segmentacji bez powietrza zewnętrznego pozostałego po segmentacji (a) i zawierającej niewielką ilość powietrza zewnętrznego (b). Jednak większe ilości powietrza zewnętrznego prowadziły do ​​niedokładnych wartości podatności (c, d)

Tabela 1 Wartości wrażliwości całościnerka, kora i rdzeń zdrowych ochotników uśredniono dla wszystkich 17 badanych

Znacząca różnica w QSM (ilościowe mapowanie podatności) wartości lewej i prawej stronynerki(p<0.05) is="" probably="" based="" on="" higher="" motion="" artifacts="" in="" the="" left="" kidney.="" considering="" the="" standard="" deviation,="" the="" susceptibility="" of="" healthy="">nerkowytissue fluctuates around 0 in the current study. No significant difference between cortical and medullar QSM values of the right or the left kidneys could be determined (p>0.05)

Tabela 2 Wartości wrażliwości prawej nerki i wątroby zdrowych ochotników, uśrednione dla wszystkich 17 osób i pacjenta z ciężkim zwłóknieniem nerek

Wartość QSM prawegonerkapacjentów ze zwłóknieniem nerki znacznie różni się od wartości QSM mierzonych w prawej nerce zdrowych ochotników. Jednak wartości QSM wątroby mierzone u zdrowych ochotników i pacjentów ze zwłóknieniem nerek mieszczą się w tym samym zakresie, z wyłączeniem globalnych skutków błędnych wyników QSM w nerkach.

QSM był już wcześniej stosowany w brzuchu człowieka [17, 27, 29, 30], dając obiecujące wyniki jako nowa technika MRI. Jednak metoda ta stwarza pewne wyzwania techniczne, które dotychczas utrudniały jej zastosowanie in vivo w ludzkiej nerce. Łącząc i optymalizując już ustalone kroki przetwarzania obrazu dla QSM (ilościowe mapowanie podatności)niektóre z tych problemów zostały pomyślnie rozwiązane w bieżącym badaniu. Po pierwsze, artefakty ruchu wywołane swobodnym oddychaniem zostały wyeliminowane poprzez zbieranie danych podczas pojedynczego wstrzymania oddechu na końcu wdechu. Po drugie, niepożądany efekt przesunięcia chemicznego między wodą a tłuszczem został usunięty dzięki zastosowaniu zaawansowanego rurociągu przetwarzania końcowego. Po trzecie, określono odpowiednie parametry akwizycji i przetwarzania końcowego, aby zminimalizować artefakty i zapewnić powtarzalne wyniki.

Tabela 3 Wyniki odtwarzalności.

Średnia ±odchylenie standardowe wartości wrażliwości dla prawej stronynerkai wątrobę uśredniono dla wszystkich pięciu osobników odtwarzających się. Dobra powtarzalność QSM zarówno wątroby, jak i prawej nerki, bez istotnej różnicy w wartościach wrażliwości wątroby lub nerek między obydwoma pomiarami (p=0,48)

Ryc. 7 Obrazy wielkości nałożone na mapy QSM prawej nerki u zdrowego ochotnika (zdjęcie po lewej) i pacjenta ze zwłóknieniem nerki (zdjęcie po prawej). Zwłóknienienerkawykazuje silną wartość diamagnetyczną (− {0}}.43±− 0,02 ppm), która była znacznie niższa niż wartość QSM zmierzona u zdrowychnerkowytkanka (prawa nerka {{0}},04±0,07 ppm)

Według naszej najlepszej wiedzy jest to pierwsze badanie przeprowadzające QSM in vivo (ilościowe mapowanie podatności) w człowiekunerkana klinicznym systemie MRI. Ponieważ w literaturze nie ma dostępnych wartości QSM dla nerek, byliśmy w stanie porównać jedynie wartości wrażliwości wątroby uzyskane w naszym badaniu z wartościami podanymi przez inne grupy. W badaniu Lin i in. [27] obliczona wrażliwość wątroby wahała się od 0,23 do 5,94 ppm. Jednak ich badanie koncentrowało się na pacjentach z przeciążeniem wątroby żelazem (hemochromatoza). Osoby z mniejszymi złogami żelaza w wątrobie wykazywały wartości QSM około 0,34 ppm i były uważane za zdrowe. W badaniu Dong et al. [20], określono średnie wartości wrażliwości wątroby na {{10}}.23±0.07 ppm. Ogólnie rzecz biorąc, wartości QSM wątroby zmierzone w bieżącym badaniu (zakres 0,01–0,44 ppm) są zgodne z poprzednimi badaniami, co wskazuje, że żadne globalne efekty nie wpływają na nasze wyniki.

Słaba definicja maski może wpłynąć nanerkowyWartości QSM. Dlatego też optymalna dokładność usuwania powietrza z zewnątrz jest ważnym krokiem w kwantyfikacji QSM. W obecnym badaniu zmieniliśmy definicję maski jednego zdrowego pacjenta. W tym przykładzie nie ma znaczących zmian wartości QSM prawegonerkamożna było zidentyfikować w przypadku stosunkowo małej niedokładności segmentacji, jak miało to miejsce w naszym badaniu. Jednak systematyczna ocena wpływu definicji maski na wartości QSM może być przedmiotem dalszych badań symulacyjnych.

W tym badaniu zmienność wartości QSM lewej nerki była znacznie wyższa niż nerki prawej (p<0.05). this="" difference="" might="" be="" due="" to="" higher="" cardiac="" artifacts="" of="" the="" left="">nerka, jak wykazano w kilku wcześniejszych badaniach MRI nerek [28]. Efekt ten może być zmniejszony wraz z dalszym rozwojem QSM nerek.

Różnicowanie korowo-szpikowe nie było możliwe w QSM (ilościowe mapowanie podatności) in the current study (p>0.05), prawdopodobnie ze względu na umiarkowaną rozdzielczość metody. Poprawa rozdzielczości QSM w celu umożliwienia różnicowania korowo-rdzeniowego powinna być przedmiotem dalszych badań.

Aby zbadać potencjalną wartość diagnostyczną QSM, pacjent z:nerkowyDo badania włączono zwłóknienie jako przykład schyłkowej patologii nerek. Wcześniej donoszono, że zwłóknienie nerek zwiększa zawartość diamagnetyczną w tkance nerkowej [13], prawdopodobnie z powodu nadmiernego odkładania się kolagenu, który jest silnie diamagnetyczny [31]. Biorąc pod uwagę odchylenie standardowe, w obecnym badaniu podatność zdrowej tkanki nerek oscyluje wokół 0. W naszym badaniu zwłóknienienerkawykazał silną wartość podatności diamagnetycznej, która była znacznie niższa niż w zdrowej tkance nerkowej. Potrzebne są przyszłe badania w większej kohorcie pacjentów, aby ocenić dokładną wartość diagnostyczną QSM nerek (ilościowe mapowanie podatności).

Istnieje kilka ograniczeń naszej pracy. Po pierwsze, liczba zdrowych ochotników była niska i tylko jeden pacjent został włączony do tego badania. Skupiliśmy się jednak na opracowaniu solidnego protokołu akwizycji i potoku przetwarzania końcowego do wykonywania QSM nerek in vivo w klinicznym systemie MRI. Po drugie, zastosowano podejście SPURS i T2* IDEAL do usunięcia niepożądanego efektu przesunięcia chemicznego między wodą a tłuszczem oraz do obliczenia map terenowych z korektą tłuszczu. W tym badaniu nie zastosowano żadnej techniki tłumienia tłuszczu, ponieważ wydłużyłoby to czas akwizycji. Aby rozwiązać ten problem, podczas pomiaru QSM w jamie brzusznej należy wziąć pod uwagę szybsze metody obrazowania, takie jak wolumetryczne interpolowane badanie na wstrzymanym oddechu (VIBE) [32] lub schematy akwizycji promieniowej [33]. Po trzecie, wygenerowane maski usuwały tylko powietrze na zewnątrz brzucha. Powietrze w przewodzie pokarmowym i płucach było nadal obecne w obliczeniach podatności. Może to prowadzić do nielokalnych błędów w polach lokalnych w całym obszarze ROI [34]. Jednak w bieżącym badaniu wykazaliśmy dobrą powtarzalność międzyosobniczą, co sugeruje, że błąd spowodowany powietrzem w jamie brzusznej jest pomijalny. Ponadto rozdzielczość obrazów MR była raczej niska, co mogło prowadzić do niedoszacowania podatności [35, 36]. Aby przezwyciężyć to ograniczenie, surowe dane zostały wypełnione zerami przed przetwarzaniem końcowym QSM. Poza tym dane QSM uzyskano podczas jednego wstrzymania oddechu trwającego 33 sekundy, co może być trudne do wykonania w przypadku osób chorych i starszych. W związku z tym konieczna jest dalsza optymalizacja sekwencji echa gradientu multi-echo 3D, aby skrócić czas skanowania przy jednoczesnym zachowaniu jakości obrazu.

Podsumowując, wykonalność QSM in vivo (ilościowe mapowanie podatności) w człowiekunerkazostał pomyślnie zademonstrowany w bieżącym badaniu z dobrą odtwarzalnością. Oczywista różnica w wartościach QSM między nerkami zdrowymi a nerkami zwłóknieniami wskazuje na możliwy potencjał diagnostyczny QSM. Należy przeprowadzić dalsze badania na większych populacjach pacjentów, aby udowodnić znaczenie diagnostyczne QSM dla czynnościowejnerkowyObrazowanie MR.

Elektroniczne materiały uzupełniające Wersja online tego artykułu (https://doi.org/10.1007/s10334-020-00895-9) zawiera materiały uzupełniające, które są dostępne dla uprawnionych użytkowników.

Wkład autorów EB: koncepcja i projekt badania, pozyskiwanie danych, analiza i interpretacja danych, redagowanie manuskryptu i krytyczna korekta; JS: koncepcja i projekt badania, pozyskiwanie danych i krytyczna rewizja; TT: gromadzenie danych, analiza i interpretacja danych oraz krytyczna rewizja; JJ: pozyskiwanie danych, analiza i interpretacja danych oraz krytyczna rewizja; RZ: pozyskiwanie danych, analiza i interpretacja danych oraz krytyczna rewizja; BV: pozyskiwanie danych, analiza i interpretacja danych oraz krytyczna rewizja; HW: koncepcja i projekt badania, analiza i interpretacja danych oraz krytyczna rewizja; AL: koncepcja i projekt badania, pozyskiwanie danych, analiza i interpretacja danych, redagowanie manuskryptu i krytyczna korekta.

Finansowanie finansowania Open Access uruchomionego i zorganizowanego przez Projekt DEAL.

Objawy niewydolności nerek Cistanche

Zgodność ze standardami etycznymi

Konflikt interesów Autorzy deklarują brak konfliktu interesów. Ponadto wszyscy autorzy nie mają powiązań finansowych z żadną organizacją. Badanie nie było sponsorowane.Standardy etyczne Badanie zostało zatwierdzone przez lokalną komisję etyczną.Świadoma zgoda Od wszystkich podmiotów uzyskano pisemną świadomą zgodę.Otwarty dostęp Ten artykuł jest objęty licencją Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowa licencja, który pozwala na używanie, udostępnianie, adaptację, dystrybucję i powielanie w dowolnym medium lub formacie, o ile podałeś odpowiednie informacje o oryginalnym autorze (autorach) i źródle, podałeś link do licencji Creative Commons i wskazałeś, czy zmiany zostały zrobiony. Obrazy lub inne materiały stron trzecich w tym artykule są objęte licencją Creative Commons tego artykułu, chyba że zaznaczono inaczej w limicie kredytowym do materiału. Jeśli materiał nie jest objęty licencją Creative Commons artykułu, a Twoje zamierzone użycie nie jest dozwolone przez przepisy ustawowe lub przekracza dozwolone użycie, musisz uzyskać pozwolenie bezpośrednio od właściciela praw autorskich. Aby wyświetlić kopię tej licencji, odwiedź http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Bibliografia

1. Mendichovszky I, Pullens P, Dekkers I, Nery F, Bane O, Pohlmann A, de Boer A, Ljimani A, Odudu A, Buchanan C, Sharma K, Laustsen C, Harteveld A, Golay X, Pedrosa I, Alsop D , Fain S, Caroli A, Prasad P, Francis S, Sigmund E, Fernández-Seara M, Sourbron S (2020) Zalecenia techniczne dotyczące tłumaczenia klinicznegonerkowyMRI: projekt konsensusu Akcji Współpracy w Nauce i Technologii PARENCHIMA. Magn Reson Mater Phy Biol Med 33:131–140

2. Selby NM, Blankestijn PJ, Boor P, Combe C, Eckardt KU, EikefJord E, Garcia-Fernandez N, Golay X, Gordon I, Grenier N, Hockings PD, Jensen JD, Joles JA, Kalra PA, Krämer BK, Mark PB, Mendichovszky IA, Nikolic O, Odudu A, Ong ACM, Ortiz A, Pruijm M, Remuzzi G, Rørvik J, de Seigneux S, Simms RJ, Slatinska J, Summers P, Taal MW, Thoeny HC, Vallée JP, Wolf M , Caroli A, Sourbron S (2018) Biomarkery obrazowania rezonansu magnetycznego dla przewlekłychnerkachoroba: dokument przedstawiający stanowisko w ramach działania „Europejska współpraca w dziedzinie nauki i technologii” PARENCHIMA. Przeszczep nefrolowy tarczy 33:24–214

3. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM (2018) Funkcjonalne obrazowanie nerek metodą rezonansu magnetycznego: gdzie stoimy? Perspektywa europejskiej akcji COST PARENCHIMA. Przeszczep tarczy nefrolowej. https://doi.org/10.1093/ndt/gfy181

4. Kretzler M, Cohen CD, Doran P, Henger A, Madden S, Gröne EF, Nelson PJ, Schlöndorf D, Gröne HJ (2002)nerkowybiopsja: strategie diagnostyki molekularnej w nefrologii. J Am Soc Nephrol 13: 1961–1972

5. Corwin HL, Schwartz MM, Lewis EJ (1988) Znaczenie wielkości próby w interpretacji biopsji nerki. Am J Nephrol 8:85–89

6. Haacke EM, Liu S, Buch S, Zheng W, Wu D, Ye Y (2015) Ilościowe mapowanie podatności: obecny stan i przyszłe kierunki. Obrazowanie metodą Magn Reson 33:1–25

7. Liu C, Wei H, Gong NJ, Cronin M, Dibb R, Decker K (2015) Ilościowe mapowanie podatności: mechanizmy kontrastu i zastosowania kliniczne. Tomografia 1:3–17

8. Schweser F, Deistung A, Reichenbach JR (2016) Podstawy obrazowania i przetwarzania fazy MRI dla ilościowego mapowania podatności (QSM). Fizyka Z Med 26:6–34

9. Li W, Wu B, Liu C (2011) Ilościowe mapowanie podatności ludzkiego mózgu odzwierciedla przestrzenną zmienność składu tkanek. NeuroImage 55:1645–1656

10. Wang Y, Liu T (2015) Ilościowe mapowanie podatności (QSM): dekodowanie danych MRI dla magnetycznego biomarkera tkanki. Magn Reson Med 73:82–101

11. Duyn JH, Van Gelderen P, Li TQ, De Zwart JA, Koretsky AP, Fukunaga M (2007) Wysokopolowy rezonans magnetyczny podstruktury kory mózgowej w oparciu o fazę sygnału. Proc Natl Acad Sci USA 104:11796–11801

12. Liu C (2010) Obrazowanie tensora podatności. Magn Reson Med 63:1471–1477

13. Xie L, Sparks MA, Li W, Qi Y, Liu C, Cofman TM, Johnson GA (2013) Ilościowe mapowanie podatnościnerkazapalenie i zwłóknienie u myszy z niedoborem receptora angiotensyny typu 1. NMR Biomed 26:1853-1863

14. Zivadinov R, Tavazzi E, Bergsland N, Hagemeier J, Lin F, Dwyer MG, Carl E, Kolb C, Hojnacki D, Ramasamy D, Durfee J, Weinstock-Guttman B, Schweser F (2018) Żelazo mózgu w ilościowym MRI wiąże się z niepełnosprawnością w stwardnieniu rozsianym. Radiologia 289:487–496

15. Li DTH, Hui ES, Chan Q, Yao N, Chua SE, McAlonan GM, Pang SYY, Ho SL, Mak HKF (2018) Ilościowe mapowanie podatności jako wskaźnik podkorowych i limbicznych nieprawidłowości żelaza w chorobie Parkinsona z demencją. NeuroImage Clin 20:365–373

16. Sun H, Klahr AC, Kate M, Gioia LC, Emery DJ, Butcher KS, Wilman AH (2018) Ilościowe mapowanie podatności na wystąpienie krwotoku śródczaszkowego. Radiologia 288:830–839

17. Sharma SD, Hernando D, Horng DE, Reeder SB (2015) Ilościowe mapowanie podatności w jamie brzusznej jako biomarker obrazowania przeciążenia wątroby żelazem. Magn Reson Med 74:673–683

18. Xie L, Layton AT, Wang N, Larson PEZ, Zhang JL, Lee VS, Liu C, Johnson GA (2016) Dynamiczne ilościowe mapowanie wrażliwości ze wzmocnieniem kontrastowym z ultrakrótkim czasem echa MRI do ocenynerkowyfunkcjonować. Am J Physiol Ren Physiol 310: F174–F182

19. Xie L, Dibb R, Cofer GP, Li W, Nicholls PJ, Johnson GA, Liu C (2015) Obrazowanie tensora podatności nerki i jego podstaw mikrostrukturalnych. Magn Reson Med 73:1270–1281

20. Dong J, Liu T, Chen F, Zhou D, Dimov A, Raj A, Cheng Q, Spincemaille P, Wang Y (2015) Jednoczesne odwijanie fazy i usuwanie przesunięcia chemicznego (SPURS) za pomocą cięć grafu: zastosowanie w podatności ilościowej mapowanie. Obrazowanie IEEE Trans Med 34:531–540

21. Li W, Wang N, Yu F, Han H, Cao W, Romero R, Tantiwongkosi B, Duong TQ, Liu C (2015) Metoda szacowania i usuwania artefaktów smugowania w ilościowym mapowaniu podatności. NeuroImage 108:111–122

22. Bechler E, Stabinska J, Wittsack H (2019) Analiza różnych metod odwijania faz w celu optymalizacji ilościowego mapowania podatności w jamie brzusznej. Magn Reson Śr 82:2077–2089

23. Hernando D, Kramer JH, Reeder SB (2013) Relaksometria wielopikowa z korektą tłuszczu złożonego R2*: teoria, optymalizacja i walidacja kliniczna. Magn Reson Med 70:1319–1331

24. Zhou D, Liu T, Spincemaille P, Wang Y (2014) Usuwanie pola tła poprzez rozwiązanie laplackiego problemu wartości brzegowych. NMR Biomed 27:312–319

25. Liu J, Liu T, de Rochefort L, Ledoux J, Khalidov I, Chen W, Tsiouris AJ, Wisnief C, Spincemaille P, Prince MR, Wang Y (2012) obraz wielkości i mapa podatności. NeuroImage 59:2560–2568

26. Wei H, Dibb R, Zhou Y, Sun Y, Xu J, Wang N, Liu C (2015) Redukcja artefaktów streaking dla ilościowego mapowania podatności źródeł o dużym zakresie dynamicznym. NMR Biomed 28:1294–1303

27. Lin H, Wei H, He N, Fu C, Cheng S, Shen J, Wang B, Yan X, Liu C, Yan F (2018) Ilościowe mapowanie podatności w połączeniu z separacją wody i tłuszczu dla jednoczesnego żelaza i tłuszczu z wątroby kwantyfikacja frakcji. Eur Radiol 28:3494–3504

28. Kido A, Kataoka M, Yamamoto A, Nakamoto Y, Umeoka S, Koyama T, Maetani Y, Isoda H, Tamai K, Morisawa N, Saga T, Mori S, Togashi K (2010) Tensor dyfuzji MRInerkaprzy 3,0 i 1,5 Tesli. Acta Radiol 51:1059–1063

29. Jafari R, Sheth S, Spincemaille P, Nguyen TD, Prince MR, Wen Y, Guo Y, Deh K, Liu Z, Margolis D, Brittenham GM, Kierans AS, Wang Y (2019) Szybkie automatyczne mapowanie wrażliwości ilościowej wątroby. J Magn Reson Imaging. https://doi.org/10.1002/jmri.26632

30. Li J, Lin H, Liu T, Zhang Z, Prince MR, Gillen K, Yan X, Song Q, Hua T, Zhao X, Zhang M, Zhao Y, Li G, Tang G, Yang G, Brittenham GM, Wang Y (2018) Ilościowe mapowanie podatności (QSM) minimalizuje zakłócenia spowodowane patologią komórkową w ocenie R2* stężenia żelaza w wątrobie. J Magn Reson Imaging 48:1069–1079

31. Luo J, He X, d'Avignon DA, Ackerman JJH, Yablonskiy DA (2010) Przesunięcia częstotliwości 1H MR wywołane białkiem w wodzie: wkład podatności magnetycznej i efekty wymiany. J Magn Reson 202:102–108

32. Rofsky NM, Lee VS, Laub G, Pollack MA, Krinsky GA, Thomasson D, Ambrosino MM, Weinreb JC (1999) Obrazowanie MR jamy brzusznej z interpolowanym wolumetrycznym badaniem wstrzymywania oddechu. Radiologia 212:876–884

33. Yedururi S, Kang HC, Wei W, Wagner-Bartak NA, Marcal LP, Staford RJ, Willis BJ, Szklaruk J (2016) Swobodne oddychanie radialne interpolowane wolumetryczne interpolowane wstrzymanie oddechu vs. badanie rezonans magnetyczny wątroby przy 1,5 T. World J Radiol 8:707

34. Schweser F, Robinson S, de Rochefort L, Li W, Bredies K (2017) Ilustrowane porównanie metod przetwarzania dla fazy MRI i QSM: usuwanie wkładów pola tła ze źródeł spoza obszaru zainteresowania. Biomed. NMR. https://doi.org/10.1002/nm.3604

35. Karsa A, Punwani S, Shmueli K (2019) Wpływ niskiej rozdzielczości i pokrycia na dokładność mapowania podatności. Magn Reson Med 81:1833-1848

36. Zhou D, Cho J, Zhang J, Spincemaille P, Wang Y (2017) Niedoszacowanie wrażliwości w fantomie o wysokiej podatności: zależność od rozdzielczości obrazowania, kontrastu wielkości i innych parametrów. Magn Reson Med 78:1080–1086

Uwaga wydawcy Springer Nature pozostaje neutralny w kwestii roszczeń jurysdykcyjnych w opublikowanych mapach i powiązaniach instytucjonalnych.