神经肌肉疾病通常表现出时间上动态变化、空间上异质性以及多方面的病理特征。本方案的目的是利用无创磁共振成像方法对这种病理特征进行表征。
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摘要
摘要
定量磁共振成像（qMRI）是指开发和利用磁共振成像技术，以量化生物系统的物理、化学和/或生物学特性。神经肌肉疾病通常表现出随时间变化、空间分布异质且多因素并存的病理特征。本实验方案的目标是利用qMRI方法对这类病理特征进行表征。磁共振成像采集流程首先包括定位像（用于确定受试者身体及目标组织在磁共振系统中的位置）、相关磁场分布的质量控制测量，以及用于一般解剖学表征的结构成像。该方案中的qMRI部分包括纵向和横向弛豫时间常数（分别为T1和T2）的测量。同时采集扩散张量磁共振成像数据，通过测量水分子的扩散性来推断水肿等病理过程。定量磁化转移成像用于表征大分子结合态水与自由水质子的相对组织含量。最后，采用脂肪-水磁共振成像方法对肌肉中纤维脂肪组织替代情况进行表征。本文除了描述数据采集与分析流程外，还讨论了这些方法可能存在的问题、数据的分析与解读、磁共振成像的安全性，以及伪影抑制和方案优化的策略。
引言
定量磁共振成像（qMRI）是指开发和利用磁共振成像（MRI）技术，以量化生物系统的物理、化学和/或生物学特性。qMRI要求为所研究系统建立一个生物物理模型，该模型包含目标组织和一个MRI脉冲序列。该脉冲序列的设计目的是使图像信号强度对模型中感兴趣的参数具有敏感性。根据该模型，对MRI信号特性（信号幅度、频率和/或相位）进行测量和分析。其目标是获得对具有连续分布的物理测量单位的物理或生物参数的无偏定量估计。通常，描述系统的方程会在逐像素的基础上进行分析和拟合，从而生成一幅图像，其像素值直接反映该变量的数值。此类图像被称为参数图。
定量磁共振成像（qMRI）的一个常见用途是生物标志物的开发与应用。生物标志物可用于研究疾病机制、建立诊断、确定预后和/或评估治疗反应。它们可以表现为内源性或外源性分子的浓度或活性、组织学标本、物理量或体内图像。生物标志物的一些基本要求包括：使用物理测量单位客观地测量一个连续分布的变量；与目标病理状态具有明确且被充分理解的关系；对临床状态的改善或恶化具有敏感性；并且能够以适当的准确度和精密度进行测量。无创或微创的生物标志物尤其理想，因为它们能够提高患者的舒适度，并对目标病理状态的干扰最小。
开发基于影像的肌肉疾病生物标志物的一个目标是，以补充现有方法、更具特异性、更高空间选择性或更少侵入性的方式来反映肌肉疾病。在这一方面，定量磁共振成像（qMRI）的一个显著优势在于，它能够整合多种类型的信息，从而有....
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方案
注意：提醒读者，所有涉及人类受试者的研究必须获得当地机构审查委员会（IRB）关于人类受试者研究使用的批准。必须告知研究参与者拟议研究的目的、程序、风险和益处；替代治疗或程序的可获得性；补偿的可获得性；以及他们享有的隐私权、撤回同意权和中止参与的权利。在进行MRI测试之前，研究人员必须向潜在研究参与者提供经IRB批准的知情同意书（ICD），解释其内容，并询问该潜在参与者是否愿意参加本研究。如果同意，参与者必须在签署并注明日期后，方可进行本方案中的任何步骤。
1. 检测前的准备工作
- 限制可能干扰数据的生活习惯
- 指导受试者在测试前48小时内避免进行中等或剧烈运动。指导受试者在测试前24小时内避免使用非处方药物及饮酒。指导受试者在测试前6小时内避免使用烟草或摄入咖啡因。
- 测试前，确认受试者已遵守上述各项指示。
- 准备MRI系统
- 确保材料与设备表中所列所有必要设备均已备齐。
- 设定MRI扫描方案；建议参数见表1 - 5。
2. 测试当天：准备进行 MRI 数据采集
- 进行安全筛查 <....
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结果
图1显示了从一名多发性肌炎患者大腿中部获取的代表性轴向解剖图像。图中还显示了匀场体积的平面内投影位置。每种定量磁共振成像（qMRI）方法的代表性参数图均来自同一名患者，见图2 - 7。
图2A 和 图2B 分别展示了 ΔB0 和进动角场图。该 B0 场图显示，其磁场均匀性最高的区域与匀场感兴趣区域（VOI）的位置在空间上高度重合，如 图1A 所示。在肌肉区域内，ΔB0 值的范围为 -40 至 52 Hz，平均值为 9.3 Hz，标准差为 11.2 Hz。在进动角图中，数值范围为标称进动角的 84.7% 至 122.3%。通过将进动角图与 图1
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讨论
肌营养不良症和特发性炎症性肌病等肌肉疾病是一组在病因上具有异质性、且各自发病率较低的疾病。例如，杜氏肌营养不良症——最常见的肌营养不良类型——其发病率约为每3,500例男性活产婴儿中1例37,38；而本实验方案所应用的皮肌炎，其发病率约为每100,000人中1例39。然而，这些疾病总体的发病率相对较高，且常表现出相似的病理特征——包括萎缩、炎症、脂肪浸润、膜损伤和纤维化——这支持建立并应用一套通用的方法，用于对这些疾病进行定量表征。
定量磁共振成像（qMRI）能够无创地表征多种病理生理变化。与任何科学方法一样，qMRI研究必须谨慎实施。一个基本问题是安全性。此外，本文所述的每种qMRI方法都存在相关的误差来源；出于显而易见的原因，理解并识别这些误差至关重要。最后，许多测量结果具有复杂的解释性。本文将讨论这些问题。在呈现本讨论部分时，我们指出，此处提供的实验方案反映了我们认为最适合我们研究目的的最佳实验方法。我们认识到，其他人可能持有不同观点、具备额外知识，或在权衡方案优化的潜在结果时与我们有所不同。此外，读者所使用的MRI系统可能不具备本.......
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披露
所有作者均无须报告的财务利益冲突。
致谢
我们感谢美国国立卫生研究院的资助支持：NIH/NIAMS R01 AR050101（BMD），NIH/NIAMS R01 AR057091（BMD/JHP），NIH/NIBEB K25 EB013659（RDD），以及范德堡临床与转化科学奖 RR024975。我们还感谢审稿人的意见，以及受试者的参与。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3T 人体 MRI 系统 | Philips Medical Systems (Best, the Netherlands) | Achieva/Intera | |
| 心脏相控阵接收线圈 | Philips Medical Systems | ||
| 枕头、绑带、支撑垫及其他体位固定装置 | |||
| 配备 MATLAB 软件的计算机 | The Mathworks, Inc (Natick, MA) | r. 2014 |
参考文献
- Wokke, B. H., et al. Comparison of Dixon and T1-weighted MR methods to assess the degree of fat infiltration in duchenne muscular dystrophy patients. J Magn Reson Imaging. 38 (3), 619-624 (2013).
- Carr, H., Purcell, E. E....
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重印与许可
