磷31磁共振波谱分析:一种测量工具在体内线粒体氧化磷酸化能力人骨骼肌

这种体内磁共振技术和运动方案的总体目标是建立一种稳健且标准化的线粒体氧化磷酸化能力无创测量方法。骨骼肌线粒体氧化磷酸化能力可以用体内磷 31 磁共振波谱无创测量。这种标准化技术将促进靶向疗法的发展，以提高氧化磷酸化能力。

这种技术的主要优点是它是无创的，允许进行连续调查，并且跨越广泛功能能力的个体都能很好地耐受。一般来说，刚接触这种方法的人会很挣扎，因为设备设置和受试者定位在技术上是密集的，对于获得良好的结果至关重要。在成像之前，首先获得受试者的书面知情同意，并彻底筛查他们的 MRI 安全性。

然后，为实验进行设置。该协议使用 Siemens Avanto 1.5 Tesla 系统进行了演示。首先将磷 31 线圈插入最靠近孔的桌面线圈连接器，开始准备成像。

然后，在扫描仪检查台的另一端附近放置一个大的三角形泡沫垫，但不要直接放在线圈上。此外，将头枕放在离孔最远的 MR 检查台上，然后指示受试者仰卧，双脚先放在 MR 检查台上。在他们的膝盖下方放置一个泡沫垫，以支撑处于部分弯曲位置的腿部。

确保将拍摄对象放置在靠近桌子右侧的位置，以便使左大腿尽可能靠近磁体等中心，以确保最佳的 B0 均匀性。然后，为受试者提供耳塞或耳机以保护听力。将磷 31 线圈放置在受试者的左股四头肌上，大约位于髌骨和股骨头之间的中点。

然后，用带子将其固定在腿上。线圈应位于腿部外侧部分上方，股外侧肌上方。使用用于将线圈固定到腿部的相同带子将婴儿油瓶固定在大腿内侧，然后用放置在线圈下方和膝盖上方的带子将受试者的双腿绑在一起。

用额外的带子将受试者的腿固定在 MR 台上，一条在膝盖上方，一条在膝盖和脚踝之间。让受试者练习等长运动，以确保带子提供足够的阻力。然后，一旦被测者感到舒适，使用激光光导标记线圈的中心，并使用定心地标将桌子移动到磁体等中心。

对于光谱采集的基线阶段，指示受试者静卧并放松腿部肌肉，以最大限度地减少运动伪影。首先获取三平面定位器，以验证定位并确定线圈的位置。此外，获取第二个定位器，但在第一个 Triplane 定位器上打开切片视图。

接下来，使用非局域脉冲采集序列参数设置磷 31 光谱序列，如下所示。通过左键单击并按住切片组，将切片方向居中并旋转，并将切片的最终方向与油瓶的位置相匹配。现在，通过将第二个三平面定位器拖动到查看窗口中来放置垫片框，然后将光谱序列拖动到协议窗口中并双击以打开。

使用位置工具栏可视化将显示在定位器图像上的填充程序体素。可以通过左键单击并按住体素来移动体素，并且可以通过左键单击并按住它来更改它的大小和旋转。将垫片盒直接放置在线圈下方，并平行于股四头肌的平面，以确保 B0 场均匀性。

使用定位器图像识别线圈的敏感区域，并调整垫片框以将该区域包含在肌肉内。打开采集查看器窗口并选择工具栏中的头部图标，以允许实时查看光谱采集，然后运行序列以获得单个测试光谱。接下来，观察得到的频谱并检查 B0 匀场的质量。

寻找一个突出的磷酸肌酸峰，以百万分之零为中心，没有明显的噪音。如果频谱出现嘈杂，请重新定位垫片框并重新采集。复制具有最佳光谱质量的测试光谱序列，并将其用于所有后续测量。

将测量次数从 1 增加到 10，然后在被测对象休息时采集。接下来，对于运动采集，应用上一次扫描的垫片设置，并将序列设置为采集 20 次测量。指示受试者首先保持休息两次测量，然后为受试者提供倒计时以指示何时开始练习。

此时，受试者应尽可能有力且尽可能快地开始膝关节伸展屈曲，抵抗带子的阻力，持续约 30 秒。观察到 PCR 峰高下降 30% 后，指示受试者终止运动并休息。然后，立即获取 20 个额外的运动后测量值，不要暂停或填隙。

采集完成后，通过比较运动开始和结束时的磷酸肌酸峰高来确保运动质量。该图显示了磷酸肌酸浓度在快速准静态膝关节伸展运动耗尽后的表现。该线表示指数恢复函数的拟合。

肌酸恢复时间的 Bland-Altman 分析显示，平均差和标准差为 1.03 正负 4.83 秒，试验间变异系数为 4.66。此处显示的是非卧床受试者检查的代表性磷酸肌酸恢复曲线。请注意，此运动方案的磷酸肌酸消耗达到 64%。

最后，磷酸肌酸恢复时间的比较表明，对照、非糖尿病和糖尿病受试者的线粒体氧化能力依次较差。一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在不到 20 分钟的时间内完成。在尝试此程序时，重要的是要记住在运动前验证频谱是否有足够的信号，并确保运动导致磷酸肌酸消耗至少 30%在此程序之后，可以执行其他方法，如脂肪肌肉定量成像，以计算肌肉质量和脂肪含量， 这对整体骨骼肌功能也很重要。

该技术可用于研究许多疾病，包括 Friedreich 共济失调，它允许研究人员在线粒体氧化能力中关联疾病严重程度的遗传标志物。观看此视频后，您应该对如何执行体内磷 31 磁共振波谱扫描和锻炼方案有很好的了解。不要忘记，使用磁共振扫描仪需要严格的安全措施，并且所有 MR 实验都应由经过充分培训的人员进行。