Magnetresonanz-Elastographie zur Beurteilung viskoelastischer Eigenschaften

Zusammenfassung

Source: Feng, Y., et al. Viskoelastische Charakterisierung von Weichgewebe-imitierenden Gelatine-Phantomen mittels Einkerbung und Magnetresonanz-Elastographie. J. Vis. exp. (2022)

Dieses Video zeigt die Methode der Magnetresonanz-Elastographie (MRE) zur Beurteilung der viskoelastischen Eigenschaften von Gewebe durch Analyse der Scherwellenausbreitung durch ein Gelatinephantom, das Hirngewebe nachahmt. Der Prozess umfasst die Erzeugung und Erfassung von Scherwellen mit Magnetresonanztomographie oder MRT und die Analyse von Wellenmustern, um die Gewebesteifigkeit zu unterscheiden.

Protokoll

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p style='background-color:#ffffff;line-height:1.2;margin-bottom:12pt;margin-top:0pt;' dir='ltr'>1. Gelatine Phantom Preparation

1. Gelatine, Glycerin und Wasser gemäß Table 1. Mischen Sie das Gelatinepulver mit Wasser, um die Gelatinelösung zu erhalten.
   NOTE: Table 1 zeigt die Konzentrationen der einzelnen Komponenten, die zur Herstellung der beiden Phantome verwendet wurden. Je höher die Konzentration von Gelatine, desto steifer ist das Phantom.
2. Die Gelatinelösung im Wasserbad auf 60 °C erhitzen. Fügen Sie der Gelatinelösung Glycerin hinzu, während Sie die Temperatur beibehalten.
   NOTE: Glycerin stabilisiert Gelatinemischungen, indem es ihre Schmelztemperatur und ihren Schermodul erhöht17.
3. Rühren Sie die Lösung um und erhitzen Sie sie erneut auf 60 °C. Gießen Sie die gemischte Lösung in einen Behälter, der für Magnetresonanz-Elastographie (MRE) und Eindringtests verwendet wird. Kühle die Lösung auf Raumtemperatur ab und warte, bis die Lösung fest ist.

2. Magnetresonanz-Elastographie oder MRE-Test

1. Lege die Vibrationsplatte auf das Gelatinephantom. Stellen Sie sicher, dass der Kontakt zwischen dem Phantom und der Vibrationsplatte fest ist (Figure 1A).
   NOTE: Die Vibrationsplatte besteht aus Polyamid mit einer Abmessung von 50 x 50 x 5 mm³.
2. Setzen Sie das Gelatinephantom in die Kopfspule ein. Legen Sie Schwämme und Sandsäcke um das Gelatinephantom, um sicherzustellen, dass das Phantom fest sitzt. Verwenden Sie einen speziell angefertigten elektromagnetischen Aktuator mit einer Übertragungsstange. Montieren Sie einen elektromagnetischen Aktuator an der Kopfspule. Verbinden Sie die Übertragungsstange mit der Vibrationsplatte (Figure 1B).
3. Verbinden Sie die Stromleitungen des Aktuators mit dem Verstärker. Verbinden Sie die Steuerzeilen mit dem Controller (Figure 1C).
4. Einstellungen für Aktuator- und MRI-Scan-Parameter
   1. Stellen Sie die Wellenform, die Schwingungsfrequenz und die Amplitude im Funktionsgenerator ein. Stellen Sie die gewünschte Schwingungsamplitude ein, indem Sie den Leistungsverstärker einstellen.
      NOTE: Hier wird die Wellenform im Funktionsgenerator auf sinusförmig gestellt; Die Vibrationsfrequenz ist auf 40 Hz oder 50 Hz und die Amplitude auf 1,5 Vpp eingestellt. In der Endstufe ist das Verstärkungsverhältnis auf 40 % eingestellt.
   2. Stellen Sie den Funktionsgenerator so ein, dass er im Trigger-Modus arbeitet. Verbinden Sie die Triggerleitung mit dem externen Triggeranschluss des MRT-Geräts (Magnetresonanztomographie).
   3. Stellen Sie die MRE-Abtastfrequenz (Aktuator) auf die gleiche Frequenz wie die des Funktionsgenerators ein, sodass der Bewegungskodierungsgradient mit der Bewegung der Vibrationsplatte synchronisiert wird.
5. Datenmessung und -analyse
   1. Befolgen Sie die routinemäßigen Verfahren zur Positionierung von Bildern. Verwenden Sie eine auf 2D-Gradientenecho (GRE) basierende MRE-Sequenz für die Abbildung des Gelatinephantoms20. Stellen Sie die GRE-MRE-Bildgebungsparameter wie folgt ein: Flip-Winkel = 30°; TR/TE = 50/31 ms; Sichtfeld = 300 mm; Dicke der Scheibe = 5 mm; Voxelgröße = 2,34 x 2,34 mm².
   2. Messen Sie die Phasenbilder an vier zeitlichen Punkten in einem sinusförmigen Zyklus. Wenden Sie zu jedem Zeitpunkt sowohl positive als auch negative Bewegungscodierungsgradienten an.
   3. Entfernen Sie basierend auf dem erfassten Phasenbild die Hintergrundphase, indem Sie die positiven und negativen kodierten Phasenbilder subtrahieren. Entpacken Sie die Phase mit einem auf Zuverlässigkeitssortierung basierenden Algorithmus.
   4. Extrahieren Sie die Hauptkomponente der Bewegung, indem Sie eine schnelle Fourier-Transformation auf die Bilder der unverpackten Phase anwenden. Filtern Sie das Phasenbild mit einem digitalen Bandpassfilter. Schätzen Sie den Schermodul mit einem 2D-DI-Algorithmus (Direct Inversion), um den Speichermodul G' und den Verlustmodul G'' zu erhalten.
      HINWEIS: Die Grenzfrequenz des Bandpassfilters beträgt [0,04 0,08]. Die Größe des passenden Fensters des DI-Algorithmus beträgt 11 x 11.

Tabelle 1: Die Masse und Massenkonzentration der Gelatine, des Glycerins und des Wassers, die zur Herstellung der beiden Gelatinephantome verwendet werden. Die Masseneinheit ist Gramm.

	Gelatine	Wasser	Glycerin	total
Phantom 1	100 (4.35%)	1200 (52.17%)	1000 (43,48 %)	2300 (100%)
Phantom 2	160 (6.96%)	1140 (49.56%)	1000 (43,48 %)	2300 (100%)

Ergebnisse

Materialien