Viskoelastische Charakterisierung weichgewebenachahmender Gelatinephantome mittels Eindringung und Magnetresonanz-Elastographie

Dieses Protokoll bietet eine Möglichkeit, gewebenachahmende Gelfunktionen in den ex-vivo- und In-vivo-biomechanischen Charakterisierungsmethoden vorzubereiten, die für das Verständnis und die Suche nach neuen Biomarkern für Gewebe entscheidend sind. Die Vertiefung kann kleine Gewebeproben messen und ist einfach durchzuführen, während dieselbe Probe mit MRE getestet werden kann, was eine direkte Schätzung von In-vivo-Testszenarien ermöglicht. Diese Methode könnte Einblicke in viskoelastische frequenzabhängige mechanische Eigenschaften weicher biologischer Proben wie Gehirn, Leber, Tumorgewebe usw. geben. Ähnliche Eigenschaften anderer Probenphantome können ebenfalls gemessen werden.

Beginnen Sie mit dem Mischen des Gelatinepulvers mit Wasser, um die Gelatinelösung zu erhalten. Erhitzen Sie die Gelatinelösung auf 60 Grad Celsius in einem Wasserbad und fügen Sie der Lösung Glycerin hinzu, während die Temperatur beibehalten wird. Rühren Sie die Lösung um und erhitzen Sie sie erneut auf 60 Grad Celsius.

Gießen Sie die gemischte Lösung in einen Behälter, der für MRE- und Eindringtests verwendet wird. Kühlen Sie die Lösung auf Raumtemperatur ab und warten Sie, bis die Lösung erstarrt ist. Legen Sie das Gelatinephantom in die Kopfspule.

Legen Sie dann die Vibrationsplatte auf das Gelatinephantom. Stellen Sie sicher, dass der Kontakt zwischen dem Phantom und der Vibrationsplatte fest ist. Legen Sie Schwämme und Sandsäcke um das Gelatinephantom, um sicherzustellen, dass das Phantom fest platziert ist.

Montieren Sie einen elektromagnetischen Aktor an der Kopfspule und verbinden Sie die Übertragungsstange mit der Vibrationsplatte. Verbinden Sie die Stromleitungen des Aktors mit dem Verstärker und verbinden Sie dann die Steuerleitungen mit dem Controller. Stellen Sie die Wellenform, Vibrationsfrequenz und Amplitude im Funktionsgenerator ein.

Stellen Sie die gewünschte Schwingungsamplitude ein, indem Sie die Endstufe einstellen. Stellen Sie dann den Funktionsgenerator so ein, dass er im Triggermodus arbeitet. Verbinden Sie die Triggerleitung mit dem externen Triggerport des MRT-Geräts.

Stellen Sie die MRE-Abtastfrequenz auf die gleiche wie vom Funktionsgenerator ein, so dass der Bewegungskodierungsgradient mit der Bewegung der Vibrationsplatte synchronisiert wird. Stellen Sie als Nächstes den Flip-Winkel auf 30 Grad, TR und TE auf 50 und 31 Millisekunden, das Sichtfeld auf 300 Millimeter, die Schichtdicke auf fünf Millimeter und die Voxelgröße auf 2,34 x 2,34 Quadratmillimeter ein. Messen Sie die Phasenbilder an vier zeitlichen Punkten in einem sinusförmigen Zyklus.

Wenden Sie zu jedem Zeitpunkt sowohl positive als auch negative Bewegungs- und Kodierungsverläufe an. Entfernen Sie basierend auf dem aufgenommenen Phasenbild die Hintergrundphase, indem Sie die positiven und negativen kodierten Phasenbilder subtrahieren. Entpacken Sie die Phase mit einem auf Zuverlässigkeitssortierung basierenden Algorithmus.

Extrahieren Sie die Hauptkomponenten der Bewegung, indem Sie eine schnelle Fourier-Transformation auf die unverpackten Phasenbilder anwenden. Filtern Sie das Phasenbild mit einem digitalen Bandpassfilter und schätzen Sie den Schubmodul mit einem direkten 2D-Inversionsalgorithmus, um Speichermodul G-Prime und Verlustmodul G-Doppelprimzahl zu erhalten. Verwenden Sie einen kreisförmigen Stempel, um das Gelatinephantom in eine zylindrische Probe zu trimmen, und verwenden Sie eine chirurgische Klinge, um es in eine quaderförmige Probe zu trimmen.

Schneiden Sie die Oberfläche der Probe mit einer scharfen Klinge ab, um sie für den Eindruck so glatt wie möglich zu machen. Schalten Sie den Eindrucktester ein und klicken Sie auf die Schaltfläche Back Off in der GUI, um den Kalibrierungsvorgang zu initialisieren. Lesen Sie den Wert vom Lasersensor, und geben Sie den Wert in das Feld BaseLine ein.

Legen Sie einen Objektträger auf die Prallplatte und notieren Sie den vom Lasersensor angezeigten Wert. Als nächstes legen Sie die Probe auf den Glasobjektträger und legen Sie sie zusammen auf die Prallplatte. Lesen Sie den Wert vom Lasersensor, und geben Sie diesen Wert in das Feld Beispielfolie ein.

Die Differenz zwischen diesen beiden Werten ist die Probendicke im interessierenden Bereich. Platzieren Sie die Probe vorsichtig zusammen mit dem darunter liegenden Glasobjektträger direkt unter dem Eindringkörper und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Kontakt, um den automatischen Kontakt zwischen dem Eindringkörper und der Probenoberfläche zu initiieren. Schätzen Sie basierend auf der gemessenen Probendicke die Eindruckverschiebung, indem Sie die Dicke mit der eingerückten Prüfdehnung multiplizieren.

Geben Sie die Verschiebungswerte in das Feld Verschiebung ein. Stellen Sie die Entspannungszeit im Feld Verweilzeit auf 180 Sekunden ein und klicken Sie auf die Schaltfläche Einrückung. Die Verschiebung und die Blindkraft während des Rampen-/Haltevorgangs werden automatisch aufgezeichnet und in einer Datei unter dem angegebenen Dateipfad gespeichert.

Wellenausbreitungsbilder für die beiden Gelatinephantome bei 40 und 50 Hertz sind hier gezeigt. Die vier Phasen entsprechen den vier zeitlichen Punkten eines sinusförmigen Zyklus. Viskoelastische Eigenschaften, die aus MRE- und Eindringexperimenten gemessen wurden, sind hier dargestellt.

Die repräsentativen Bilder zeigen typische geschätzte G-Prime- und G-Doppelprimzahlkarten bei 40 und 50 Hertz für die beiden Gelatinephantome aus MRE. Mittelwert und Standardabweichung der G-Null- und G-unendlich-Werte für die beiden Phantome aus den sechs wiederholten Eindringversuchen werden hier dargestellt. Die auf dem Bildschirm gezeigten grafischen Bilder stellen den Mittelwert und die Standardabweichung der G-Prime- und G-Doppelprimwerte bei 40 und 50 Hertz für die beiden Phantome aus den sechs wiederholten MRE-Tests dar.

Das Sternchen weist auf einen signifikanten Unterschied hin. Wenn Sie diesen Vorgang versuchen, stellen Sie sicher, dass die vibrierende Platte fest auf das Phantom gedrückt wird und die Platte nicht überdrückt. Achten Sie bei der Behandlung der Probe darauf, dass die Oberfläche so flach wie möglich ist.

Diese Technik ebnet den Weg zur Erforschung biomechanischer Eigenschaften im Zusammenhang mit pathologischen Studien und zur Entwicklung biomechanischer Biomarker für die Diagnose und Prognose von Krankheiten.