Caratterizzazione viscoelastica di fantocci di gelatina che imitano i tessuti molli mediante indentazione ed elastografia a risonanza magnetica

Questo protocollo fornisce un modo per preparare le funzioni del gel che imitano i tessuti nei metodi di caratterizzazione biomeccanica ex vivo e in vivo, che sono fondamentali per comprendere e trovare nuovi biomarcatori per il tessuto L'indentazione può misurare campioni di tessuto di piccole dimensioni ed è facile da eseguire mentre lo stesso campione può essere testato utilizzando la risonanza magnetica, fornendo una stima diretta degli scenari di test in vivo. Questo metodo potrebbe fornire informazioni sulle proprietà meccaniche dipendenti dalla frequenza viscoelastica di campioni biologici molli, come il cervello, il fegato, i tessuti tumorali, eccetera. È inoltre possibile misurare proprietà simili di altri fantocci campione.

Iniziare mescolando la polvere di gelatina con acqua per ottenere la soluzione di gelatina. Riscaldare la soluzione di gelatina a 60 gradi Celsius a bagnomaria e aggiungere glicerolo alla soluzione mantenendo la temperatura. Mescolare la soluzione e riscaldarla nuovamente a 60 gradi Celsius.

Versare la soluzione miscelata in un contenitore che verrà utilizzato per i test MRE e di indentazione. Raffreddare la soluzione a temperatura ambiente e attendere che la soluzione si solidifichi. Posizionare il fantasma di gelatina nella bobina della testa.

Quindi, mettere la piastra vibrante sopra il fantasma di gelatina. Assicurarsi che il contatto tra il fantasma e la piastra vibrante sia salda. Metti spugne e sacchetti di sabbia intorno al fantasma di gelatina per assicurarti che il fantasma sia saldamente posizionato.

Montare un attuatore elettromagnetico sulla bobina della testa e collegare la barra di trasmissione alla piastra vibrante. Collegare le linee di alimentazione dell'attuatore con l'amplificatore e quindi collegare le linee di controllo con il controller. Impostare la forma d'onda, la frequenza di vibrazione e l'ampiezza nel generatore di funzioni.

Impostare l'ampiezza di vibrazione desiderata regolando l'amplificatore di potenza. Quindi, impostare il generatore di funzioni in modo che funzioni in modalità trigger. Collegare la linea di trigger alla porta di trigger esterna della macchina MRI.

Impostare la frequenza di scansione MRE uguale a quella del generatore di funzioni, in modo che il gradiente di codifica del movimento sia sincronizzato con il movimento della piastra vibrante. Quindi, impostare l'angolo di rotazione su 30 gradi, TR e TE su 50 e 31 millisecondi, il campo visivo su 300 millimetri, lo spessore della fetta su cinque millimetri e la dimensione del voxel su 2,34 per 2,34 millimetri quadrati. Misurare le immagini di fase in quattro punti temporali in un ciclo sinusoidale.

Applicare gradienti di movimento e codifica sia positivi che negativi in ogni punto temporale. In base all'immagine di fase acquisita, rimuovere la fase di sfondo sottraendo le immagini di fase codificate positive e negative. Scartare la fase con un algoritmo basato sull'ordinamento dell'affidabilità.

Estraete le componenti principali del moto applicando la trasformata di Fourier veloce alle immagini di fase non avvolte. Filtrare l'immagine di fase con un filtro passa banda digitale e stimare il modulo di taglio con un algoritmo di inversione diretta 2D per ottenere il modulo di memorizzazione G-prime e il modulo di perdita G-doppio primo. Utilizzare un punzone circolare per tagliare il fantasma di gelatina in un campione cilindrico e utilizzare una lama chirurgica per tagliarlo in un campione cuboide.

Rifilare la superficie del campione con una lama affilata per renderla il più liscia possibile per la rientranza. Accendere il tester di indentazione e fare clic sul pulsante Back Off nella GUI per inizializzare il processo di calibrazione. Leggere il valore dal sensore laser e digitare il valore nella casella BaseLine.

Posizionare un vetrino sulla piastra del deflettore e registrare il valore mostrato dal sensore laser. Quindi, mettere il campione sul vetrino e posizionarli insieme sulla piastra del deflettore. Leggere il valore dal sensore laser e digitarlo nella casella Diapositiva campione.

La differenza tra questi due valori è lo spessore del campione nella regione di interesse. Posizionare con attenzione il campione insieme al vetrino sottostante proprio sotto l'indentatore, quindi fare clic sul pulsante Contatto per avviare il contatto automatico tra il rientrante e la superficie del campione. In base allo spessore del campione misurato, stimare lo spostamento di rientro moltiplicando lo spessore con la deformazione di prova rientrata.

Immettete i valori di spostamento nella casella Spostamento (Displacement). Impostare il tempo di rilassamento su 180 secondi nella casella Tempo di permanenza e fare clic sul pulsante Rientro. Lo spostamento e la forza reattiva durante la procedura di rampa/mantenimento verranno automaticamente registrati e salvati in un file nel percorso del file specificato.

Le immagini di propagazione delle onde per i due fantocci di gelatina a 40 e 50 hertz sono mostrate qui. Le quattro fasi corrispondono ai quattro punti temporali in un ciclo sinusoidale. Le proprietà viscoelastiche misurate da MRE e esperimenti di indentazione sono mostrate qui.

Le immagini rappresentative raffigurano le tipiche mappe stimate G-prime e G-doppio primo a 40 e 50 hertz per i due fantocci di gelatina della MRE. La deviazione media e standard dei valori G-zero e G-infinito per i due fantocci dei sei test di indentazione ripetuti sono presentati qui. Le immagini grafiche mostrate sullo schermo rappresentano la media e la deviazione standard dei valori primi G e G-doppi primi a 40 e 50 hertz per i due fantocci dei sei test MRE ripetuti.

Il simbolo dell'asterisco indica una differenza significativa. Quando si tenta questa procedura, assicurarsi che la piastra vibrante sia premuta saldamente sopra il fantasma e non premere eccessivamente la piastra. Quando si tratta il campione, assicurarsi che la superficie sia il più piatta possibile.

Questa tecnica apre la strada all'esplorazione delle proprietà biomeccaniche relative agli studi patologici e allo sviluppo di biomarcatori basati sulla biomeccanica per la diagnosi e la prognosi delle malattie.