점탄성 특성을 평가하기 위한 자기 공명 엘라스토그래피(Magnetic Resonance Elastography)

초록

출처: Feng, Y., et al. Indentation 및 Magnetic Resonance Elastography를 사용한 연조직 모방 젤라틴 팬텀의 점탄성 특성화. J. Vis. Exp. (2022)

이 비디오는 분석하여 조직 점탄성 특성을 평가하는 자기 공명 탄성 촬영(MRE)의 방법을 보여줍니다. 뇌 조직을 모방한 젤라틴 팬텀을 통한 전단파 전파. 이 프로세스에는 자기 공명 영상 또는 MRI로 전단파를 생성 및 캡처하고 파동 패턴을 분석하여 조직 강성을 구별하는 작업이 포함됩니다.

프로토콜

1. 젤라틴 팬텀 준비

1. <span style='font-family:Roboto,sans-serif; 글꼴 크기 : 12pt; 글꼴 스타일 : 일반; 글꼴 변형 : 일반; 텍스트 장식 : 없음; 수직 정렬 : 기준선; white-space:pre-wrap;' >표 1. 젤라틴 가루를 물과 섞어 젤라틴 용액을 얻습니다.
   참고: 표 1는 두 개의 팬텀을 준비하는 데 사용되는 개별 구성 요소의 농도를 보여줍니다. 젤라틴의 농도가 높을수록 팬텀이 더 뻣뻣해집니다.
2. 수조에서 젤라틴 용액을 60°C로 가열합니다. 온도를 유지하면서 젤라틴 용액에 글리세롤을 첨가하십시오.
   NOTE: 글리세롤은 용융 온도와 전단 계수를 증가시켜 젤라틴 혼합물을 안정화합니다(17).
3. 용액을 저어주고 다시 60°C로 가열합니다. 혼합된 용액을 자기공명탄성검사(MRE) 및 압흔 테스트에 사용할 용기에 붓습니다. 용액을 실온으로 식히고 용액이 응고될 때까지 기다립니다.

2. <span style='font-family:Arial,sans-serif;font-size:12pt;font-style:normal;font-variant:normal;text-decoration:none;vertical-align:baseline;white-space:pre-wrap;'>자기 공명 탄성 인쇄 또는 MRE 테스트

1. 젤라틴 팬텀 위에 진동판을 놓습니다. 팬텀과 진동판 사이의 접촉이 단단히 되어 있는지 확인합니다(Figure 1A).
   참고: 진동판은 50 x 50 x 5 mm 크기의 폴리 아미드로 만들어졌습니다 ³.
2. 젤라틴 팬텀을 헤드 코일에 넣습니다. 젤라틴 팬텀 주위에 스폰지와 모래 주머니를 넣어 팬텀이 단단히 고정되었는지 확인합니다. 전송 막대가 있는 맞춤형 전자기 액추에이터를 사용하십시오. 헤드 코일에 전자기 액추에이터를 장착합니다. 전송 막대를 진동 플레이트에 연결합니다(그림 1B).
3. 액추에이터의 전원선을 amp리퍼. 컨트롤 라인을 컨트롤러와 연결합니다(Figure 1C).
4. 액추에이터 및 MRI 스캔 매개 변수 설정
   1. 함수 발생기에서 파형, 진동 주파수 및 진폭을 설정합니다. 전력을 조정하여 원하는 진동 진폭을 설정합니다 amp리퍼.
      NOTE: 여기서 파형은 함수 발생기에서 사인파로 설정됩니다. 진동 주파수는 40Hz 또는 50Hz로 설정되고 진폭은 1.5Vpp로 설정됩니다. 파워 앰프에서 증폭 비율은 40%로 설정됩니다.
   2. 트리거 모드에서 작동하도록 함수 발생기를 설정합니다. 트리거 라인을 MRI(자기 공명 영상) 기계의 외부 트리거 포트에 연결합니다.
   3. MRE 스캐닝(액추에이터) 주파수를 함수 발생기의 주파수와 동일하게 설정하여 모션 인코딩 그라데이션이 진동판의 움직임과 동기화되도록 합니다.
5. 데이터 측정 및 분석
   1. 일상적인 이미징 포지셔닝 절차를 따르십시오. 젤라틴 팬텀20의 이미징을 위해 2D gradient-echo(GRE) 기반 MRE 시퀀스를 사용합니다. GRE-MRE 이미징 매개변수를 다음과 같이 설정합니다. 플립 각도 = 30°; TR/TE = 50/31밀리초; 시야각 = 300mm; 슬라이스 두께 = 5mm; 복셀 크기 = 2.34 x 2.34 mm².
   2. 하나의 정현파 주기에서 4개의 시간 지점에서 위상 이미지를 측정합니다. 각 시점에서 positive 및 negative motion encoding gradient를 모두 적용합니다.
   3. 획득한 위상 이미지를 기반으로 포지티브 및 네거티브 인코딩된 위상 이미지를 빼서 배경 위상을 제거합니다. 신뢰성 분류 기반 알고리즘으로 단계를 해제합니다.
   4. 래핑되지 않은 위상 이미지에 고속 푸리에 변환을 적용하여 모션의 주성분을 추출합니다. 디지털 대역통과 필터로 위상 이미지를 필터링합니다. 2D 직접 반전(DI) 알고리즘으로 전단 계수를 추정하여 저장 계수 G'와 손실 계수 G'를 구합니다.
      참고: 대역통과 필터의 차단 주파수는 [0.04 0.08]입니다. DI 알고리즘의 맞춤 창 크기는 11 x 11입니다.

표 1: 두 개의 젤라틴 팬텀을 준비하는 데 사용되는 젤라틴, 글리세롤 및 물의 질량 및 질량 농도. 질량 단위는 그램입니다.

	Gelatin	Water	글리세롤	Total
팬텀 1	100 (4.35%)	1200 (52.17%)	1000 (43.48%)	2300 (100%)
팬텀 2	160 (6.96%)	1140 (49.56%)	1000 (43.48%)	2300 (100%)

결과

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
24-channel head & neck coil	United Imaging Healthcare	100120	장비
3T MR Scanner	United Imaging Healthcare	uMR 790	장비
획득 보드	Advantech Co	PCI-1706U	Equipment
Computer-Windows	HP	790-07	장비
전자기 액추에이터	상하이 자오퉁 대학교		Equipment
함수 생성기	RIGOL	DG1022Z	장비
Gelatin	CARTE D'OR		Reagent
Glycerol	Vance Bioenergy Sdn.Bhd		Reagent
Indenter 제어 프로그램	custom-designed		소프트웨어; 다음을 통해 액세스: https://github.com/aaronfeng369/FengLab_indentation_code.
레이저 센서	Panasonic	HG-C1050	장비
로드 셀	Transducer 기술	GSO-10	장비
MATLAB	mathworks		Software
Power amplifier	Yamaha	A-S201	장비
보이스 코일 전기 모터	SMAC Corporation	DB2583	장비