Name: Ilościowy rezonans magnetyczny w chorobach mięśni szkieletowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 30 s
Description: Poznaj nieinwazyjną metodę ilościowego rezonansu magnetycznego do oceny chorób mięśni szkieletowych. Technika ta pozwala charakteryzować przestrzenną niejednorodność patologii i monitorować zdrowie mięśni.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Doceniamy wsparcie grantowe od National Institutes of Health: NIH/NIAMS R01 AR050101 (BMD), NIH/NIAMS R01 AR057091 (BMD/JHP), NIH/NIBEB K25 EB013659 (RDD), oraz nagrodę Vanderbilt CTSA RR024975. Dziękujemy również recenzentom za uwagi oraz tematyce za udział w tych badaniach.

UWAGA: Przypomina się czytelnikowi, że wszystkie badania z udziałem ludzi muszą zostać zatwierdzone przez lokalną Komisję Bioetyczną (IRB) ds. wykorzystania ludzi w badaniach. Uczestnicy badań muszą zostać poinformowani o celu, procedurach, ryzyku i korzyściach z proponowanego badania; o dostępności alternatywnych metod leczenia lub procedur; o możliwości otrzymania wynagrodzenia; a także o ich prawie do prywatności, wycofaniu zgody i zaprzestaniu udziału w badaniu. Przed sesją badania MRI badacz musi przedstawić potencjalnemu uczestnikowi zatwierdzony przez IRB dokument świadomej zgody (ICD), wyjaśnić jego treść i zapytać potencjalnego uczestnika, czy życzy on sobie wziąć udział w badaniu. Jeśli tak, uczestnik będzie musiał podpisać i datować dokument ICD przed przystąpieniem do jakiegokolwiek etapu niniejszego protokołu.
1. Czynności poprzedzające dzień testowania
<ol>
	<li>Ograniczenie nawyków związanych ze stylem życia, które mogłyby zakłócić dane
	<ol>
		<li>Poinstruuj uczestnika, aby nie podejmował umiarkowanego ani intensywnego wysiłku fizycznego na 48 h przed badaniem. Poinstruuj uczestnika, aby wstrzymał się od przyjmowania leków dostępnych bez recepty oraz alkoholu na 24 h przed badaniem. Poinstruuj uczestnika, aby powstrzymał się od palenia tytoniu lub spożywania kofeiny na 6 h przed badaniem.</li>
		<li>Przed rozpoczęciem badania potwierdź, czy uczestnik przestrzegał tych instrukcji.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie systemu MRI
	<ol>
		<li>Upewnij się, że wszystkie niezbędne urządzenia wymienione w Tabeli materiałów i sprzętu są dostępne.</li>
		<li>Zdefiniuj protokół MRI; sugerowane parametry znajdują się w Tabelach 1 - 5.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Dzień badania: Przygotowanie do akwizycji danych MRI
<ol>
	<li>Przeprowadzenie przesiewu bezpieczeństwa
	<ol>
		<li>Przesiew pod kątem potencjalnych zagrożeń w środowisku MRI należy przeprowadzić, prosząc przeszkolonego w zakresie bezpieczeństwa MRI pracownika ochrony zdrowia o przedstawienie uczestnikowi badania odpowiedniego kwestionariusza bezpieczeństwa MRI, takiego jak ten dostępny pod adresem www.mrisafety.com.</li>
		<li>W przypadku obecności wszczepionych obiektów magnetycznych lub wrażliwych na pole magnetyczne, należy upewnić się, że są one bezpieczne dla skanowania MRI.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie systemu MRI
	<ol>
		<li>Należy upewnić się, że cały personel usunął wszystkie obiekty magnetyczne i wrażliwe na pole magnetyczne przed wejściem do pomieszczenia, w którym znajduje się system MRI. Kontrolę tę należy przeprowadzać za każdym razem, gdy ktoś wchodzi do pomieszczenia MRI.</li>
		<li>System MRI należy przygotować, umieszczając cewkę odbiorczą na stole pacjenta systemu MRI. Na stole należy również położyć materac z prześcieradłem oraz poduszkę z poszewką. Należy przygotować pasy do zamocowania wokół ud oraz wałki lub poduszki do umieszczenia pod kolanami.</li>
		<li>Należy uruchomić interfejs oprogramowania, wprowadzić dane pacjenta i otworzyć protokół obrazowania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Upozycjonowanie uczestnika badania na stole skanera MRI
	<ol>
		<li>Należy nadzorować uczestnika badania podczas sprawdzania przez niego osoby i odzieży pod kątem obecności obiektów wrażliwych na pole magnetyczne. Obiekty te należy zabezpieczyć poza pomieszczeniem MRI w zamykanym pojemniku. Do pomieszczenia MRI należy wejść wraz z uczestnikiem badania natychmiast po zakończeniu tego kroku.</li>
		<li>Uczestnika należy upozycjonować na stole pacjenta w pozycji leżącej na plecach, stopami w stronę gantry. Część ciała podlegającą obrazowaniu należy umieścić jak najbliżej osi środkowej stołu, na ile jest to praktyczne. Pod kolanami należy umieścić wałki lub poduszki, aby odciążyć dolny odcinek kręgosłupa, a pod głową położyć poduszkę. Aby ograniczyć ruchy, należy delikatnie, lecz skutecznie unieruchomić udo, nogę i stopy, dbając o komfort uczestnika.</li>
		<li>Cewkę odbiorczą RF należy umieścić wokół ud uczestnika i podłączyć ją do systemu MRI.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Instruktaż uczestnika i wykonanie końcowych kroków przedtestowych
	<ol>
		<li>Należy przekazać instrukcje dotyczące komunikacji z badaczami. Uczestnikowi należy zapewnić ochronę słuchu oraz urządzenie sygnalizacyjne, którego można użyć do wezwania pomocy w razie potrzeby. Należy poinstruować uczestnika o konieczności pozostania w bezruchu podczas wszystkich sekwencji obrazowania oraz pomiędzy nimi.</li>
		<li>Stół pacjenta należy przesunąć do wnętrza skanera MRI w taki sposób, aby część ciała podlegająca obrazowaniu znajdowała się w centrum skanera MRI.</li>
		<li>Po opuszczeniu pomieszczenia MRI należy potwierdzić działanie systemu komunikacji z pacjentem i upewnić się, że uczestnik czuje się komfortowo. Przez cały czas trwania protokołu należy regularnie komunikować się z uczestnikiem, aby zapewnić jego komfort i przestrzeganie instrukcji.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Dzień badania: Pozyskiwanie danych MRI
<ol>
	<li>Kroki przygotowawcze
	<ol>
		<li>Ponieważ system MRI określa ustawienia instrumentalne i kalibracje przed każdą sekwencją obrazowania (częstotliwość centralna, kalibracja wzmocnienia odbiornika itp.), należy nadzorować te procesy i upewnić się, że każdy krok jest wykonywany poprawnie.</li>
		<li>Używając odpowiedniego interfejsu oprogramowania, należy pozyskać zestaw obrazów lokalizacyjnych (znanych również jako obrazy pilotażowe lub scout); należy zastosować parametry sugerowane w tabeli 2.</li>
		<li>Należy określić miejsce umieszczenia przekroju centralnego dla akwizycji danych qMRI, identyfikując obszary uszkodzeń i/lub odnosząc pozycję przekroju do powtarzalnych punktów orientacyjnych anatomicznych.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kroki kalibracji cewki nadawczej i odbiorczej
	<ol>
		<li>W tych krokach, jak i we wszystkich kolejnych etapach obrazowania, należy zdefiniować obszar anatomiczny, w którym zoptymalizowana zostanie jednorodność statycznego pola magnetycznego (B0), co jest procesem znanym jako „shimming”. Typowe rozmieszczenie objętości zainteresowania (VOI) dla shimmingu stosowanej w niniejszych badaniach przedstawiono na rysunku 1A.</li>
		<li>Jeśli skaner MRI posiada wieloelementową cewkę nadawczą, należy pozyskać zestaw danych kalibracyjnych RF.</li>
		<li>Jeśli skaner MRI posiada wieloelementową cewkę odbiorczą, należy pozyskać mapę czułości przestrzennej cewek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pozyskiwanie danych strukturalnego MRI
	<ol>
		<li>Należy pozyskać wieloprzekrojowe obrazy o wysokiej rozdzielczości, ważone w czasie T1, stosując sekwencję szybkiego echa spinowego (FSE); parametry obrazowania zastosowane w niniejszych badaniach podano w tabeli 1.</li>
		<li>Należy pozyskać wieloprzekrojowe obrazy o wysokiej rozdzielczości, ważone w czasie T2, stosując sekwencję FSE; parametry obrazowania zastosowane w niniejszych badaniach podano w tabeli 2.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pozyskiwanie danych do kontroli jakości w czasie rzeczywistym i korekcji w postprocesingu
	<ol>
		<li>Należy pozyskać trójwymiarowe (3D) wielokrotne dane echa gradientowego do obliczenia map pola B0. Parametry obrazowania zastosowane w niniejszych badaniach podano w tabeli 3.</li>
		<li>Należy zbadać mapy pola, aby upewnić się, że w obrazie nie występują odchylenia większe niż ±60 Hz (około 0,5 części na milion przy 3 Tesla). W przypadku ich wystąpienia należy zastosować alternatywne podejście do shimmingu (inna metoda, inne rozmieszczenie VOI itp.).</li>
		<li>Należy pozyskać dane 3D do obliczenia map kąta nutacji. Parametry obrazowania zastosowane w niniejszych badaniach podano w tabeli 2.</li>
		<li>Należy zbadać mapy pola, aby upewnić się, że nie ma obszarów, które nadmiernie odbiegają od nominalnego kąta nutacji. Dla impulsów RF stosowanych w tym protokole za nadmierne uznaje się odchylenia większe niż ± 30% nominalnego kąta nutacji.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pozyskiwanie danych qMRI
	<ol>
		<li>Należy pozyskać obrazy 3D do obliczenia T1, stosując sekwencję odwrócenia-odzyskiwania. Parametry obrazowania zastosowane w niniejszych badaniach przedstawiono w tabeli 3.</li>
		<li>Należy powtórzyć pomiar T1 w obecności tłumienia sygnału z tłuszczu (FS; parametr ten oznaczono jako T1,FS).</li>
		<li>Należy pozyskać obrazy pojedynczego przekroju do obliczenia T2, stosując sekwencję wielokrotnego echa spinowego. Należy użyć parametrów obrazowania przedstawionych w tabeli 3.</li>
		<li>Należy powtórzyć pomiar T2 w obecności FS (T2,FS).</li>
		<li>Należy pozyskać obrazy 3D do obliczenia parametrów qMT, stosując sekwencję nasycenia impulsowego z FS oraz parametry obrazowania podane w tabeli 4.</li>
		<li>Należy pozyskać dane wieloprzekrojowe do obliczenia parametrów tensora dyfuzji, stosując serię obrazów ważonych dyfuzją. Parametry obrazowania zastosowane w tych badaniach podano w tabeli 4.</li>
		<li>Należy pozyskać dane 3D do obliczenia obrazów tłuszcz/woda, stosując serię sześciu obrazów echa gradientowego. Parametry obrazowania zastosowane w tych badaniach podano w tabeli 5.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po zakończeniu protokołu qMRI
	<ol>
		<li>Należy upewnić się, że wszystkie obrazy są odpowiedniej jakości, badając je pod kątem potencjalnie korygowalnych artefaktów i mierząc wystarczający stosunek sygnału do szumu.</li>
		<li>Dla każdego zestawu danych qMRI należy zdefiniować kilka obszarów zainteresowania (ROI) w serii obrazów i zbadać sygnał jako funkcję odpowiedniego parametru (na przykład dla danych zależnych od T1 pozyskanych w krokach 3.5.1 i 3.5.2, należy wykreślić sygnał jako funkcję TI i upewnić się, że dane odpowiadają funkcji odwrócenia-odzyskiwania wymienionej poniżej w kroku 4.1.2).</li>
		<li>Po przeprowadzeniu osobistej kontroli pod kątem przedmiotów wrażliwych magnetycznie, należy wejść do pomieszczenia MRI. Należy wyjąć uczestnika z magnesu, zdjąć wszystkie pasy i podkładki oraz pomóc uczestnikowi w opuszczeniu skanera MRI i pomieszczenia MRI.</li>
		<li>Należy przekazać dane na lokalną stację roboczą do przetwarzania, stosując metody zgodne z lokalnymi przepisami o ochronie prywatności danych medycznych; dane można eksportować jako pliki Digital Imaging Communications in Medicine (DICOM) lub w formacie własnościowym producenta (metoda zastosowana w tym protokole).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Analiza danych qMRI
<ol>
	<li>Obliczanie map parametrycznych
	<ol>
		<li>Użyj programu komputerowego przeznaczonego do obliczeń naukowych i analizy obrazów. Poprzez analizę histogramu intensywności sygnału na obrazie, utwórz maskę obrazu opartą na progu sygnału, która oddzieli obszary sygnału od obszarów szumu. Wykonaj poniższe kroki dla każdego piksela w częściach obrazów zawierających sygnał.</li>
		<li>Przeanalizuj dane T1, mierząc intensywność sygnału S dla każdego czasu inwersji (TI). Następnie dopasuj wartości S do modelu inwersji-odzyskiwania z zredukowanym opóźnieniem wstępnym (pre-delay): 
		 
		<img alt="Równanie rezonansu magnetycznego dla intensywności sygnału S; obraz formuły dla analizy relaksacji T1." src="/files/ftp_upload/52352/52352equation1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation1"> 
		 
		gdzie M0 to intensywność sygnału reprezentująca namagnesowanie w stanie równowagi, Sf to stosunek inwersji, a TD to czas opóźnienia wstępnego. Następnie dopasuj dane z FS do tego samego modelu, co pozwoli na wyznaczenie stałej czasu relaksacji podłużnej z FS, T1,FS.</li>
		<li>Przeanalizuj dane T2, mierząc S dla każdego TE. Następnie dopasuj dane do mono-wykładniczego modelu zaniku: 
		 
		<img alt="Formuła zaniku wykładniczego, S=Mn*e^(-t/T2)+N, na schemacie eksperymentu fizycznego." src="/files/ftp_upload/52352/52352equation2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation2"> 
		 
		gdzie N to przesunięcie sygnału w linii bazowej. Użytkownik może również zdecydować o dopasowaniu danych do modelu multi-wykładniczego, takiego jak poniższy: 
		 
		<img alt="Równanie równowagi statycznej S=N+M0Σjfje^(-TE/T2,j); analiza widma absorpcji przejściowej." src="/files/ftp_upload/52352/52352equation3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation3"> 
		 
		gdzie J to liczba komponentów wykładniczych, a f i T2,j to ułamki sygnału i wartości T2 powiązane z j-tym komponentem. Alternatywnie użytkownik może zastosować metodę nieujemnych najmniejszych kwadratów (NNLS)3. W tym drugim przypadku bezpłatnie dostępny jest zestaw narzędzi Multi-exponential Relaxation Analysis (MERA)33; dostępne są również inne programy. Powtórz te analizy dla danych z FS i bez FS.</li>
		<li>Aby przeanalizować dane qMT, zmierz S dla każdej mocy naświetlania i przesunięcia częstotliwości. Skoryguj nominalne moce naświetlania (reprezentowane przez ω1 w poniższym równaniu) przy użyciu map kąta nutacji. Skoryguj przesunięcia częstotliwości (Δf w poniższym równaniu), korzystając z map B0 w celu dostosowania stosowanych częstotliwości przesunięcia. Następnie dopasuj dane do następującego modelu34,35 
		 
		<img alt="Równanie równowagi statycznej, formuła stosunku sygnału do szumu, wyrażenie matematyczne dla analizy badawczej." src="/files/ftp_upload/52352/52352equation4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation4"> 
		 
		gdzie jedna z wartości to szybkość wymiany z puli makromolekularnej do puli wolnej wody, inna to szybkość relaksacji podłużnej puli wolnej wody, kolejna to szybkość relaksacji podłużnej puli makromolekularnej (przyjęta jako 1 s-1), następna to PSR, kolejna to T2 puli wolnej wody, a ω1CWPE to średnia moc impulsu saturacji. Szybkość saturacji namagnesowania podłużnego puli makromolekularnej jest opisana modelem super-Lorentzowskim, zgodnie z pracą Henkelmana i współpracowników34,35.</li>
		<li>Aby przeanalizować dane DTI, najpierw użyj algorytmu transformacji afinicznej36, aby zarejestrować każdy obraz ważony dyfuzją do odpowiadającego mu obrazu nieważonego dyfuzją. Następnie, dla każdego piksela, zmierz wartości S na obrazie nieważonym dyfuzją oraz w każdym kierunku ważonym dyfuzją. Utwórz macierz złożoną z kierunków kodowania dyfuzji. Używając wielowymiarowej regresji ważonych najmniejszych kwadratów, przeprowadź regresję danych sygnału względem macierzy kodowania dyfuzji i wyznacz D. Zdiagonalizuj D i wykonaj sortowanie wartości własnych oraz ich wektorów własnych według wielkości. Następnie oblicz średnią dyfuzyjność (MD) jako: 
		 
		<img alt="Formuła obliczania średniej dyfuzyjności \(MD=\frac{\lambda_1+\lambda_2+\lambda_3}{3}\)." src="/files/ftp_upload/52352/52352equation5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation5"> 
		 
		gdzie λ1, λ2 i λ3 są wartościami własnymi tensora dyfuzji. Oblicz również anizotropię frakcyjną (FA) jako: 
		 
		<img alt="Formuła anizotropii frakcyjnej (FA), analiza obrazowania tensora dyfuzji MRI, równanie matematyczne." src="/files/ftp_upload/52352/52352equation6.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Equation6"> 
		 </li>
		<li>Przeanalizuj dane FWMRI, stosując podejście ilościowe, które oddziela sygnały wody i tłuszczu na podstawie przesunięcia chemicznego (np. algorytm FattyRiot, dostępny do bezpłatnego pobrania z adresu https://github.com/welcheb/FattyRiot).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Definiowanie obszarów zainteresowania do analizy
	<ol>
		<li>Wyznacz ROI na obrazach anatomicznych (definiując granice każdego badanego mięśnia). Przykład pokazano na Rysunku 1.</li>
		<li>Zmień rozmiar ROI tak, aby odpowiadał rozmiarowi macierzy obrazów qMRI. W razie potrzeby dostosuj wyrównanie ROI do mapy qMRI (na przykład, jeśli uczestnik poruszył się między akwizycjami, konieczne może być przesunięcie pozycji ROI, aby uniknąć przekroczenia granic mięśnia).</li>
		<li>Przejrzyj każde ROI. Jeśli to konieczne, upewnij się, że nie uwzględniono pikseli zawierających artefakty efektu częściowej objętości, tkanki niekurczliwej oraz artefakty przepływu; przykłady znajdują się na Rysunku 1.</li>
		<li>Oblicz średnią i odchylenie standardowe wartości qMRI dla wszystkich pikseli w wybranych ROI.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Żaden z autorów nie ma finansowego konfliktu interesów, który mógłby zgłosić.

Choroby mięśni, takie jak dystrofie mięśniowe i idiopatyczne miopatie zapalne, należą do grupy chorób o niejednorodnej etiologii i jako pojedyncze jednostki rzadkich pod względem częstości występowania. Na przykład dystrofia mięśniowa Duchenne'a – najczęstsza forma dystrofii mięśniowej – występuje 1 na 3500 żywych urodzeń płci męskiej37,38; Zapalenie skórno-mięśniowe, do którego zastosowano ten protokół, występuje 1 na 100 00039. Jednak wyższa zbiorowa częstość występowania tych chorób i ich często ...

Ilościowe obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (qMRI) opisuje rozwój i wykorzystanie MRI do ilościowego określania fizycznych, chemicznych i/lub biologicznych właściwości systemów żywych. QMRI wymaga przyjęcia biofizycznego modelu systemu, składającego się z tkanki będącej przedmiotem zainteresowania i sekwencji impulsów MRI. Sekwencja impulsów ma za zadanie uwrażliwić natężenie sygnału obrazów na parametr będący przedmiotem zainteresowania w modelu. Właściwości sygnału MRI (wielkość sygnału, częstotliwość i/lub faza) są mierzone i analizowane zgodnie z modelem. Celem jest uzyskanie bezstronnego, ilościowego oszacowania parametru fizycznego lub biologicznego o stale rozłożonych fizycznych jednostkach miary. Często równania opisujące system są analizowane i dopasowywane piksel po pikselu, tworząc obraz, którego wartości pikseli bezpośrednio odzwierciedlają wartości zmiennej. Taki obraz określa się mianem mapy parametrycznej.
Powszechnym zastosowaniem qMRI jest rozwój i zastosowanie biomarkerów. Biomarkery mogą być wykorzystywane do badania mechanizmu choroby, ustalenia diagnozy, określenia rokowania i/lub oceny odpowiedzi terapeutycznej. Mogą one przybierać formę stężeń lub aktywności cząsteczek endogennych lub egzogennych, próbki histologicznej, wielkości fizycznej lub obrazu wewnętrznego. Niektóre ogólne wymagania dotyczące biomarkerów polegają na tym, że obiektywnie mierzą one zmienną o rozkładzie ciągłym za pomocą fizycznych jednostek miary; mieć jasny, dobrze zrozumiały związek z patologią będącą przedmiotem zainteresowania; są wrażliwe na poprawę i pogorszenie stanu klinicznego; i mogą być mierzone z odpowiednią dokładnością i precyzją. Szczególnie pożądane są biomarkery nieinwazyjne lub małoinwazyjne, ponieważ zwiększają komfort pacjenta i w minimalnym stopniu zaburzają badaną patologię.
Celem opracowania opartych na obrazie biomarkerów chorób mięśni jest odzwierciedlenie choroby mięśni w sposób, który jest komplementarny, bardziej szczegółowy niż, bardziej przestrzennie selektywny i/lub mniej inwazyjny niż istniejące podejścia. Jedną ze szczególnych zalet qMRI w tym zakresie jest to, że ma on potencjał do integracji wielu rodzajów informacji, a tym samym potencjalnie charakteryzuje wiele aspektów procesu chorobowego. Ta zdolność jest bardzo ważna w chorobach mięśni, które często wykazują przestrzennie zmienną, złożoną patologię, która obejmuje zapalenie, martwicę i / lub atrofię z wymianą tłuszczu, zwłóknienie, przerwanie sieci miofilamentów ("strumieniowanie dysku Z") i uszkodzenie błony. Kolejną zaletą metod qMRI jest to, że jakościowe lub półilościowe opisy obrazów MR opartych na kontraście odzwierciedlają nie tylko patologię, ale także różnice w parametrach akwizycji obrazu, sprzęcie i ludzkiej percepcji. Przykład tego ostatniego problemu został zademonstrowany przez Wokke i wsp., którzy wykazali, że półilościowe oceny infiltracji tłuszczu są bardzo zmienne i często nieprawidłowe, w porównaniu z ilościowym MRI tłuszcz/woda (FWMRI)1.
Opisany tutaj protokół zawiera sekwencje impulsów do pomiaru stałych czasu relaksacji podłużnej (T1) i poprzecznej (T2), parametrów ilościowego transferu namagnesowania (qMT), współczynników dyfuzji wody za pomocą tensora dyfuzji MRI (DT-MRI) oraz struktury mięśni za pomocą obrazów strukturalnych i FWMRI. T1 mierzy się za pomocą sekwencji odzyskiwania inwersji, w której wektor namagnesowania netto jest odwracany, a jego wielkość jest próbkowana, gdy układ powraca do równowagi. T2 mierzy się poprzez wielokrotne ogniskowanie namagnesowania poprzecznego za pomocą ciągu impulsów ponownego ogniskowania, takich jak metoda Carra-Purcella Meibooma-Gilla (CPMG) i próbkowanie powstałych echa spinowego. Dane T1 i T2 można analizować przy użyciu nieliniowych metod dopasowywania krzywych, które albo zakładają a priori liczbę składników wykładniczych (zwykle od jednego do trzech), albo przy użyciu liniowego podejścia odwrotnego, które dopasowuje obserwowane dane do sumy dużej liczby zanikających wykładników, co daje widmo amplitud sygnału. Takie podejście wymaga nieujemnego rozwiązania metodą najmniejszych kwadratów(NNLS) 3 i zazwyczaj obejmuje dodatkową regularyzację w celu uzyskania stabilnych wyników. Pomiary T1 i T2 są szeroko stosowane do badania chorób mięśni i urazów4-9. Wartości T1 są zwykle obniżone w obszarach mięśni naciekanych tłuszczem i podwyższone w regionach objętych stanem zapalnym4-6; Wartości T2 są podwyższone zarówno w regionach naciekanych tłuszczem, jak i w stanach zapalnych10.
QMT-MRI charakteryzuje pule protonów w tkankach wolnej wody i ciał stałych, szacując stosunek protonów makromolekularnych do wolnych protonów wodnych (stosunek wielkości basenu, PSR); wewnętrzne stopy relaksacji tych basenów; oraz kursy wymiany między nimi. Typowe podejścia qMT obejmują metody nasycenia pulsacyjnego11 i selektywnego odzyskiwania inwersji12,13. Poniższy protokół opisuje zastosowanie podejścia opartego na nasyceniu impulsowym, które wykorzystuje szeroką szerokość linii sygnału makromolekularnego protonu, w stosunku do wąskiej szerokości linii sygnału protonu wodnego. Poprzez nasycenie sygnału makromolekularnego częstotliwościami rezonansowymi wystarczająco różniącymi się od sygnału wodnego, sygnał wodny jest redukowany w wyniku transferu namagnesowania między basenami protonów w wodzie stałej i swobodnej. Dane są analizowane przy użyciu ilościowego modelu biofizycznego. QMT został opracowany i zastosowany w zdrowych mięśniach14,15, a niedawno ukazał się streszczenie opisujący jego zastosowanie w chorobach mięśni16. QMT został wykorzystany do badania małych zwierzęcych modeli zapalenia mięśni, w których wykazano, że stan zapalny zmniejsza PSR17. O ile MT odzwierciedla zarówno zawartość makromolekularną, jak i zawartość wody, dane MT mogą również odzwierciedlać zwłóknienie18,19.
DT-MRI służy do ilościowego określenia dyfuzji anizotropowej cząsteczek wody w tkankach o uporządkowanych, wydłużonych komórkach. W DT-MRI dyfuzja wody jest mierzona w sześciu lub więcej różnych kierunkach; Sygnały te są następnie montowane w modelu tensorowym20. Tensor dyfuzji, D, jest diagonalizowany, aby uzyskać trzy wartości własne (które są trzema głównymi dyfuzyjnościami) i trzy wektory własne (które wskazują kierunki odpowiadające trzem współczynnikom dyfuzji). Te i inne wskaźniki ilościowe pochodzące z D dostarczają informacji o strukturze i orientacji tkanek na poziomie mikroskopowym. Właściwości dyfuzyjne mięśni, zwłaszcza trzecia wartość własna D i stopień anizotropii dyfuzji, odzwierciedlają zapalenie mięśni17 i uszkodzenie mięśni spowodowane urazem eksperymentalnym21, uszkodzeniem przeciążeniowym22 i chorobą23,24. Inne potencjalne czynniki wpływające na właściwości dyfuzyjne mięśni obejmują zmiany średnicy komórek25 i zmiany przepuszczalności błony.
Na koniec, zanik mięśni, bez lub bez makroskopowej infiltracji tłuszczu, jest patologicznym składnikiem wielu chorób mięśni. Zanik mięśni można ocenić za pomocą obrazów strukturalnych do pomiaru pola przekroju poprzecznego lub objętości mięśni oraz FW-MRI do oceny nacieku tłuszczowego. Naciek tłuszczu można jakościowo opisać na obrazach T1 i T 2 zależnych 26, ale sygnały tłuszczu i wody najlepiej mierzyć poprzez tworzenie obrazów, które wykorzystują różne częstotliwości rezonansowe protonów tłuszczu i wody27-29. Ilościowe metody obrazowania tłuszczu/wody zostały zastosowane w chorobach mięśni, takich jak dystrofia mięśniowa1,30,31 i mogą przewidzieć utratę zdolności poruszania się u tych pacjentów31.
Protokół qMRI opisany tutaj wykorzystuje wszystkie te pomiary do scharakteryzowania stanu mięśni w autoimmunologicznych miopatiach zapalnych, zapaleniu skórno-mięśniowym (DM) i zapaleniu wielomięśniowym (PM). Dalsze szczegóły dotyczące protokołu, w tym jego odtwarzalność, zostały opublikowane wcześniej32. Protokół obejmuje standardowe sekwencje impulsów, a także obiekty o częstotliwości radiowej (RF) i gradientzie pola magnetycznego specjalnie zaprogramowane w naszych systemach. Autorzy przewidują, że protokół ma również zastosowanie w innych zaburzeniach nerwowo-mięśniowych charakteryzujących się zanikiem mięśni, stanem zapalnym i naciekaniem tłuszczu (takich jak dystrofie mięśniowe).

<table><tbody><tr><td>System rezonansu magnetycznego 3T człowieka</td><td>Philips Medical Systems (Best, Holandia)</td><td></td><td>Achieva/Intera</td></tr><tr><td>Cewka odbiorcza z fazowaną matrycą serca</td><td>Philips Medical Systems</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poduszki, paski, wałki i inne urządzenia</td><td></td><td></td><td></td>pozycjonujące</tr><tr><td>Komputer z oprogramowaniem MATLAB</td><td>The Mathworks, Inc (Natick, MA)</td><td></td><td>r. 2014</td></tr></tbody></table>

ilościowy rezonans magnetyczny w chorobach mięśni szkieletowych

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

Ilościowe obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (qMRI) opisuje rozwój i wykorzystanie MRI do ilościowego określania fizycznych, chemicznych i/lub biologicznych właściwości żywych systemów. Choroby nerwowo-mięśniowe często wykazują zmienną czasowo, przestrzennie niejednorodną i wieloaspektową patologię. Celem tego protokołu jest scharakteryzowanie tej patologii za pomocą metod qMRI. Protokół akwizycji MRI rozpoczyna się od obrazów lokalizatora (używanych do lokalizowania pozycji ciała i tkanki będącej przedmiotem zainteresowania w systemie MRI), pomiarów kontroli jakości odpowiednich rozkładów pola magnetycznego oraz obrazowania strukturalnego w celu ogólnej charakterystyki anatomicznej. Część protokołu dotycząca qMRI obejmuje pomiary stałych czasu relaksacji podłużnej i poprzecznej (odpowiednio T1 i T2). Pozyskiwane są również dane MRI z tensorem dyfuzji, w których mierzy się dyfuzyjność wody i wykorzystuje do wnioskowania o procesach patologicznych, takich jak obrzęk. Ilościowe obrazowanie transferu magnetyzacji służy do scharakteryzowania względnej zawartości tkanek makromolekularnych i wolnych protonów wodnych. Wreszcie, metody MRI tłuszcz-woda są stosowane do scharakteryzowania wymiany włóknisto-tłuszczowej tkanki mięśniowej. Oprócz opisu procedur pozyskiwania i analizy danych, w niniejszym artykule omówiono również potencjalne problemy związane z tymi metodami, analizą i interpretacją danych, bezpieczeństwem MRI oraz strategiami redukcji artefaktów i optymalizacji protokołów.

Rysunek 1 przedstawia reprezentatywne obrazy anatomiczne w przekroju osiowym, wykonane na wysokości połowy uda pacjenta z zapaleniem wielomięśniowym. Przedstawiono również położenie rzutu w płaszczyźnie objętości shimmingu. Reprezentatywne mapy parametrów dla każdej metody qMRI, wszystkie uzyskane od tego samego pacjenta, znajdują się na rysunkach 2–7.
Rysunki 2A oraz 2B...

Choroby nerwowo-mięśniowe często wykazują zróżnicowaną czasowo, przestrzennie niejednorodną i wieloaspektową patologię. Celem tego protokołu jest scharakteryzowanie tej patologii za pomocą nieinwazyjnych metod obrazowania metodą rezonansu magnetycznego.

Ilościowy rezonans magnetyczny w chorobach mięśni szkieletowych

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest charakterystyka przestrzennie niejednorodnych zmian patologicznych, charakterystycznych dla wielu chorób nerwowo-mięśniowych, przy użyciu nieinwazyjnych metod obrazowania rezonansem magnetycznym. Osiąga się to najpierw poprzez zdefiniowanie protokołu MRI składającego się z jednej lub więcej metod ilościowych. Drugim krokiem jest ułożenie pacjenta w skanerze MRI w taki sposób, aby czuł się on komfortowo i bezpiecznie, ale nie był w stanie wykonywać zbędnych ruchów.Następnie, zgodnie z ustalonym protokołem, pozyskiwane są ilościowe dane MRI. Ostatnim krokiem jest analiza danych w trybie offline przy użyciu platformy obliczeń naukowych. Ostatecznie ilościowe MRI służy do oceny stanu zdrowia mięśni.Zastosowanie tej techniki rozciąga się na terapię chorób mięśni, ponieważ może ona służyć do ustalenia rokowań pacjenta lub monitorowania jego odpowiedzi na leczenie. Protokół został przetestowany specjalnie dla pacjentów z miopatiami zapalnymi, ale może być on stosowany również u innych pacjentów, na przykład u osób z dystrofiami mięśniowymi lub z urazem w postaci naciągnięcia mięśnia. Przygotuj się do tego eksperymentu, konfigurując w pierwszej kolej

quantitative-magnetic-resonance-imaging-of-skeletal-muscle-disease

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Ilościowa Tomografia Rezonansowa Magnetyczna chorób mięśni szkieletu

Dokładna i praktyczna metoda pomiaru parametrów takich jak odkształcenie (strain) w tkance mięśnia sercowego ma dużą wartość kliniczną, ponieważ wykazano, że odkształcenie jest czulszym i wcześniejszym markerem dysfunkcji kurczliwości niż często stosowany parametr EF.

Ocena odkształcenia mięśnia sercowego w rezonansie magnetycznym z wykorzystaniem śledzenia cech (feature tracking)

Opisano model zwierzęcy urazu in vivo. Metoda wykorzystuje podskórne położenie nerwu strzałkowego. Prędkość, czas aktywacji mięśni oraz łuk ruchu są wcześniej określone i zsynchronizowane przy użyciu komercyjnego oprogramowania. Zmiany po urazie są monitorowane in vivo za pomocą obrazowania/spektroskopii MR.

Model gryzoni in vivo w urazie wywołanym przykurczem i nieinwazyjne monitorowanie powrotu do sprawności

Ten film demonstruje ilościowe oznaczanie zawartości sodu w tkankach ludzkich za pomocą rezonansu magnetycznego sodu (23Na-MRI). Dolna część nogi pacjenta jest umieszczana w cewce o częstotliwości radiowej (RF) urządzenia i wykonywana jest trójwymiarowa sekwencja echa gradientowego. Wielojądrowe obrazy MRI są generowane przy użyciu jąder wodoru i sodu w celu ilościowego określenia poziomów sodu w różnych tkankach.

Wykorzystanie rezonansu magnetycznego 23Na do pomiaru sodu w tkankach mięśniowych

To badanie pokazuje udane wprowadzenie obrazowania metodą rezonansu magnetycznego jako nieinwazyjnego narzędzia do oceny nieprawidłowości serca u myszy dotkniętych autoimmunologicznym zapaleniem mięśnia sercowego.  Dane wskazują, że technika ta może być stosowana do monitorowania postępu choroby u żywych zwierząt.

Nieinwazyjna ocena nieprawidłowości serca w eksperymentalnym autoimmunologicznym zapaleniu mięśnia sercowego za pomocą obrazowania za pomocą rezonansu magnetycznego u myszy

Ta praca demonstruje wykonalność techniki spektroskopii rezonansu magnetycznego in vivo fosforu-31 (31PMRS) do ilościowego określenia zdolności mitochondrialnej fosforylacji oksydacyjnej (OXPHOS) w ludzkich mięśniach szkieletowych.

Spektroskopia rezonansu magnetycznego Phosphorus-31: narzędzie do pomiaru zdolności ultrautleniającej fosforylacji mitochondrialnej in vivo w ludzkich mięśniach szkieletowych

Celem tego badania jest przedstawienie najbardziej wiarygodnych miar wyników klinicznych i ich korelacji z ilościowym MRI mięśni u ambulatoryjnych pacjentów z dystrofią mięśniową Duchenne'a.

Pomiary funkcji motorycznych i innych parametrów klinicznych u dzieci ambulatoryjnych z dystrofią mięśniową Duchenne'a

Przedstawiamy szczegółowe protokoły przeprowadzania eksperymentów dyfrakcji rentgenowskiej pod małym kątem przy użyciu nienaruszonych mięśni szkieletowych myszy. Dzięki szerokiej dostępności transgenicznych modeli myszy w chorobach ludzkich, ta eksperymentalna platforma może stanowić użyteczne stanowisko testowe do wyjaśnienia strukturalnych podstaw genetycznych chorób...

Dyfrakcja rentgenowska nienaruszonych mięśni szkieletowych myszy jako narzędzie do badania strukturalnych podstaw choroby mięśni

Tutaj prezentujemy protokół pozyskiwania obrazów rezonansu magnetycznego (MR) mózgów pacjentów ze stwardnieniem rozsianym (SM) przy 7,0 Tesli. Protokół obejmuje przygotowanie konfiguracji, w tym cewek o częstotliwości radiowej, ustandaryzowane procedury wywiadu z pacjentami ze stwardnieniem rozsianym, pozycjonowanie obiektu w skanerze MR i akwizycję danych MR.

Rezonans magnetyczny stwardnienia rozsianego przy 7,0 Tesli

Niniejsze badanie opisuje oparte na decelularyzacji metodologie wizualizacji i ilościowego określania wewnątrzmięśniowej tkanki tłuszczowej (IMAT) poprzez nienaruszoną objętość mięśni, a także ilościowe określanie metryk poszczególnych adipocytów składających się na IMAT.

Kwantyfikacja nacieku tkanki tłuszczowej mięśni szkieletowych na podstawie decelularyzacji

Ten protokół wykorzystuje mikrotomografię komputerową, aby umożliwić ekonomiczną kwantyfikację beztłuszczowej masy, w tym mięśni szkieletowych i tkanki trzewnej, tkanki tłuszczowej i tkanki szkieletowej u małych zwierząt. Rozróżnia tkankę beztłuszczową i tłuszczową, co daje znaczące korzyści w badaniach biomedycznych, szczególnie w badaniach translacyjnych na małych zwierzętach.

Nieinwazyjna kwantyfikacja mięśni szkieletowych u małych zwierząt za pomocą mikrotomografii komputerowej

Miejscowe wstrzyknięcia barwnika mitochondrialnego oznacza końcowe mitochondria komórek Schwanna in vivo do mikroskopii konfokalnej. Ta metoda wykorzystuje dowód koncepcji wykazany w tkance mięśniowej szkieletowej myszy ze zdrową lub chorą tkanką mięśniową, aby zapewnić wysoką rozdzielczość wizualizacji mitochondriów.

Metody in situ ilościowej oceny morfologii mitochondriów w mięśniach i komórkach Schwanna końcowych myszy

Poznaj nieinwazyjną metodę ilościowego rezonansu magnetycznego do oceny chorób mięśni szkieletowych. Technika ta pozwala charakteryzować przestrzenną niejednorodność patologii i monitorować zdrowie mięśni.

Ilościowy rezonans magnetyczny w chorobach mięśni szkieletowych

Przeglądaj więcej filmów