Lepkosprężysta charakterystyka fantomów żelatynowych naśladujących tkanki miękkie przy użyciu elastografii wgłębień i rezonansu magnetycznego

Protokół ten umożliwia przygotowanie funkcji żelu naśladujących tkanki w metodach charakterystyki biomechanicznej ex vivo i in vivo, które mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia i znalezienia nowych biomarkerów dla tkanek Wgłębienie może mierzyć małe próbki tkanek i jest łatwe do przeprowadzenia, podczas gdy tę samą próbkę można przetestować za pomocą MRE, zapewniając bezpośrednie oszacowanie scenariuszy badań in vivo. Metoda ta może dostarczyć informacji na temat lepkosprężystych, zależnych od częstotliwości właściwości mechanicznych miękkich próbek biologicznych, takich jak mózg, wątroba, tkanki nowotworowe i tak dalej. Podobne właściwości innych fantomów próbek można również zmierzyć.

Zacznij od zmieszania żelatyny w proszku z wodą, aby uzyskać roztwór żelatyny. Podgrzej roztwór żelatyny do 60 stopni Celsjusza w łaźni wodnej i dodaj glicerol do roztworu, utrzymując temperaturę. Wymieszaj roztwór i ponownie podgrzej go do 60 stopni Celsjusza.

Wlej zmieszany roztwór do pojemnika, który będzie używany do testów MRE i wgnieceń. Schłodzić roztwór do temperatury pokojowej i poczekać, aż roztwór stężeje. Umieść fantom żelatyny w cewce głowicy.

Następnie umieść płytkę wibracyjną na fantomie żelatyny. Upewnij się, że kontakt między fantomem a płytą wibracyjną jest mocny. Umieść gąbki i worki z piaskiem wokół fantomu żelatynowego, aby upewnić się, że fantom jest mocno osadzony.

Zamontuj siłownik elektromagnetyczny na cewce głowicy i podłącz belkę transmisyjną do płyty wibracyjnej. Połącz przewody zasilające siłownika ze wzmacniaczem, a następnie połącz przewody sterujące ze sterownikiem. Ustaw kształt fali, częstotliwość drgań i amplitudę w generatorze funkcji.

Ustaw żądaną amplitudę drgań, regulując moc amplifier. Następnie ustaw generator funkcji tak, aby działał w trybie wyzwalania. Podłącz przewód spustowy do zewnętrznego portu wyzwalającego urządzenia do rezonansu magnetycznego.

Ustaw częstotliwość skanowania MRE taką samą jak z generatora funkcji, tak aby gradient kodowania ruchu był zsynchronizowany z ruchem płyty wibracyjnej. Następnie ustaw kąt odwrócenia na 30 stopni, TR i TE na 50 i 31 milisekund, pole widzenia na 300 milimetrów, grubość warstwy na pięć milimetrów i rozmiar woksela na 2,34 na 2,34 milimetra kwadratowego. Zmierz obrazy fazowe w czterech punktach czasowych w jednym cyklu sinusoidalnym.

Zastosuj zarówno dodatni, jak i ujemny ruch i gradienty kodowania w każdym punkcie czasowym. Na podstawie uzyskanego obrazu fazy usuń fazę tła, odejmując dodatnie i ujemne zakodowane obrazy fazy. Rozpakuj fazę za pomocą algorytmu opartego na sortowaniu niezawodności.

Wyodrębnij główne składowe ruchu, stosując szybką transformację Fouriera do nieopakowanych obrazów fazowych. Przefiltruj obraz fazowy za pomocą cyfrowego filtra pasmowo-przepustowego i oszacuj moduł ścinania za pomocą algorytmu bezpośredniej inwersji 2D, aby uzyskać moduł pamięci G-prime i moduł strat G-double prime. Użyj okrągłego stempla, aby przyciąć fantom żelatyny do cylindrycznej próbki i użyj ostrza chirurgicznego, aby przyciąć go do próbki prostopadłościanu.

Przyciąć powierzchnię próbki ostrym ostrzem, aby była jak najbardziej gładka do wgłębienia. Włącz zasilanie twardościomierza i kliknij przycisk Back Off w graficznym interfejsie użytkownika, aby zainicjować proces kalibracji. Odczytaj wartość z czujnika laserowego i wpisz wartość w polu BaseLine.

Umieść szkiełko podstawowe na przegrodzie i zapisz wartość pokazaną przez czujnik laserowy. Następnie umieść próbkę na szkiełku podstawowym i umieść je razem na płycie przegrody. Odczytaj wartość z czujnika laserowego i wpisz ją w polu Sample Slide (Przykładowy slajd).

Różnica między tymi dwiema wartościami to grubość próbki w obszarze zainteresowania. Ostrożnie umieść próbkę wraz z leżącym pod spodem szkiełkiem tuż pod wgłębnikiem, a następnie kliknij przycisk Kontakt, aby zainicjować automatyczny kontakt między wgłębnikiem a powierzchnią próbki. Na podstawie zmierzonej grubości próbki oszacuj przemieszczenie wgłębienia, mnożąc grubość przez wcięte odkształcenie testowe.

Wpisz wartości przemieszczenia w polu Przemieszczenie. Ustaw czas relaksacji na 180 sekund w polu Czas zatrzymania i kliknij przycisk Wcięcie. Przemieszczenie i siła reakcji podczas procedury ramp/hold zostaną automatycznie zarejestrowane i zapisane w pliku w określonej ścieżce pliku.

Obrazy rozchodzenia się fal dla dwóch fantomów żelatynowych o częstotliwości 40 i 50 Hz są pokazane tutaj. Cztery fazy odpowiadają czterem punktom czasowym w jednym cyklu sinusoidalnym. Właściwości lepkosprężyste mierzone na podstawie eksperymentów MRE i wgłębień przedstawiono tutaj.

Reprezentatywne obrazy przedstawiają typowe szacowane mapy G-prime i G-double prime w zakresie 40 i 50 herców dla dwóch fantomów żelatynowych z MRE. Poniżej przedstawiono średnią i odchylenie standardowe wartości G-zero i G-nieskończoności dla dwóch fantomów z sześciu powtórzonych testów wgłębień. Obrazy graficzne pokazane na ekranie reprezentują średnią i odchylenie standardowe wartości G-prime i G-double prime przy 40 i 50 hercach dla dwóch fantomów z sześciu powtórzonych testów MRE.

Symbol gwiazdki oznacza znaczącą różnicę. Próbując wykonać tę procedurę, upewnij się, że płyta wibracyjna jest mocno dociśnięta do fantomu i nie należy jej nadmiernie naciskać. Podczas obróbki próbki upewnij się, że powierzchnia jest tak płaska, jak to możliwe.

Technika ta toruje drogę do badania właściwości biomechanicznych związanych z badaniami patologicznymi oraz opracowywania biomarkerów opartych na biomechanice do diagnozowania i prognozowania chorób.