Цель этой работы заключается в том, чтобы описать протокол для создания практических Фантом жир воды, которые могут быть настроены для производства фантомы с различной жира проценты и томов.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Жир воды фантомы для магнитно-резонансной томографии проверки: гибкий и масштабируемый протокол
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Как новые методы разрабатываются для изображения жировой ткани, методы для проверки таких протоколов становятся все более важными. Фантомы, экспериментальный реплики ткани или органа интерес, обеспечивают низкую стоимость, гибкое решение. Однако, без доступа к дорогим и специализированного оборудования, построение стабильной фантомы с высоким жира дроби (например., > 50% долей жира уровнях как те видели в коричневый жировой ткани) может быть затруднено из-за гидрофобная природа липидов. Эта работа представляет подробный, низкая стоимость протокол для создания 5 x 100 мл фантомы с жира фракций 0%, 25%, 50%, 75% и 100%, с использованием основных лабораторных принадлежностей (плита, мензурки, и т.д.) и легко доступных компонентов (дистиллированной воды, агар, водорастворимые ПАВ, бензоат натрия, гадолиний diethylenetriaminepentacetate (DTPA) контраст агент, арахисовое масло и жирорастворимые ПАВ). Протокол был разработан чтобы быть гибкими; Он может использоваться для создания призраки с жира фракций и широкий спектр томов. Фантомы, созданные с помощью этого метода были оценены в технико-сравнить значения долей жира от жира вода магнитно-резонансной томографии целевые показатели в построенных фантомов. Это исследование дало коэффициент корреляции согласование 0,998 (95% доверительный интервал: 0.972-1,00). Таким образом эти исследования продемонстрировать полезность жира фантомы для проверки жировой ткани, методы визуализации по спектру клинически значимых тканей и органов.
Введение
Интерес в количественном определении жировой ткани и содержание триглицеридов, с помощью визуализации формы, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ), распространяется во многих областях. Области исследования включают в себя расследование белого и коричневого жировой ткани складов и внематочной хранения липидов в органах и тканях печени1, поджелудочной железы2и3скелетных мышц. Как разрабатываются эти новые методы для количественного определения жировой, методы необходимы для подтверждения, что тепловизионные параметры действительны для научных исследований и клинического применения.
Фантомы, экспериментальный реплики ткани или органа, предоставляют лоу кост, гибкий и контролируемый инструмент для разработки и проверки тепловизионных методы4. В частности фантомы могут быть построены состоит из жира и воды в соотношении или жира объёмная (FF) сравнима с ткани клинический интерес. Клинически, значения FF в тканях и органах, могут широко меняться: FF в коричневый жировой ткани падает между 29,7% и 93,9%5; средняя печени FF в стеатоз больных-18.1% 9,0 ±6; поджелудочной железы FF в взрослых риску для типа 2 диабет составляет 1,6% и 22,2%7; и в некоторых случаях заболевания заранее, у больных с мышечной дистрофии Дюшенна может иметь значения FF почти 90% в некоторых мышц8.
Потому что неполярных молекул, таких как липиды не растворяются хорошо в растворах, состоящий из полярных молекул, таких как вода, создавая стабильные фантомы с высокой целью FF остается сложным. Для FF до 50%, многие существующие методы могут использоваться для создания жира воды фантомы9,10,,1112. Другие методы, которые достигают более высоких FFs обычно требуют дорогостоящего оборудования, например гомогенизатор или ультразвуковой ячейки disruptor13,14. Хотя эти методы обеспечивают дорожную карту для высоких FF фантомы, оборудование ограничений и различное количество экспериментальных детали ограничить усилия в целях создания воспроизводимых и надежные жира воды фантомы.
Опираясь на эти предыдущие методы, мы разработали метод для создания экономичных и стабильными жира воды фантомы через настраиваемый диапазон FF значения. Этот протокол детали шаги необходимо сделать 5 x 100 мл жира фантомы с FF значения 0%, 25%, 50%, 75% и 100% с помощью одной конфорки. Он может легко настраиваться для создания различных томов (10 до 200 мл) и жира в процентах (0-100%). Эффективность метода Фантом оценивалась в целесообразности исследования сравнения жир вода МРТ FF значения целевые значения FF в построенных фантомов.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
1. подготовить рабочую станцию и материалы
- Придерживаться всех правил безопасности лаборатории. Надевайте защитные очки и перчатки. Читайте Паспорт безопасности материала для каждого из реагентов используются и принять соответствующие меры предосторожности. Обзор материалов и перечень оборудования, процедуры химической обработки и посуда меры предосторожности.
Предупреждение: Этот протокол требует использования плитой при высоких температурах. Осторожность и носить теплостойкие перчатки при взаимодействии с горячей контейнеров и не прикасайтесь к поверхности конфорку. - Очистить рабочую область и очистите поверхность дезинфицирующим средством. Мойте руки и надеть перчатки.
- Простерилизуйте все инструменты и внутри всех стеклянных банок для снижения потенциального риска загрязнения и увеличения продолжительности жизни фантом.
Примечание: Если фантом будет использоваться для более чем несколько дней, периодически очищайте поверхность завершенных phantom с этанолом для предотвращения роста бактерий.
2. Подготовьте водный раствор
- Подготовка рабочей области для водного раствора. Поместите следующие материалы и оборудование на скамейке: окончил цилиндр, 400 мл стакан, перемешать бар, масштаб, 2 x Вес лодки, шпатель, шприцы 2 x 1.0 мл с иглой, дистиллированная вода, гадолиний diethylenetriaminepentacetate (DTPA) контрастного вещества, водорастворимых ПАВ, агар и бензоат натрия.
Примечание: Может использоваться шприцы с иглами или без. Однако с помощью иглы улучшить точность измерения и помочь предотвратить брызги при добавлении содержимого к решениям, воду или масло. - Место перемешать бар в 400 мл стакан. Используйте 100 или 200 мл закончил цилиндров для измерения 300 мл дистиллированной воды и налейте в стакан воды. Поместите стакан на конфорку и установлены на 90 ° C со скоростью перемешать 100 об/мин.
Примечание: Высокие температуры используются в этом протоколе для достижения быстрых результатов. Потому что решения не остались на конфорку для длительных периодов времени, температура застывания для конфорку не отражает температуру раствора. - Используйте калиброванный шкалу для измерения 0.30 g бензоат натрия в лодку весят. Добавьте бензоат натрия в водный раствор.
- Используйте шприц для измерения 0,6 мл водорастворимых ПАВ. Убедитесь, что нет пузырьков воздуха. Удерживая иглу в несколько миллиметров над центром решения и медленно релиз водорастворимых ПАВ избежать брызги на стенках стакана.
- Использование чистой шприц, мера 0.24 мл гадолиний DTPA контрастного вещества. Добавьте его в стакан, используя ту же технику, как в шаге 2.4.
Примечание: Гадолиний-DTPA используется для регулировки Фантом МРТ релаксации свойства совпадают ткани интерес. Читатель может регулировать громкость добавлен гадолиний DTPA лучше соответствовать релаксации свойства ткани интерес. - Мера 9.0 g агар в лодку весят. Медленно ложка агар с помощью шпателя в стакан с водой.
- После того, как все был добавлен в водном растворе, увеличить плитой температуру до 350 ° C и перемешать бар скорость до 1100 об/мин за 5-10 мин для плавления агара.
- Чтобы проверить, если расплавленный агар, кратко удалить водный раствор из конфорку, остановить перемешивание и проверьте цвет раствора. Расплавленный агар должна быть ясно (не растяжки или сгустки) и желтого или янтарный цвет.
- После того, как агар полностью расплавится, использовать шприц или налить около 3,5 мл водного раствора в маленький пузырек. Если тестовое решение не задано или отделяет после 5-10 мин, агар не растаял. Увеличить температуру плита обратно до 350 ° C и по-прежнему Отопление решение.
- Повторите шаг 2.8 до водного раствора в наборы тестов флакон должным образом.
- Водный раствор оставьте на конфорку при 50 ° C и 100 об/мин. Очистить рабочее пространство и подготовить для масляного раствора.
- Удалите следующие материалы из скамейке: масштаб, 2 x лодки весят, шпатель, шприцы 2 x 1.0 мл с иглой (используется), дистиллированная вода, гадолиний DTPA контрастного вещества, водорастворимых ПАВ, агар и бензоат натрия.
- Поместите следующие материалы и оборудование на скамейке: 400 мл стакан (чистый), перемешать бар (чистый), 2,0 мл шприц с иглой, арахисовое масло и жирорастворимые ПАВ.
3. масляный раствор
- Место нового бара переполох в стакан чистой 400 мл. Используйте мерный цилиндр для измерения 300 мл арахисовое масло и залить в стакан. Снимите стакан, содержащая водный раствор и поместите стакан раствор нефти на конфорку. Значение 90 ° C со скоростью перемешать 100 об/мин за 1 мин.
Примечание: арахисовое масло используется потому, что он имеет аналогичный спектр ядерно-магнитного резонанса по сравнению с триглицеридов в жировых тканях человека15.- Не оставляйте масло на конфорку без присмотра. Если масло становится слишком жарко и начинает курить, удалить его из конфорку и снизить температуру до возвращения на нефть в конфорку.
- Мера 3,0 мл жирорастворимые сурфактанта с чистой шприца. Используя тот же метод, описанный в шаге 2.4, добавьте жирорастворимые сурфактанта в стакан. Установите конфорку до 150 ° C и 1100 об/мин за 5 мин полностью смешать раствор нефти.
- Возьмите масляного раствора с плитой и очистить область в рамках подготовки к созданию фантом.
- Удалите следующие материалы из скамейке: 2.0 мл шприц с иглой (используется), арахисовое масло и жирорастворимые ПАВ.
- Поместите следующие материалы и оборудование на скамейке: 250 мл колбу Эрленмейера, перемешать бар (чистые), объемные дозаторы, Объемный дозатор держателя и 5 х 120 мл стеклянных банок.
4. создание фантома эмульсии
- Готовят объемные дозаторы для решения нефти и воды. Пипетки и должен использоваться только с их соответствующие решения для предотвращения перекрестного загрязнения.
- Совпадает с размером пипетки на том используется в протоколе. Например используйте объемные дозаторы 2 x 50 мл (50 мл водного раствора + 50 мл масляного раствора) для создания 100 мл Фантом с целевым FF 50% жира.
- Поместите водный раствор на конфорку и задайте конфорку до 300 ° C и 1100 об/мин. После 4-5 мин выключите мешалки.
- С помощью объемных дозаторов, проверьте, если водный раствор готов для извлечения частично заполнив пипеткой с небольшим количеством (5-10 мл) раствора и выпускать обратно в стакан. Если водный раствор можно легко снять и освобожден без чрезмерного остатки в пипетку, переходите к следующему шагу, в противном случае, оставить его на конфорку и снова проверьте в 2-3 мин.
Примечание: Компоненты водного раствора более восприимчивы к установке и разделения, поэтому лучше держать водного раствора перемешивание и/или теплый как можно чаще. Если водного раствора не разогретую и перемешивают до передачи, это будет очень трудно измерить точные объемы из-за тенденции агар для замерзать при охлаждении. - Тщательно добавьте панель чистой размешать в 250 мл колбу Эрленмейера. Взять водный раствор от конфорку, измерить надлежащий объем (Таблица 2) и передача его в колбу Эрленмейера.
- Поместите раствор нефти на конфорку и установите на 90 ° C и 1100 об/мин чтобы убедиться, что решение является однородной. После 1-2 мин удалить раствор нефти из конфорку и заменить его на колбу Эрленмейера.
- Мера правильное количество масляного раствора (Таблица 2) и медленно добавить в раствор воды в колбу Эрленмейера.
- После добавления всех масляного раствора, повышение температуры до 300 ° C и поддерживать перемешивания на 1100 об/мин. Перемешайте Объединенные решения для 4-5 мин (должно быть вихрь из бара перемешать). Эмульсии должно быть белым, с кремовой текстурой.
- Для удаления панели перемешать используйте ретривер бар магнитные перемешать.
Примечание: Перемешать бар ретривер должен использоваться для удаления перемешать баров от всех будущих эмульсии. Тщательно очистите его между каждым использованием. - Используйте термостойкие перчатки для Осторожно вылейте смесь в колбу Эрленмейера в стеклянную банку чистой 120 мл. Медленно Вылейте смесь вниз стороне стеклянную банку для предотвращения пузырей в смеси, как он охлаждается.
- Очистить колбу Эрленмейера и бар перемешать, а затем повторите шаги 4.2-4.8, регулируя количество воды и нефти решений, пока не будут созданы все призраки.
Примечание: Убедитесь, что стекло является прохладно перед чисткой.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Если водный раствор был подготовлен правильно, небольшое количество раствора следует быстро замерзать во флаконе тест (Рисунок 1, слева). Если решение отделяет (рис. 1, справа), решения должны быть готовы снова (как описано в шаге 3.8 протокола). Если эмульсия отделяет (примеры в Рисунок 2, левой и правой), Фантом не является жизнеспособным и должен ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Мы описываем надежный метод для создания фантомы жира вода подходит для проверки медицинские методы обработки изображений, используемые для количественного определения содержания жировой ткани и триглицеридов в vivo. Путем создания двух резервуаров (один для решения нефти) и один для водного раствора, стабильные фантомы с различными значениями FF – включая значения, превышающие 50% – были построены без необходимости дорогостоящего оборудования. Высокая фантомы FF (> 50%) обеспечивают средство для обеспечения виз...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Финансовая поддержка для этого исследования была предоставлена национальных институтов здравоохранения (НИЗ) и национального института диабета и пищеварительной заболеваний почек (NIDDK) / низ R01-ДК-105371. Мы благодарим д-р Houchun (Гарри) Ху за советы и предложения на создание фантома жира воды.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Дистиллированная вода | Амазонка | B000P9BY38 | Основа водного раствора |
| Agar | Sigma Aldrich Incorporated | A1296-100G | Желирующий агент |
| Водорастворимое поверхностно-активное вещество | Sigma Aldrich Incorporated | P1379-500ML | Поверхностно-активное вещество/эмульгатор |
| Gadolinium-DTPA Контрастное вещество | Bayer Healthcare | 50419-0188-01 | Магнитно-резонансная томография Контрастное вещество. |
| Бензоат натрия | Sigma Aldrich Incorporated | 71300-250G Консервант | |
| Арахисовое масло | Амазонка | 54782-LOU | Основа масляного раствора |
| Маслорастворимое поверхностно-активное вещество | Sigma Aldrich Incorporated | S6760-250ML | Поверхностно-активное вещество/эмульгатор |
| Горячая плита с мешалкой | Fisher Scientific | 07-770-152 | |
| Батончики для перемешивания (в форме яйца) | Sigma Aldrich Incorporated | Z127116-1EA | |
| 400 мл стакан | Sigma Aldrich Incorporated | CLS1003400-48EA | |
| 250 мл Колба Эрленмейера | Sigma Aldrich Incorporated | CLS4450250-6EA | |
| 25 мл стеклянная объемная пипетка | Fisher Scientific | 13-650-2P | количество = 2 |
| 50 мл стеклянная объемная пипетка | Fisher Scientific | 13-650-2S | Количество = 2 |
| 75 мл стеклянная объемная пипетка | Fisher Scientific | 13-650-2T | Количество = 2 |
| 3,0 мл Шприц | Sigma Aldrich Incorporated | Z248002-1PAK | |
| 1,0 мл Шприц | Sigma Aldrich Incorporated | Z230723-1PAK | |
| Шпатель | Sigma Aldrich Incorporated | S3897-1EA | |
| Scale (разрешение 100 г x 0,01 г) | Amazon | AWS-100-BLK | |
| Весовые лодки | Sigma Aldrich Incorporated | Z740499-500EA | |
| 120 мл стеклянные банки | McMaster Carr Supply Co | 3801T73 | |
| Термостойкие перчатки (пара) | B075GX43MN | ||
| иглы для шприцев | Sigma Aldrich Incorporated | Z192341-100EA | |
| 18" мешалка для перемешивания | Fisher Научный | 14-513-70 | |
| Флакон из прозрачного стекла 1 драма | Fisher Scientific | 03-339-25B |
Ссылки
- Franz, D., et al. Association of proton density fat fraction in adipose tissue with imaging-based and anthropometric obesity markers in adults. Int J Obes. , 1-8 (2017).
- Chai, J., et al. MRI chemical shift imaging of the fat content of the pancreas and liver of patients with type 2 diabetes mellitus. Exp Ther Med. 11 (2), 476-480 (2016).
- Hogrel, J. Y., et al. NMR imaging estimates of muscle volume and intramuscular fat infiltration in the thigh: variations with muscle, gender, and age. Age (Omaha). 37 (3), 1-11 (2015).
- Hoskins, P. R. Simulation and Validation of Arterial Ultrasound Imaging and Blood Flow. Ultrasound Med Biol. 34 (5), 693-717 (2008).
- Hu, H. H., Perkins, T. G., Chia, J. M., Gilsanz, V. Characterization of human brown adipose tissue by chemical-shift water-fat MRI. Am J Roentgenol. 200 (1), 177-183 (2013).
- d'Assignies, G., et al. Noninvasive quantitation of human liver steatosis using magnetic resonance and bioassay methods. Eur Radiol. 19 (8), 2033-2040 (2009).
- Schwenzer, N. F., et al. Quantification of pancreatic lipomatosis and liver steatosis by MRI: comparison of in/opposed-phase and spectral-spatial excitation techniques. Invest Radiol. 43 (5), 330-337 (2008).
- Wokke, B. H., et al. Quantitative MRI and strength measurements in the assessment of muscle quality in Duchenne muscular dystrophy. Neuromuscul Disord. 24 (5), 409-416 (2014).
- Fischer, M. A., et al. Liver Fat Quantification by Dual-echo MR Imaging Outperforms Traditional Histopathological Analysis. Acad Radiol. 19 (10), 1208-1214 (2012).
- Hayashi, T., et al. Influence of Gd-EOB-DTPA on proton density fat fraction using the six-echo Dixon method in 3 Tesla magnetic resonance imaging. Radiol Phys Technol. , (2017).
- Hines, C. D. G., Yu, H., Shimakawa, A., McKenzie, C. A., Brittain, J. H., Reeder, S. B. T1 independent, T2* corrected MRI with accurate spectral modeling for quantification of fat: Validation in a fat-water-SPIO phantom. J Magn Reson Imaging. 30 (5), 1215-1222 (2009).
- Fukuzawa, K., et al. Evaluation of six-point modified dixon and magnetic resonance spectroscopy for fat quantification: a fat-water-iron phantom study. Radiol Phys Technol. , 1-10 (2017).
- Bernard, C. P., Liney, G. P., Manton, D. J., Turnbull, L. W., Langton, C. M. Comparison of fat quantification methods: A phantom study at 3.0T. J Magn Reson Imaging. , (2008).
- Poon, C., Szumowski, J., Plewes, D., Ashby, P., Henkelman, R. M. Fat/Water Quantitation and Differential Relaxation Time Measurement Using Chemical Shift Imagin Technique. Magn Reson Imaging. 7 (4), 369-382 (1989).
- Yu, H., Shimakawa, A., Mckenzie, C. a, Brodsky, E., Brittain, J. H., Reeder, S. B. Multi-Echo Water-Fat Separation and Simultaneous R2* Estimation with Multi-Frequency Fat Spectrum Modeling. Spectrum. 60 (5), 1122-1134 (2011).
- Peri, C. The extra-virgin olive oil handbook. , John Wiley & Sons, Ltd. Chichester, UK. (2014).
- Kell, G. S. Density, Thermal Expansivity, and Compressibility of Liquid Water from 0° to 150°C: Correlations and Tables for Atmospheric Pressure and Saturation Reviewed and Expressed on 1968 Temperature Scale. J Chem Eng Data. 20 (1), 97-105 (1975).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
