Izvedljivost kvantitativnega kartiranja občutljivosti (QSM) človeške ledvice
Mar 14, 2022
Za več informacij:ali.ma@wecistanche.com
Eric Bechler1 · Julia Stabinska1 · Thomas Thiel1 · Jonas Jasse1 · Romans Zukovs2 · Birte Valentin1 · Hans‑Jörg Wittsack1 · Alexandra Ljimani1
Povzetek
Cilj Oceniti izvedljivost in vivokvantitativno kartiranje občutljivosti(QSM) človekaledvica.
Metode Aksialno 3D večodmevno zaporedje z enim zadrževanjem vdiha (čas pridobitve 33 s) je bilo dokončano na skenerju 3 T-MRI (Magnetom Prisma, Siemens Healthineers, Erlangen, Nemčija) pri 19 zdravih prostovoljcih. Izvedeno je bilo odvijanje na podlagi izreza grafa v kombinaciji s pristopom T2*-IDEAL, da se odstrani kemični premik maščobe in kvantificira QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti)zgornjega dela trebuha. Povprečne vrednosti občutljivosti celotne ledvične skorje in medule pri obehledvicein jetra so določili in primerjali. Pet oseb je bilo izmerjenih dvakrat, da bi preverili ponovljivost. En bolnik s hudoledvičnafibrozo je bil vključen v študijo za oceno možnega kliničnega pomena QSM.
Rezultati QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) je bil uspešen pri 17 prostovoljcih in bolnikih z ledvično fibrozo. Anatomske strukture v trebuhu so bile jasno razločljive s QSM in vrednosti občutljivosti, dobljene v jetrih, so bile primerljive s tistimi iz literature. Rezultati so pokazali dobro ponovljivost. Poleg tega povprečjeledvičnaVrednosti QSM, dobljene pri zdravih prostovoljcih ({{0}}.04±0,07 ppm za desno in − 0,06±0,19 ppm za levoledvica) so bile bistveno višje od tiste, izmerjene pri preiskovanem fibrotikuledvica(− {{0}},43±− 0,02 ppm).
Zaključek QSM človekaledvicabi lahko bil obetaven pristop za oceno informacij o mikroskopski strukturi ledvičnega tkiva. Zato bi lahko dodatno izboljšal funkcionalno slikanje z MR ledvic.
Ključne besede Kvantitativno kartiranje občutljivosti · ledvičnaMRI · Funkcionalno slikanje ledvic
Uvod
V zadnjih letih se povečuje zanimanje za funkcionalneledvičnaMRI. Več prejšnjih študij je pokazalo velik potencial biomarkerjev MRI za karakterizacijo različnih patoloških procesov, ki sodelujejo pri napredovanjukronična ledvična bolezen(CKD) [1–3]. Histološki znak kronične ledvične bolezni in glavni vzrok progresivne izgube ledvične funkcije pri ledvični intersticijski fibrozi. Zato je stopnja intersticijske fibroze v ledvičnem tkivu pomemben pokazatelj pri določanju reverzibilnostipoškodbe ledvic. Do zdaj je edino zanesljivo klinično orodje za oceno stopnje tubulointersticijske fibroze biopsija ledvic. Ker je ta diagnostični postopek invaziven, oslabljen zaradi pristranskosti vzorčenja in ni poljubno ponovljiv [4, 5], je zelo zaželen neinvazivni način slikanja, ki lahko natančno oceni stopnjo ledvične intersticijske fibroze.
Kvantitativno kartiranje občutljivosti(QSM) je nova tehnika MRI, ki uporablja fazne slike za ustvarjanje visokega strukturnega kontrasta in kvantitativnih informacij o magnetni občutljivosti tkiva [6–9]. V prejšnjih študijah je QSM občutljiv na spremembe mikrostrukture ali kemične sestave tkiva [10–12] in je zato obetaven, neinvaziven pristop za ocenoledvičnaintersticijska fibroza [13]
Doslej se je QSM večinoma uporabljal za merjenje patoloških usedlin v bazalnih ganglijih pri različnih nevroloških boleznih ali kot slikovni biomarker preobremenitve jeter z železom [14–17]. Novejše študije na živalskih modelih so raziskale potencial QSM za ocenjevanjeledvičnamikrostruktura [13, 18, 19]. Zlasti Xie et al. [13] so pokazali občutljivost QSM pri odkrivanju patologije, ki jo povzroča vnetje ledvic in fibroza pri miših. Vendar, kolikor nam je znano, ni bila izvedena nobena ustrezna študija in vivo, ki bi določila občutljivost pri h.človeška ledvica.
Abdominalni QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) velja za tehnično zahtevno. Prvič, dihalno gibanje zgornjih trebušnih organov vodi do omejenega strukturnega kontrasta in podcenjenih vrednosti občutljivosti [17]. Drugič, prisotnost trebušne maščobe negativno vpliva na oceno zemljevida polja B0, kar je kritičen korak v algoritmu QSM [17, 20]. Tretjič, velike razlike v občutljivosti okoli vmesnikov zrak-tkivo povzročajo hude artefakte prog in s tem napačne zemljevide QSM [21]. Poleg tega, kot je prikazano v prejšnji preliminarni simulacijski študiji naše študijske skupine [22], na natančnost karte abdominalne občutljivosti močno vpliva korak fazne obdelave, vključno z odvijanjem in odstranitvijo polja v ozadju.
Namen tega dela je bil oceniti izvedljivost izvajanja in vivo QSM začloveška ledvicana kliničnem sistemu MRI. V ta namen optimiziran protokol zajema MRI in QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) cevovod za obdelavo je bil uporabljen za pridobitev zemljevidov QSM ledvic.
Kliknite zaCistanche para que sirve za zdravljenje bolezni ledvic
Metode
Preučevana populacija
Študijo je odobril lokalni odbor za etiko, vsi subjekti pa so pridobili pisno informirano soglasje.
Devetnajst zdravih prostovoljcev (povprečna starost 28,1±12,9 let) brez anamnezeledvicabolezen ali katero koli znano sistemsko bolezen, ki bi lahko vključevala ledvice, sodelovali v študiji. Pet oseb je bilo izmerjenih dvakrat s časovnim intervalom 10 minut med meritvami in ponovnim pozicioniranjem v MRI, da se oceni ponovljivost.
Poleg tega je 78-letni moški bolnik s hudoledvicafibroza zaradi dolge anamnezeledvičnainsuficienco (CKD V (eGFR<15 ml/min/1.73="" m2="" )="" for="" 25="" years,="" state="" after="" kidney="" transplantation="" 20="" years="" ago,="" chronic="" graft="" failure="" and="" dialysis="" for="" the="" last="" 5="" years)="" was="" exemplarily="" included="" in="" the="" study="" to="" evaluate="" the="" potential="" clinical="" relevance="" of=""> (kvantitativno kartiranje občutljivosti).
Pred pregledom niso bile izvedene posebne priprave [1].
Zbiranje podatkov
Zajem podatkov je bil izveden na 3 T skenerju (Magnetom Prisma, Siemens AG, Healthineers, Erlangen, Nemčija) z uporabo 32-kanalne hrbtenične tuljave v kombinaciji s 30-kanalno tuljavo za telo. Za pridobitev anatomskih slik je bilo uporabljeno pol-Fourierjevo zaporedje turbo spin-echo (HASTE) v vseh treh slikovnih oseh (aksialni, koronalni in sagitalni). Te anatomske slike so bile uporabljene za postavitev FOV za naslednji QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) zaporedje. FOV je bil postavljen centralno vledvice(Slika 1).
Podatki QSM so bili pridobljeni z uporabo aksialnega 3D večodmevnega gradientnega zaporedja odmevov z zadrževanjem diha z naslednjimi parametri: število odmevov=4; TE1/ΔTE/TR=3.1/3.7/17 ms; kot obračanja=15 stopinj ; pridobitvena matrika=256×192 × 26; velikost voksla=1.64 × 1,64 × 3 mm3; pasovna širina=1775 Hz/piksel; rezino in fazno Fourierjevo kodiranje=6/8; faktor pospeška vzporednega slikanja=2; čas pridobivanja 33 s. Nastavitve zaledvičnaQSM pridobivanje je bilo določeno v predhodnih testih za doseganje optimalne kakovosti slike v najkrajšem možnem času zajemanja.
Kakovost zadrževanja diha med pridobivanjem QSM je bila preverjena z vizualnim nadzorom z vgrajeno kamero za opazovanje bolnika. Poleg tega sta dva izkušena radiologa pri slikanju trebuha (AL 10 let, BV 4 leta) pred naknadno obdelavo preverila kakovost pridobljenih podatkov. V primeru pomembnih artefaktov gibanja v podatkih QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) pridobitev je bila takoj ponovljena ali izključena iz nadaljnje analize, če ponovitev ni uspela.
Slika 1 Primer postavitve FOV zaledvičnaPridobitev QSM. FOV je bil postavljen v središčeledviceda zagotovimo enotne pogoje slikanja
Naknadna obdelava
Diagram poteka na sliki 2 prikazuje korake rekonstrukcije, ki so bili izvedeni za ocenoledvicaZemljevidi QSM. Vsi izračuni so bili izvedeni z uporabo MATLAB (R2018a; The MathWorks, Inc., Natick, MA).
V prvem koraku so bili podatki zapolnjeni z ničlo, kar je privedlo do velikosti voksela 0.8×0.8 × 2.25 mm3. Naknadna obdelava za QSM je bila prvotno optimizirana za slikanje možganov, kjer je prispevek maščobe k signalu MRI minimalen [20]. Vendar aplikacije zunaj možganov, zlasti v trebuhu, zahtevajo učinkovito odstranjevanje maščobe, da se izognemo pristranskosti kvantifikacije na zemljevidih občutljivosti. V tej študiji je bil nezaželen učinek kemičnega premika med vodo in maščobo odpravljen z metodo, imenovano Sočasno odvijanje faze in odstranitev kemičnega premika (SPURS) [20]. SPURS uporablja odvijanje, ki temelji na izrezu grafa, da odpravi fazne ovitke v faznih podatkih z ničlo. Nadalje je bil uporabljen pristop T2*-IDEAL [23] za izračun nastalih zemljevidov polja s korekcijo maščobe, ki so bili uporabljeni kot vhodni podatki za odstranitev polja v ozadju.
V tej študiji so bile maske celotnega trebuha samodejno ustvarjene na aksialnih slikah (Brain Surface Extractor (BSE) iz BrainSuite, različica 18a, Univerza v Kaliforniji) iz podatkov o magnitudi z ničlo, da se odstrani nezaželen zrak zunaj trebuha. Po vizualni kontroli kakovosti segmentacije smo z generiranimi maskami odstranili polje ozadja s pomočjo algoritma Laplacian boundary value (LBV) [24], ki je del orodjarne MEDI [25].
V zadnjem koraku je bil napačno postavljen inverzni problem rešen z zmanjšanjem črtastega artefakta za QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) (STAR-QSM) [26] iz zbirke STI-Suite [9], ki ima za posledico zemljevide občutljivosti. Tako LBV kot STAR-QSM sta bila zagnana s privzetimi nastavitvami.
S programsko opremo ITK-SNAP (različica 3.8.0, Univerza v Pensilvaniji) smo ročno izrisali interesne regije (ROI) v paravertebralnem mišičnem tkivu (336 slikovnih pik), jetrih (900 slikovnih pik), celotnemledvica(5533±1792 slikovnih pik in 4756±1142 slikovnih pik za levo in desnoledvice),ledvičnakorteks (1260±279 slikovnih pik oziroma 1245±265 slikovnih pik za levo oziroma desno ledvico) in ledvično sredico (993±293 slikovnih pik oziroma 962±392 slikovnih pik za levo oziroma desno ledvico) (slika 3). Vse ROI so bile narisane na treh zaporednih rezinah, povprečna občutljivost in standardna deviacija (SD) pa sta bila izračunana za vsak organ in subjekt. Paravertebralno mišično tkivo je bilo uporabljeno kot referenca za kvantifikacijo QSM v trenutni študiji, da se zagotovi doslednost vrednosti občutljivosti (dopolnilni material, tabela S1) [27].
Slika 2 Diagram poteka, ki prikazuje korake rekonstrukcije in izračun zemljevidov občutljivosti. Izhodišče rekonstrukcije so podatki o magnitudi in fazi z ničlo. Hkratno odvijanje faze in odstranjevanje kemičnega premika (SPURS) je bilo uporabljeno za fazne podatke z ničlo, da se odstranijo učinki kemičnega premika med vodo in maščobo. Nadalje je bil uporabljen pristop T2*-IDEAL za izračun nastalih zemljevidov polja s korekcijo maščobe (faza brez ovoja). Maske celotnega trebuha so bile samodejno ustvarjene iz podatkov o magnitudi z ničlo za odstranitev polja ozadja s pomočjo algoritma Laplacian boundary value (LBV). V zadnjem koraku je bil napačno postavljen inverzni problem rešen z zmanjšanjem črtastega artefakta za QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) (STAR-QSM) iz zbirke STI-Suite, ki ima za posledico zemljevide občutljivosti.
Preučiti, ali učinki globalne naknadne obdelave vplivajo na izračunani QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) vrednosti, npr. nelokalne napake zaradi nezanesljive ocene polja v ROI, vrednosti QSM v jetrih so bile določene in primerjane z razpoložljivimi literaturnimi vrednostmi.
Poleg tega je natančnost odstranjevanja zunanjega zraka pomemben korak za kvantifikacijo QSM. Da bi ocenili vpliv kakovosti definicije maske na vrednosti QSM, je bila definicija maske spremenjena pri enem zdravem subjektu. Tako so bile za nabor podatkov uporabljene štiri različne maske (brez zraka zunaj trebuha, ki vsebujejo majhno in veliko količino zunanjega zraka ter vsebujejo celotno območje slike) in vrednosti občutljivosti desneledvicaprimerjali.
Slika 3 Primer postavitve ROI. Magnitudna slika trebuha z vzorčnimi zanimivimi regijami (ROI), narisanimi v paravertebralnem mišičnem tkivu (336 slikovnih pik), jetrih (900 slikovnih pik), celotni ledvici (5533±1792 slikovnih pik oziroma 4756±1142 slikovnih pik za levo oziroma desno ledvico ),ledvičnakorteks (1260±279 slikovnih pik in 1245±265 slikovnih pik za levo in desnoledvice) in ledvične sredice (993 ± 293 slikovnih pik oziroma 962 ± 392 slikovnih pik za levo oziroma desno ledvico)
Statistična analiza
Vrednosti občutljivosti leve in desneledvica, kot tudi skorja in medula v obeh ledvicah zdrave kontrolne skupine je bila povprečena za vse subjekte in primerjana s povprečjem in SD v desni fibrotični ledvici, da bi ocenili primer potencialnega kliničnega pomena QSM.
Poleg tega je bil Wilcoxonov test uporabljen za primerjavo rezultatov QSM leve in desne ledvice terledvičnakorteks in medula. Poleg tega je Pearsonova korelacija medledvicain občutljivost jeter je bila izračunana za zdravo kontrolno skupino.
Rezultati
Dva zdrava subjekta sta bila izključena iz nadaljnje analize zaradi resnih artefaktov na meji med pljuči in okoliškim tkivom (slika 4e).
QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) je bila uspešno kvantificirana pri 17 preostalih zdravih prostovoljcih in bolniku zledvičnafibroza (dodatno gradivo, slike S1–S3). Parenhimatozni zgornji trebušni organi, kot so jetra in ledvice, so bili v teh zbirkah podatkov jasno razločljivi (slika 4). V enem primeru fazno odvijanje ni uspelo na majhnem območju blizuledvica, kar vodi do netočnih vrednosti občutljivosti v tej regiji (slika 4d). Vendar je bil prizadet le majhen del ledvice, ki je bil upoštevan med namestitvijo ROI. Med vrednostmi QSM za ledvice in jetra (R2=0.035) ni bilo opaziti nobene korelacije (slika 5), kar kaže, da noben globalni učinek naknadne obdelave ne vpliva na izračunane vrednosti občutljivosti.
Slika 6 prikazuje zemljevide občutljivosti in vrednosti za variacijo definicije maske pri enem zdravem prostovoljcu. Ni sprememb ledvičnega QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) vrednosti bi lahko identificirali v primeru relativno majhne netočnosti segmentacije (sl. 6a, b). Vendar pa so večje količine zraka povzročile netočne vrednosti občutljivosti (sl. 6c, d).
Srednja vrednostledvičnavrednosti občutljivosti zdravih prostovoljcev so bile {{0}}.04±0.07 ppm (razpon − {{10}} .07 do 0,16 ppm) za desno ledvico in − 0,06±0,19 ppm (razpon − 0,35 do 0,39 ppm) za levo ledvico (tabela 1). Srednje vrednosti občutljivosti desne in leveledviceso se bistveno razlikovale (str<0.05) showing="" a="" wider="" range="" of="" values="" for="" the="" left="" kidney="" (table="" 1).="" no="" significant="" difference="" between="" cortical="" and="" medullary="" qsm="" values="" of="" the="" right="" or="" the="" left="" kidney="" could="" be="" determined="" (p="">0.05).
Vrednosti občutljivosti jeter, izmerjene pri zdravih prostovoljcih in bolnikih zledvičnafibroze so bile v istem območju {{0}}.17±0.13 ppm oziroma 0.15±0.01 ppm za zdrave prostovoljce in bolnika z ledvično fibrozo (tabela 2).
Meritve ponovljivosti pri petih preiskovancih so pokazale dobro ponovljivost QSM za jetra in desno ledvico (kvantitativno kartiranje občutljivosti) brez pomembne razlike v vrednostih jetrne ali ledvične občutljivosti med obema meritvama (p=0,48) (tabela 3). Vrednosti občutljivosti za desnoledvicaso bile {{0}}.02±0.06 ppm in − 0.03±{{15} }.11 ppm za preskusne in ponovne meritve. Občutljivost jeter je bila 0,16±0,10 ppm oziroma 0,12±0,07 ppm.
Slika 7 prikazuje zemljevide QSM, prekrite s slikami magnitude za zdravega prostovoljca in enega preiskanega bolnika z ledvično intersticijsko fibrozo. Občutljivost desne fibrotične ledvice je bila močno diamagnetna (− 0.43±0.02 ppm).
Diskusija
QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) je nov, obetaven pristop za oceno informacij o mikrostrukturi in funkciji tkiva. V tem delu smo pokazali izvedljivost izvajanja in vivo QSM človeške ledvice na kliničnem sistemu MRI. Predstavljena shema zajema in nadalje implementiran QSM procesni cevovod, sestavljen iz najsodobnejših QSM metod, je bil uspešen pri 90 odstotkih preiskovancev in je privedel do ponovljivih rezultatov. Anatomske strukture v trebuhu so bile jasno razločljive na zemljevidih QSM in le nekaj artefaktov je bilo prisotnih v predelu črevesja. Poleg tega je razlika med povprečnimi vrednostmi QSM, pridobljenimi pri zdravihledvicein občutljivost fibrotične ledvice kaže potencial QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) za razlikovanje med zdravim in patološkimledvičnatkivo. Ker to financiranje temelji samo na enem primeru fibroze, bi morale nadaljnje študije z večjo populacijo bolnikov dokazati diagnostično vrednost QSM v prihodnosti.
Slika 4 Primeri zavitih in nezavitih faznih slik ter zemljevidov lokalnega polja in občutljivosti ter ustrezne maske zgornjega dela trebuha petih zdravih prostovoljcev. Anatomske strukture so jasno razločljive in le nekaj artefaktov je prisotnih v črevesnem območju (a–c). V enem primeru odvijanje faze ni uspelo blizuledvica, kar vodi do netočnih vrednosti občutljivosti (d, bela puščica). Primer hudih artefaktov zaradi zraka v pljučih (e, črne puščice), ki so bili prisotni pri dveh zdravih prostovoljcih. Oba nabora podatkov sta bila odstranjena iz nadaljnje naknadne obdelave.
Slika 5 Pearsonov korelacijski prikaz medledvičnain vrednosti jetrne občutljivosti zdravih prostovoljcev. Med ledvičnim in jetrnim QSM ni bilo opaziti korelacije (kvantitativno kartiranje občutljivosti) vrednosti (R2=0.035), kar kaže, da globalni učinki naknadne obdelave niso vplivali na kvantifikacijo QSM.
Slika 6 Primeri zemljevidov občutljivosti in vrednosti za variacijo definicije maske za odstranjevanje zunanjega zraka pri enem zdravem prostovoljcu. Ni sprememb vrednosti QSM na desni straniledvicaje mogoče identificirati v primeru relativno majhne netočnosti segmentacije, pri kateri po segmentaciji (a) ni ostal zunanji zrak in vsebuje majhno količino zunanjega zraka (b). Vendar pa so večje količine zunanjega zraka povzročile netočne vrednosti občutljivosti (c, d)
Tabela 1 Vrednosti občutljivosti celoteledvica, korteks in medula zdravih prostovoljcev v povprečju vseh 17 oseb
Bistvena razlika v QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) vrednosti levice in desniceledvice(p<0.05) is="" probably="" based="" on="" higher="" motion="" artifacts="" in="" the="" left="" kidney.="" considering="" the="" standard="" deviation,="" the="" susceptibility="" of="" healthy="">ledvičnatissue fluctuates around 0 in the current study. No significant difference between cortical and medullar QSM values of the right or the left kidneys could be determined (p>0.05)
Tabela 2. Vrednosti občutljivosti desne ledvice in jeter zdravih prostovoljcev, povprečno za vseh 17 preiskovancev, in bolnika s hudo ledvično fibrozo
Vrednost QSM na desni straniledvicabolnikov z ledvično fibrozo se pomembno razlikuje od vrednosti QSM, izmerjenih na desni ledvici zdravih prostovoljcev. Vendar pa so vrednosti jetrnega QSM, izmerjene pri zdravih prostovoljcih in bolniku z ledvično fibrozo, v istem razponu, brez globalnih učinkov pristranskih rezultatov ledvičnega QSM.
QSM je bil že uporabljen v človeškem trebuhu pred [17, 27, 29, 30] in je pokazal obetavne rezultate kot nova tehnika MRI. Vendar metoda predstavlja nekaj tehničnih izzivov, ki so doslej ovirali njeno in vivo uporabo na človeških ledvicah. S kombinacijo in optimizacijo že uveljavljenih korakov naknadne obdelave slik za QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti), so bile nekatere od teh težav uspešno rešene v trenutni študiji. Najprej so bili artefakti gibanja, ki jih povzroči prosto dihanje, odpravljeni s pridobivanjem podatkov med enim samim zadrževanjem diha ob koncu vdiha. Drugič, nezaželen učinek kemičnega premika med vodo in maščobo je bil odstranjen z uporabo naprednega cevovoda za naknadno obdelavo. Tretjič, določeni so bili ustrezni parametri pridobivanja in naknadne obdelave, da se zmanjšajo artefakti in zagotovijo ponovljivi rezultati.
Tabela 3 Rezultati ponovljivosti.
Povprečne vrednosti ± standardni odklon občutljivosti za desnoledvicain jetra so bili povprečeni za vseh pet predmetov ponovljivosti. Dobra ponovljivost za QSM jeter in desne ledvice brez pomembne razlike v vrednostih jetrne ali ledvične občutljivosti med obema meritvama (p=0,48)
Slika 7 Slike magnitude, prekrite z zemljevidi QSM desne ledvice za zdravega prostovoljca (leva slika) in bolnika z ledvično fibrozo (desna slika). Fibrotičniledvicakaže močno diamagnetno vrednost (− {{0}},43±− 0,02 ppm), ki je bila bistveno nižja od vrednosti QSM, izmerjene pri zdravihledvičnatkivo (desna ledvica {{0}}.04±0.07 ppm)
Kolikor nam je znano, je to prva študija, ki izvaja in vivo QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) v človekuledvicana kliničnem sistemu MRI. Ker v literaturi ni na voljo nobenih vrednosti QSM za ledvice, smo lahko le primerjali vrednosti občutljivosti jeter, pridobljene v naši študiji, s tistimi, ki so jih poročale druge skupine. V študiji Lin et al. [27] je bila izračunana občutljivost jeter v razponu od 0.23 do 5.94 ppm. Vendar pa je bila njihova študija osredotočena na bolnike s preobremenitvijo jeter z železom (hemokromatoza). Posamezniki z manj usedlinami železa v jetrih so pokazali vrednosti QSM približno 0,34 ppm in so veljali za zdrave. V študiji Dong et al. [20], določene so bile srednje vrednosti občutljivosti jeter {{10}}.23±0.07 ppm. Na splošno so vrednosti QSM jeter, izmerjene v trenutni študiji (razpon 0,01–0,44 ppm), skladne s prejšnjo raziskavo, kar kaže, da noben globalni učinek ne vpliva na naše rezultate.
Slaba definicija maske lahko vpliva naledvičnavrednosti QSM. Zato je optimalna natančnost odstranjevanja zunanjega zraka pomemben korak za kvantifikacijo QSM. V trenutni študiji smo spremenili definicijo maske enega zdravega subjekta. V tem primeru ni bistvenih sprememb vrednosti QSM na desniledvicabi lahko identificirali v primeru relativno majhne netočnosti segmentacije, kot je bilo v naši študiji. Vendar bi lahko bila sistematična ocena vpliva definicije maske na vrednosti QSM predmet nadaljnjih simulacijskih študij.
V tej študiji je bila variabilnost vrednosti QSM leve ledvice pomembno višja od vrednosti desne ledvice (p<0.05). this="" difference="" might="" be="" due="" to="" higher="" cardiac="" artifacts="" of="" the="" left="">ledvica, kot je prikazano v več prejšnjih študijah MRI ledvic [28]. Ta učinek se lahko zmanjša z nadaljnjim razvojem ledvičnega QSM.
Kortiko-medularna diferenciacija ni bila mogoča s QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) in the current study (p>0.05), verjetno zaradi zmerne ločljivosti metode. Izboljšanje ločljivosti QSM za omogočanje kortiko-medularne diferenciacije bi moralo biti predmet nadaljnjih študij.
Da bi preverili potencialno diagnostično vrednost QSM, je bolnik zledvičnafibroza kot primer končne ledvične patologije je bila vključena v študijo. Prej so poročali, da ledvična fibroza poveča diamagnetno vsebnost ledvičnega tkiva [13], verjetno zaradi čezmernega odlaganja kolagena, ki je močno diamagneten [31]. Ob upoštevanju standardnega odklona občutljivost zdravega ledvičnega tkiva v trenutni študiji niha okoli 0. V naši študiji fibrotičniledvicaje pokazala močno vrednost diamagnetne občutljivosti, ki je bila bistveno nižja kot v zdravem ledvičnem tkivu. Za oceno natančne diagnostične vrednosti ledvičnega QSM so potrebne prihodnje raziskave v večji kohorti bolnikov (kvantitativno kartiranje občutljivosti).
Obstaja več omejitev našega dela. Prvič, število zdravih prostovoljcev je bilo majhno in v to študijo je bil vključen samo en bolnik. Vendar smo se osredotočili na razvoj robustnega protokola za pridobivanje in cevovoda za naknadno obdelavo za izvajanje QSM ledvic in vivo na kliničnem sistemu MRI. Drugič, SPURS in pristop T2* IDEAL sta bila uporabljena za odstranitev neželenega učinka kemičnega premika med vodo in maščobo ter za izračun zemljevidov polja, popravljenih z maščobo. V tej študiji ni bila uporabljena tehnika zatiranja maščobe, saj bi podaljšala čas pridobivanja. Da bi rešili to težavo, je treba pri merjenju QSM v trebuhu upoštevati hitrejše metode slikanja, kot je volumetrični interpolirani pregled zadrževanja diha (VIBE) [32] ali radialne sheme pridobivanja [33]. Tretjič, ustvarjene maske so odstranile le zrak izven trebuha. Zrak v prebavnem traktu in pljučih je bil še vedno prisoten v izračunih občutljivosti. To bi lahko povzročilo nelokalne napake v lokalnih poljih ROI [34]. Vendar smo v trenutni študiji pokazali dobro ponovljivost znotraj subjekta, kar kaže, da je napaka zaradi zraka v trebuhu zanemarljiva. Poleg tega je bila ločljivost MR slik precej nizka, kar je lahko pripeljalo do podcenjevanja občutljivosti [35, 36]. Da bi odpravili to omejitev, so bili neobdelani podatki pred naknadno obdelavo QSM zapolnjeni z ničlo. Poleg tega so bili podatki QSM pridobljeni v enem samem zadrževanju diha 33 s, kar bi lahko bilo težko izvesti za bolne in starejše osebe. Zato je potrebna nadaljnja optimizacija zaporedja 3D gradient-echo z več odmevi, da se skrajša čas skeniranja ob ohranitvi kakovosti slike.
Skratka, izvedljivost in vivo QSM (kvantitativno kartiranje občutljivosti) v človekuledvicaje bila uspešno dokazana v trenutni študiji z dobro ponovljivostjo. Očitna razlika v vrednostih QSM med zdravimi ledvicami in fibrotično ledvico kaže na možen diagnostični potencial QSM. Izvesti je treba nadaljnje študije z večjo populacijo bolnikov, da se dokaže diagnostična pomembnost QSM za funkcionalnoledvičnaMR slikanje.
Elektronsko dopolnilno gradivo Spletna različica tega članka (https://doi.org/10.1007/s10334-020-00895-9) vsebuje dopolnilno gradivo, ki je na voljo pooblaščenim uporabnikom.
Avtorski prispevki EB: zasnova in zasnova študije, pridobivanje podatkov, analiza in interpretacija podatkov, priprava rokopisa in kritična predelava; JS: zasnova in zasnova študije, pridobivanje podatkov in kritična revizija; TT: pridobivanje podatkov, analiza in interpretacija podatkov ter kritična revizija; JJ: pridobivanje podatkov, analiza in interpretacija podatkov ter kritična revizija; RZ: pridobivanje podatkov, analiza in interpretacija podatkov ter kritična revizija; BV: pridobivanje podatkov, analiza in interpretacija podatkov ter kritična revizija; HW: zasnova in oblikovanje študije, analiza in interpretacija podatkov ter kritična revizija; AL: zasnova in zasnova študije, pridobivanje podatkov, analiza in interpretacija podatkov, priprava rokopisa in kritična predelava.
Financiranje Financiranje z odprtim dostopom omogoča in organizira Projekt DEAL.
Cistanche - simptomi odpovedi ledvic
Skladnost z etičnimi standardi
Nasprotje interesov Avtorji izjavljajo, da niso v navzkrižju interesov. Poleg tega vsi avtorji nimajo finančnega odnosa z nobeno organizacijo. Študija ni bila sponzorirana. Etični standard Študijo je odobril lokalni odbor za etiko. Informirano soglasje. Pisno informirano soglasje je bilo pridobljeno od vseh subjektov. Odprt dostop. Ta članek je licenciran pod Creative Commons Attribution 4.0 International License, ki dovoljuje uporabo, skupno rabo, prilagajanje, distribucijo in reprodukcijo v katerem koli mediju ali formatu, če navedete ustrezno priznanje izvirnemu(-im) avtorju(-em) in viru, zagotovite povezavo do licence Creative Commons in navedete, ali so bile spremembe narejeno. Slike ali drugo gradivo tretjih oseb v tem članku so vključeni v licenco Creative Commons za članek, razen če je v kreditni liniji za gradivo navedeno drugače. Če gradivo ni vključeno v licenco Creative Commons za članek in vaša nameravana uporaba ni dovoljena z zakonskimi predpisi ali presega dovoljeno uporabo, boste morali pridobiti dovoljenje neposredno od imetnika avtorskih pravic. Če si želite ogledati kopijo te licence, obiščite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Reference
1. Mendichovszky I, Pullens P, Dekkers I, Nery F, Bane O, Pohlmann A, de Boer A, Ljimani A, Odudu A, Buchanan C, Sharma K, Laustsen C, Harteveld A, Golay X, Pedrosa I, Alsop D , Fain S, Caroli A, Prasad P, Francis S, Sigmund E, Fernández-Seara M, Sourbron S (2020) Tehnična priporočila za klinično prevajanjeledvičnaMRI: konsenzni projekt akcije PARENCHIMA za sodelovanje v znanosti in tehnologiji. Magn Reson Mater Phy Biol Med 33:131–140
2. Selby NM, Blankestijn PJ, Boor P, Combe C, Eckardt KU, EikefJord E, Garcia-Fernandez N, Golay X, Gordon I, Grenier N, Hockings PD, Jensen JD, Joles JA, Kalra PA, Krämer BK, Mark PB, Mendichovszky IA, Nikolic O, Odudu A, Ong ACM, Ortiz A, Pruijm M, Remuzzi G, Rørvik J, de Seigneux S, Simms RJ, Slatinska J, Summers P, Taal MW, Thoeny HC, Vallée JP, Wolf M , Caroli A, Sourbron S (2018) Biomarkerji slikanja z magnetno resonanco za kroničnoledvicabolezen: dokument o stališču Evropskega sodelovanja v znanosti in tehnologiji Action PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplant 33: 24–214
3. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM (2018) Funkcionalno magnetnoresonančno slikanje ledvic: kje smo? Perspektiva evropske akcije COST PARENCHIMA. Presaditev Nephrol Dial. https://doi.org/10.1093/ndt/gfy181
4. Kretzler M, Cohen CD, Doran P, Henger A, Madden S, Gröne EF, Nelson PJ, Schlöndorf D, Gröne HJ (2002) Repuncturing theledvičnabiopsija: strategije za molekularno diagnozo v nefrologiji. J Am Soc Nephrol 13: 1961–1972
5. Corwin HL, Schwartz MM, Lewis EJ (1988) Pomen velikosti vzorca pri razlagi biopsije ledvic. Am J Nephrol 8:85–89
6. Haacke EM, Liu S, Buch S, Zheng W, Wu D, Ye Y (2015) Kvantitativno kartiranje občutljivosti: trenutno stanje in prihodnje usmeritve. Magn Reson Imaging 33:1–25
7. Liu C, Wei H, Gong NJ, Cronin M, Dibb R, Decker K (2015) Kvantitativno kartiranje občutljivosti: kontrastni mehanizmi in klinične aplikacije. Tomografija 1: 3–17
8. Schweser F, Deistung A, Reichenbach JR (2016) Osnove faznega slikanja in obdelave MRI za kvantitativno kartiranje občutljivosti (QSM). Z Med Phys 26: 6–34
9. Li W, Wu B, Liu C (2011) Kvantitativno preslikavo občutljivosti človeških možganov odraža prostorsko variacijo v sestavi tkiva. NeuroImage 55: 1645–1656
10. Wang Y, Liu T (2015) Kvantitativno preslikavo občutljivosti (QSM): dekodiranje podatkov MRI za tkivni magnetni biomarker. Magn Reson Med 73: 82–101
11. Duyn JH, Van Gelderen P, Li TQ, De Zwart JA, Koretsky AP, Fukunaga M (2007) MRI z visokim poljem možganske kortikalne podstrukture na podlagi faze signala. Proc Natl Acad Sci USA 104:11796–11801
12. Liu C (2010) Slikanje tenzorja občutljivosti. Magn Reson Med 63: 1471–1477
13. Xie L, Sparks MA, Li W, Qi Y, Liu C, Cofman TM, Johnson GA (2013) Kvantitativno kartiranje občutljivostiledvicavnetja in fibroze pri miših s pomanjkanjem angiotenzinskih receptorjev tipa 1. NMR Biomed 26:1853–1863
14. Zivadinov R, Tavazzi E, Bergsland N, Hagemeier J, Lin F, Dwyer MG, Carl E, Kolb C, Hojnacki D, Ramasamy D, Durfee J, Weinstock-Guttman B, Schweser F (2018) Možgansko železo pri kvantitativnem MRI je povezana z invalidnostjo pri multipli sklerozi. Radiologija 289: 487–496
15. Li DTH, Hui ES, Chan Q, Yao N, Chua SE, McAlonan GM, Pang SYY, Ho SL, Mak HKF (2018) Kvantitativno kartiranje občutljivosti kot indikator subkortikalne in limbične nenormalnosti železa pri Parkinsonovi bolezni z demenco. NeuroImage Clin 20: 365–373
16. Sun H, Klahr AC, Kate M, Gioia LC, Emery DJ, Butcher KS, Wilman AH (2018) Kvantitativno kartiranje občutljivosti po intrakranialni krvavitvi. Radiologija 288: 830–839
17. Sharma SD, Hernando D, Horng DE, Reeder SB (2015) Kvantitativno kartiranje občutljivosti v trebuhu kot slikovni biomarker preobremenitve jeter z železom. Magn Reson Med 74: 673–683
18. Xie L, Layton AT, Wang N, Larson PEZ, Zhang JL, Lee VS, Liu C, Johnson GA (2016) Dinamično kontrastno okrepljeno kvantitativno preslikavo občutljivosti z MRI z ultra kratkim odmevom za vrednotenjeledvičnafunkcijo. Am J Physiol Ren Physiol 310: F174–F182
19. Xie L, Dibb R, Cofer GP, Li W, Nicholls PJ, Johnson GA, Liu C (2015) Tenzorsko slikanje občutljivosti ledvic in njenih mikrostrukturnih podlag. Magn Reson Med 73: 1270–1281
20. Dong J, Liu T, Chen F, Zhou D, Dimov A, Raj A, Cheng Q, Spincemaille P, Wang Y (2015) Sočasno odvijanje faze in odstranitev kemičnega premika (SPURS) z uporabo rezov grafov: uporaba v kvantitativni občutljivosti kartiranje. IEEE Trans Med Imaging 34: 531–540
21. Li W, Wang N, Yu F, Han H, Cao W, Romero R, Tantiwongkosi B, Duong TQ, Liu C (2015) Metoda za ocenjevanje in odstranjevanje črtastih artefaktov pri kvantitativnem kartiranju občutljivosti. NeuroImage 108: 111–122
22. Bechler E, Stabinska J, Wittsack H (2019) Analiza različnih metod odvijanja faze za optimizacijo kvantitativnega kartiranja občutljivosti v trebuhu. Magn Reson Med 82: 2077–2089
23. Hernando D, Kramer JH, Reeder SB (2013) Relaksometrija kompleksa R2* s korekcijo maščobe z več vrhovi: teorija, optimizacija in klinična validacija. Magn Reson Med 70:1319–1331
24. Zhou D, Liu T, Spincemaille P, Wang Y (2014) Odstranitev polj v ozadju z reševanjem problema Laplacijeve mejne vrednosti. NMR Biomed 27:312–319
25. Liu J, Liu T, de Rochefort L, Ledoux J, Khalidov I, Chen W, Tsiouris AJ, Wisnief C, Spincemaille P, Prince MR, Wang Y (2012) Morfologija je omogočila dipolno inverzijo za kvantitativno kartiranje občutljivosti z uporabo strukturne skladnosti med sliko magnitude in zemljevid občutljivosti. NeuroImage 59: 2560–2568
26. Wei H, Dibb R, Zhou Y, Sun Y, Xu J, Wang N, Liu C (2015) Zmanjšanje črtastih artefaktov za kvantitativno kartiranje občutljivosti virov z velikim dinamičnim razponom. NMR Biomed 28: 1294–1303
27. Lin H, Wei H, He N, Fu C, Cheng S, Shen J, Wang B, Yan X, Liu C, Yan F (2018) Kvantitativno kartiranje občutljivosti v kombinaciji z ločevanjem vode in maščobe za sočasno jetrno železo in maščobo kvantifikacija frakcij. Eur Radiol 28:3494–3504
28. Kido A, Kataoka M, Yamamoto A, Nakamoto Y, Umeoka S, Koyama T, Maetani Y, Isoda H, Tamai K, Morisawa N, Saga T, Mori S, Togashi K (2010) MRI z difuzijskim tenzorjemledvicapri 3.0 in 1,5 Tesla. Acta Radiol 51: 1059–1063
29. Jafari R, Sheth S, Spincemaille P, Nguyen TD, Prince MR, Wen Y, Guo Y, Deh K, Liu Z, Margolis D, Brittenham GM, Kierans AS, Wang Y (2019) Hitro avtomatizirano kartiranje kvantitativne občutljivosti jeter. J Magn Reson Imaging. https://doi.org/10.1002/jmri.26632
30. Li J, Lin H, Liu T, Zhang Z, Prince MR, Gillen K, Yan X, Song Q, Hua T, Zhao X, Zhang M, Zhao Y, Li G, Tang G, Yang G, Brittenham GM, Wang Y (2018) Kvantitativno kartiranje občutljivosti (QSM) zmanjša motnje zaradi celične patologije pri R2* oceni koncentracije železa v jetrih. J Magn Reson Imaging 48: 1069–1079
31. Luo J, He X, d'Avignon DA, Ackerman JJH, Yablonskiy DA (2010) Premiki frekvence vode 1H MR, povzročeni s proteini: prispevki magnetne občutljivosti in učinki izmenjave. J Magn Reson 202: 102–108
32. Rofsky NM, Lee VS, Laub G, Pollack MA, Krinsky GA, Thomasson D, Ambrosino MM, Weinreb JC (1999) Abdominalno MR slikanje z volumetričnim interpoliranim pregledom zadrževanja diha. Radiologija 212: 876–884
33. Yedururi S, Kang HC, Wei W, Wagner-Bartak NA, Marcal LP, Staford RJ, Willis BJ, Szklaruk J (2016) Radialni volumetrični interpolirani pregled zadrževanja diha pri prostem dihanju v primerjavi s kartezičnim volumetričnim interpoliranim zadrževanjem diha pri zadrževanju diha pregled magnetna resonanca jeter pri 1,5 T. Svet J Radiol 8:707
34. Schweser F, Robinson S, de Rochefort L, Li W, Bredies K (2017) Ilustrirana primerjava metod obdelave za fazni MRI in QSM: odstranitev prispevkov polja v ozadju iz virov zunaj interesne regije. NMR Biomed. https://doi.org/10.1002/nm.3604
35. Karsa A, Punwani S, Shmueli K (2019) Učinek nizke ločljivosti in pokritosti na natančnost kartiranja občutljivosti. Magn Reson Med 81: 1833–1848
36. Zhou D, Cho J, Zhang J, Spincemaille P, Wang Y (2017) Podcenjevanje občutljivosti v fantomu z visoko občutljivostjo: odvisnost od slikovne ločljivosti, magnitudnega kontrasta in drugih parametrov. Magn Reson Med 78:1080–1086
Opomba založnika Springer Nature ostaja nevtralen glede trditev o pristojnosti v objavljenih zemljevidih in institucionalnih povezavah.
