Fett-Wasser-Phantome für die Magnet-Resonanz-Tomographie-Validierung: eine Flexible und skalierbare Protokoll
Summary
Das Ziel dieser Arbeit ist zu beschreiben, ein Protokoll für die Erstellung eine praktische Fett-Wasser-Phantom, die angepasst werden kann, um Phantome mit unterschiedlichen Körperfett Prozentsätze und Volumen zu erzeugen.
Abstract
Wie Bild Fettgewebe neue Techniken entwickelt werden, sind Methoden, um solche Protokolle überprüfen immer wichtiger. Phantome, experimentelle Repliken von einem Gewebe oder Organ von Interesse, bieten eine kostengünstige und flexible Lösung. Jedoch ohne Zugang zu teuer und spezialisierte Ausrüstung, bauen stabile Phantome mit hohem Fett Brüchen (zB., > 50 % Fett Anteil Ebenen wie die im braunen Fettgewebe) kann aufgrund des hydrophoben Charakters von Lipiden schwierig sein. Dieses Werk stellt eine detaillierte, low-cost Protokoll für die Erstellung von 5 x 100 mL Phantome mit Fett Bruchteilen von 0 %, 25 %, 50 %, 75 % und 100 % mit grundlegenden Laborbedarf (Kochplatte, Becher, etc.) und leicht erreichbare Bestandteile (destilliertes Wasser, Agar, wasserlöslich Tensid, Natriumbenzoat, Kontrastmittel Gadolinium-Diethylenetriaminepentacetate (DTPA), Erdnussöl und öllösliche Tensid). Das Protokoll wurde entwickelt, um flexibel zu sein; Es kann verwendet werden, um Phantome mit verschiedenen fetten Fraktionen und eine Vielzahl von Volumes zu erstellen. Phantome, die mit dieser Technik erstellt wurden in der Machbarkeitsstudie ausgewertet, die die Fette Bruchteil Werte Fett-Wasser-Magnetresonanztomographie auf die Zielwerte in den konstruierten Phantoms verglichen. Diese Studie ergab einen Konkordanz Korrelationskoeffizienten von 0.998 (95 % Konfidenzintervall: 0.972-1.00). Zusammenfassend lässt sich sagen belegen diese Studien den Nutzen von Fett Phantome zur Validierung von Fettgewebe bildgebende Verfahren in einer Reihe von klinisch relevanten Gewebe und Organe.
Introduction
Interesse an der Quantifizierung der Fettgewebe und Triglycerid-Inhalte mithilfe bildgebende Verfahren wie Magnetresonanztomographie (MRT), erstreckt sich über viele Bereiche. Forschungsgebiete umfassen die Untersuchung von weißen und braunen Fettgewebe-Depots und ektopische Lagerung von Lipid in Organen und Geweben wie der Leber1, Bauchspeicheldrüse2und Skelettmuskulatur3. Nachdem diese neuartige Techniken für adipöse Quantifizierung entwickelt wurden, werden Methoden benötigt, zu bestätigen, dass bildgebende Parameter für Forschung und klinische Anwendungen gelten.
Phantome, experimentelle Repliken von einem Gewebe oder Organ, sind Low-Cost-, flexible und kontrollierte Tools zur Entwicklung und Validierung von bildgebenden Techniken4. Insbesondere können Phantome konstruiert werden, um bestehen aus Fett und Wasser in einem Verhältnis oder Fett Volumenanteil (FF) vergleichbar mit der des Gewebes der klinischen Interesse. Klinisch, FF Werte in Geweben und Organen können stark variieren: FF im braunen Fettgewebe fällt zwischen 29,7 % und 93.9 %5; die durchschnittliche Leber FF bei Steatose Patienten beträgt 18,1 ± 9,0 %6; Die Bauchspeicheldrüse FF bei Erwachsenen mit einem Risiko für Typ 2 Diabetes liegt zwischen 1,6 % und 22,2 %7; und in einigen Fällen von Krankheit voraus, können Patienten mit Duchenne-Muskeldystrophie FF Werte von fast 90 % in einigen Muskeln8haben.
Da nicht-polaren Moleküle wie Lipide nicht rechtzeitig Lösungen bestehend aus polare Moleküle wie Wasser auflösen, bleibt stabile Phantome zu schaffen, mit einem hohen Ziel FF eine Herausforderung. Für FF bis zu 50 %, viele vorhandene Methoden lässt sich Fett Wasser Phantome9,10,11,12zu erstellen. Andere Methoden, die in der Regel höhere FFs zu erreichen erfordert teure Ausrüstung wie ein Homogenisator oder ein Ultraschall Zelle Disruptor13,14. Obwohl diese Techniken eine Roadmap für hohe FF Phantome bieten, beschränken Ausrüstung Zwänge und unterschiedliche Mengen an experimentellen Details die Bemühungen um reproduzierbare und robuste Fett Wasser Phantome.
Aufbauend auf diese früheren Techniken, entwickelten wir eine Methode, um kostengünstige und stabile Fett Wasser Phantome über eine anpassbare Palette von FF-Werte zu konstruieren. Dieses Protokolldetails die erforderlichen Schritte zum 5 x 100 mL Fett Phantome mit FF-Werte von 0 %, 25 %, 50 %, 75 % und 100 % mit einem einzigen Herdplatte stellen. Es kann leicht eingestellt werden, um verschiedene Mengen (10 bis 200 mL) und Körperfett Prozentsätze (0 bis 100 %) zu erstellen. Die Wirksamkeit der phantom-Technik wurde die Machbarkeit Studie vergleichen Fett-MRI FF Wasserwerte, FF Zielwerte in den konstruierten Phantoms evaluiert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wir beschreiben eine robuste Methode um Fett Wasser Phantome geeignet für die Validierung der medizinischen bildgebenden Verfahren zur Quantifizierung von Fettgewebe und Triglycerid Inhalte in Vivozu erstellen. Durch die Schaffung von zwei Stauseen (eine für die Öl-Lösung) und eine für die Wasserlösung, entstanden stabile Phantome mit einer Vielzahl von FF Werte – auch Werte von mehr als 50 % – ohne die Notwendigkeit für teure Ausrüstung. Hohen FF Phantome (> 50 %) bieten das Dienstprogramm, um siche…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Finanzielle Unterstützung für diese Forschung zur Verfügung die National Institutes of Health (NIH) und National Institute of Diabetes und Magen-Darm und Niere-Krankheiten (NIDDK gestellt wurde) / NIH R01-DK-105371. Wir danken Dr. Houchun (Harry) Hu für Hinweise und Anregungen an Fett Wasser phantom Schöpfung.
Materials
| Distilled Water | Amazon | B000P9BY38 | Base of water solution |
| Agar | Sigma Aldrich Incorporated | A1296-100G | Gelling agent |
| Water-Soluble Surfactant | Sigma Aldrich Incorporated | P1379-500ML | Surfactant/emulsifying agent |
| Gadolinium-DTPA Contrast Agent | Bayer Healthcare | 50419-0188-01 | Magnetic Resonance Imaging Contrast Agent. |
| Sodium Benzoate | Sigma Aldrich Incorporated | 71300-250G | Preservative |
| Peanut Oil | Amazon | 54782-LOU | Base of oil solution |
| Oil-Soluble Surfactant | Sigma Aldrich Incorporated | S6760-250ML | Surfactant/emulsifying agent |
| Hotplate w/ Stirrer | Fisher Scientific | 07-770-152 | |
| Stir bars (Egg-Shaped) | Sigma Aldrich Incorporated | Z127116-1EA | |
| 400 mL Beaker | Sigma Aldrich Incorporated | CLS1003400-48EA | |
| 250 mL Erlenmeyer Flask | Sigma Aldrich Incorporated | CLS4450250-6EA | |
| 25 mL Glass Volumetric Pipette | Fisher Scientific | 13-650-2P | Quantity = 2 |
| 50 mL Glass Volumetric Pipette | Fisher Scientific | 13-650-2S | Quantity = 2 |
| 75 mL Glass Volumetric Pipette | Fisher Scientific | 13-650-2T | Quantity = 2 |
| 3.0 mL Syringe | Sigma Aldrich Incorporated | Z248002-1PAK | |
| 1.0 mL Syringe | Sigma Aldrich Incorporated | Z230723-1PAK | |
| Spatula | Sigma Aldrich Incorporated | S3897-1EA | |
| Scale (100g X 0.01g Resolution) | Amazon | AWS-100-BLK | |
| Weigh Boats | Sigma Aldrich Incorporated | Z740499-500EA | |
| 120 mL Glass Jars | McMaster Carr Supply Co | 3801T73 | |
| Heat Resistant Gloves (pair) | Amazon | B075GX43MN | |
| Syringe Needles | Sigma Aldrich Incorporated | Z192341-100EA | |
| 18" stir bar retriver | Fisher Scientific | 14-513-70 | |
| 1 Dram Clear Glass Vial | Fisher Scientific | 03-339-25B |
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