Vet-Water Phantoms voor magnetische resonantie beeldvorming validatie: een flexibele en schaalbare Protocol
Summary
Het doel van dit werk is voor het beschrijven van een protocol voor het maken van een praktische vet-waterfantoom die kan worden aangepast om te spoken met verschillende vet percentages en volumes produceren.
Abstract
Als nieuwe technieken zijn ontwikkeld om de afbeelding adipeus weefsel, worden methoden voor het valideren van dergelijke protocollen steeds belangrijker. Fantomen, experimentele replica’s van een weefsel of orgaan van belang, bieden een low-cost, flexibele oplossing. Echter, zonder toegang tot dure en gespecialiseerde apparatuur, bouw stabiel phantoms met hoge vet breuken (bv., > 50% vetfractie niveaus zoals die gezien in bruin vetweefsel) kunnen moeilijk vanwege de hydrofobe aard van lipiden. Dit werk bevat een gedetailleerde, low-cost protocol voor het maken van 5 x 100 mL phantoms met vet breuken van 0%, 25%, 50%, 75% en 100% met behulp van elementaire lab benodigdheden (kookplaat, bekers, enz.) en gemakkelijk toegankelijke componenten (gedistilleerd water, agar, in water oplosbare oppervlakteactieve stof, natriumbenzoaat, gadolinium-diethylenetriaminepentacetate (DTPA) contrast agent, pinda olie en olie oplosbare oppervlakteactieve stof). Het protocol werd ontworpen als flexibele; het kan worden gebruikt om te spoken maken met verschillende vet breuken en een breed scala van volumes. Phantoms gemaakt met deze techniek zijn geëvalueerd in de haalbaarheidsstudie die ten opzichte van de waarden van de vetfractie van vet-water magnetische resonantie beeldvorming tot de streefwaarden in het geconstrueerde spoken. Dit onderzoek leverde een concordantie correlatiecoëfficiënt van 0.998 (95% betrouwbaarheidsinterval: 0.972-1,00). Kortom tonen deze studies het nut van vet phantoms voor de validatie van vetweefsel beeldvormende technieken in een heel scala van klinisch relevante weefsels en organen.
Introduction
Belangstelling voor kwantificeren adipeus weefsel en triglyceride inhoud met behulp van beeldvormende modaliteiten, zoals magnetische resonantie beeldvorming (MRI), strekt zich uit op vele gebieden. Onderzoeksgebieden omvatten het onderzoek van witte en bruine adipeus weefsel depots en ectopische opslag van lipide in organen en weefsels zoals de lever1, alvleesklier2pt3van de skeletspieren. Zoals deze nieuwe technieken voor obesitas kwantificering zijn ontwikkeld, zijn methoden nodig om te bevestigen dat de imaging parameters geldig voor onderzoek en klinische toepassingen zijn.
Fantomen, experimentele replica’s van een weefsel of orgaan, bieden een goedkope, flexibele en gecontroleerde instrument te ontwikkelen en valideren beeldvorming technieken4. In het bijzonder kunnen spoken om te bestaan uit vet en water in een volume verhouding of vet fractie (FF) vergelijkbaar met die van het weefsel van klinisch belang worden geconstrueerd. Klinisch, FF waarden in weefsels en organen kunnen sterk uiteenlopen: FF in bruin vetweefsel valt tussen 29,7% en 93,9%5; de gemiddelde lever FF in steatosis patiënten is 18.1 ± 9,0%6; de alvleesklier FF bij volwassenen op risico voor type 2 diabetes varieert tussen 1,6% en 22.2%7; en in sommige gevallen van voorschot ziekte, patiënten met Duchenne spierdystrofie kunnen FF waarden van bijna 90% in sommige spieren8.
Omdat niet-polaire moleculen zoals lipiden lossen niet op in oplossingen die bestaan uit polaire moleculen zoals water, blijft het creëren van stabiele spoken met een hoog doel FF uitdagend. Voor FF tot 50%, veel bestaande methoden kunnen worden gebruikt om te maken vet water phantoms9,10,11,12. Andere methoden die hogere FFs meestal bereiken vereisen dure apparatuur zoals een homogenizer of een ultrasone cel disruptor13,14. Hoewel deze technieken een routekaart voor hoge FF fantomen bieden, beperken beperkingen van de apparatuur en wisselende hoeveelheden van experimentele gegevens ons streven naar reproduceerbaar zijn en robuuste vet water spoken.
Voortbouwend op deze vorige technieken, ontwikkelden we een methode voor de bouw van rendabele en stabiele vet water phantoms in een aanpasbare bereik van FF waarden. Deze gegevens van het protocol van de stappen die nodig is om 5 x 100 mL vet phantoms met FF waarden van 0%, 25%, 50%, 75% en 100% met behulp van een enkele kookplaat. Het kan gemakkelijk worden aangepast om verschillende volumes (10 tot 200 mL) en vet percentages (0 tot 100%) te maken. De werkzaamheid van de phantom techniek is in de haalbaarheid studie vergelijken vet-water MRI FF waarden aan de streefwaarden van de FF in het geconstrueerde phantoms geëvalueerd.
Protocol
Representative Results
Discussion
We beschrijven een robuuste methode om te maken vet water phantoms geschikt is voor de validatie van de medische beeldvormingstechnieken gebruikt te kwantificeren adipeus weefsel en triglyceride inhoud in vivo. Door het creëren van twee reservoirs (een voor de olie-oplossing) en één voor de water-oplossing, werden stabiele spoken met een verscheidenheid van FF waarden – met inbegrip van waarden van meer dan 50 gewichtspercenten – gebouwd zonder de noodzaak voor dure apparatuur. Hoge FF phantoms (> 50%) zo…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Financiering van de steun voor dit onderzoek werd verstrekt de National Institutes of Health (NIH) en de nationale Instituut van Diabetes en de spijsverterings en ziekten van de nier (NIDDK) / NIH R01-DK-105371. Wij danken Dr. Houchun (Harry) Hu voor advies en suggesties op vet water phantom scheppen.
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 |
Referências
- 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. , (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).
