Fett-vann Phantoms for magnetisk resonans Imaging validering: en fleksibel og skalerbar protokoll
Summary
Formålet med dette arbeidet er å beskrive en protokoll for å lage en praktisk fett-vann phantom som kan tilpasses for å produsere fantomer med varierende fett prosenter og volumer.
Abstract
Som nye teknikker er utviklet til bildet fettvev, blir metoder for å godkjenne slike protokoller stadig viktigere. Fantomer, eksperimentelle replikaer av en vev eller organ av interesse, gi en rimelig, fleksibel løsning. Men uten tilgang til dyre og spesialisert utstyr, konstruere stabil fantomer med høy fett fraksjoner (f.eks., > 50% fett brøkdel nivå som dem sett i brun fettvev) kan være vanskelig på grunn av hydrofobe natur lipider. Dette arbeidet gir en detaljert, lavpris protokoll for å lage 5 x 100 mL fantomer med fett fraksjoner av 0%, 25%, 50%, 75% og 100% bruker grunnleggende lab utstyr (kokeplate, kanner, osv.) og lett tilgjengelige komponenter (destillert vann, agar, vannløselige surfactant, sodium benzoate, gadolinium-diethylenetriaminepentacetate (DTPA) kontrast agent, peanut olje og olje-løselige surfactant). Protokollen ble designet for å være fleksibel; Det kan brukes å lage fantomer med forskjellige fett fraksjoner og en rekke volumer. Fantomer opprettet med denne teknikken ble vurdert i lønnsomhetsstudien som sammenlignet fett brøk verdier fra fett-vann magnetisk resonans imaging mål verdier i de konstruert fantomer. Denne studien ga en konkordans korrelasjonskoeffisienten til 0.998 (95% konfidensintervall: 0.972-1,00). Oppsummert viser disse studiene nytten av fett fantomer for validering av fettvev imaging teknikker over et spekter av klinisk relevante vev og organer.
Introduction
Interesse kvantifisere fettvev og triglyserider innhold ved hjelp imaging modaliteter, for eksempel magnetisk resonans imaging (MRI), strekker seg over mange felt. Forskningsområder inkluderer etterforskningen av hvite og brune fettvev depoter og ektopisk lagring av lipid i organer og vev som leveren1, bukspyttkjertelen2og skjelettlidelser muskel3. Som disse romanen teknikker for adipose kvantifisering utvikles, for metoder å bekrefte at tenkelig parametrene er gyldige for forskning og klinisk bruk.
Fantomer, eksperimentelle replikaer av en vev eller organ, gir et rimelig, fleksibel og kontrollert verktøy for å utvikle og validere imaging teknikker4. Spesielt kan fantomer konstrueres består av fett og vann i et volum forholdet eller fett brøkdel (FF) sammenlignes med vev av klinisk interesse. Klinisk FF verdiene i vev og organer kan variere mye: FF i brun fettvev faller mellom 29,7% og 93,9%5; gjennomsnittlig leveren FF i Steatose pasienter er 18.1 ± 9.0%6. bukspyttkjertelen FF hos voksne risiko for type 2 diabetes områder mellom 1,6% og 22.2%7; og i noen tilfeller av forhånd sykdom pasienter med Duchenne muskeldystrofi kan ha FF verdier av nesten 90% i noen muskler8.
Fordi ikke-polar molekyler som lipider oppløses i løsninger består av polare molekyler som vann, fortsatt opprette stabil fantomer med en høy målet FF utfordrende. For FF opp til kan 50%, mange eksisterende metoder brukes til å opprette fat vann, phantoms,9,,10,,11,,12. Andre metoder som oppnå høyere FFs vanligvis krever dyrt utstyr for eksempel en homogenizer eller en ultralyd celle disruptor13,14. Selv om disse teknikkene gir et veikart for høy FF fantomer, begrense utstyr begrensninger og varierende mengder eksperimentelle detaljer arbeidet med å opprette reproduserbare og robust fat vann fantomer.
Bygger på disse tidligere teknikker, utviklet vi en metode å konstruere kostnadseffektiv og stabil fett vann fantomer over passelig utvalg av FF verdier. Denne protokollen detaljer trinnene for å gjøre 5 x 100 mL fett fantomer FF verdiene til 0%, 25%, 50%, 75% og 100% med en enkelt kokeplate. Den kan enkelt justeres for å lage ulike volumer (10 til 200 mL) og fett prosenter (0-100%). Effekten av phantom teknikken ble evaluert i gjennomførbarhet studie-verdier for Mr FF av sammenligne fett-vann målet FF verdiene i de konstruert fantomer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi beskriver en robust metode for å opprette fat vann fantomer egnet for validering av medisinsk bildebehandling teknikker brukt om å kvantifisere fettvev og triglyserider innhold i vivo. Ved å opprette to reservoarer (en olje løsning) og én for vann løsningen, ble stabil fantomer med en rekke FF verdier-inkludert verdier over 50%-bygget uten behov for dyrt utstyr. Høy FF fantomer (> 50%) gir verktøyet for å sikre imaging teknikker for adipose kvantifisering er gyldige for vev eller organer med høy FF …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Finansiering støtte av denne forskningen ble levert til National Institutes of Health (NIH) og National Institute Diabetes fordøyelseskanal og nyre sykdommer (NIDDK) / NIH R01-DK-105371. Vi takker Dr. Houchun (Harry) Hu for råd og forslag på fat vann phantom etablering.
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).
