Жир воды фантомы для магнитно-резонансной томографии проверки: гибкий и масштабируемый протокол
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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 …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
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).
