İnsan Böbreğinin Kantitatif Duyarlılık Haritalamasının (QSM) Fizibilitesi

Daha fazla bilgi için:ali.ma@wecistanche.com

Eric Bechler1 · Julia Stabinska1 · Thomas Thiel1 · Jonas Jasse1 · Romans Zukovs2 · Birte Valentin1 · Hans‑Jörg Wittsack1 · Alexandra Ljimani1

Soyut

Amaç İn-vivo fizibilitesini değerlendirmeknicel duyarlılık haritası(QSM) insanınböbrek.

Yöntemler 19 sağlıklı gönüllüde bir 3 T-MRI-tarayıcısında (Magnetom Prisma, Siemens Healthineers, Erlangen, Almanya) bir eksenel tek nefes tutma 3D çoklu yankı dizisi (alma süresi 33 s) tamamlandı. Yağın kimyasal kaymasını ortadan kaldırmak ve QSM (nicel duyarlılık haritası)üst karın bölgesinde. Her ikisinde de tüm renal korteks ve medullanın ortalama duyarlılık değerleriböbreklerve karaciğer belirlendi ve karşılaştırıldı. Tekrarlanabilirliği incelemek için beş denek iki kez ölçüldü. Şiddetli bir hastaböbrekfibrozis, QSM'nin potansiyel klinik ilişkisini değerlendirmek için çalışmaya dahil edildi.

Sonuçlar QSM (nicel duyarlılık haritası) 17 gönüllüde ve renal fibrozisli hastalarda başarılı olmuştur. Karın içindeki anatomik yapılar QSM ile açıkça ayırt edilebiliyordu ve karaciğerde elde edilen duyarlılık değerleri literatürde bulunanlarla karşılaştırılabilirdi. Sonuçlar iyi tekrarlanabilirlik gösterdi. Bunun yanında, ortalamaböbrekSağlıklı gönüllülerde elde edilen QSM değerleri ({{0}}.0sağ için 4±0,07 ppm ve sol için − 0,06±0,19 ppmböbrek) araştırılan fibrotikte ölçülenden önemli ölçüde daha yüksekti.böbrek(− {{0}},43±− 0,02 ppm).

Sonuç insanın QSM'siböbrekmikroskobik böbrek dokusu yapısı hakkındaki bilgilerin değerlendirilmesi için umut verici bir yaklaşım olabilir. Bu nedenle, fonksiyonel renal MR görüntülemeyi daha da iyileştirebilir.

Anahtar Kelimeler Kantitatif duyarlılık eşlemesi · böbrekMRI · Fonksiyonel böbrek görüntüleme

giriiş

Son yıllarda, işlevselliğe yönelik araştırmalara ilgi giderek artmaktadır.böbrekMR. Önceki birkaç çalışma, MRI biyobelirteçlerinin, hastalığın ilerlemesinde rol oynayan farklı patolojik süreçleri karakterize etme potansiyelini göstermiştir.kronik böbrek hastalığı(CKD) [1–3]. CKD'nin histolojik bir özelliği ve renal interstisyel fibrozda ilerleyici böbrek fonksiyon kaybının ana nedeni. Bu nedenle böbrek dokusundaki interstisyel fibrozis derecesi, hastalığın geri dönüşümlülüğünün belirlenmesinde önemli bir göstergedir.böbrek hasarı. Şimdiye kadar, tubulointerstisyel fibrozisin derecesini değerlendirmek için tek güvenilir klinik araç böbrek biyopsisidir. Bu tanı prosedürü invaziv olduğundan, örnekleme yanlılığı nedeniyle bozulduğundan ve keyfi olarak tekrarlanamadığından [4, 5], renal interstisyel fibrozisin derecesini doğru bir şekilde değerlendirebilen invaziv olmayan bir görüntüleme yöntemi oldukça arzu edilir.

Kantitatif duyarlılık haritalaması(QSM), dokunun manyetik duyarlılığı hakkında yüksek yapısal kontrast ve nicel bilgi üretmek için faz görüntülerini kullanan yeni bir MRI tekniğidir [6-9]. Önceki çalışmalarda, QSM, doku mikro yapısındaki veya kimyasal bileşimdeki değişikliklere duyarlıdır [10-12] ve bu nedenle, değerlendirme için umut verici, invaziv olmayan bir yaklaşımdır.böbrekinterstisyel fibroz [13]

Şimdiye kadar, QSM çoğunlukla çeşitli nörolojik hastalıklarda bazal gangliyonlardaki patolojik birikimleri ölçmek için veya hepatik aşırı demir yüklenmesinin bir görüntüleme biyobelirteci olarak uygulanmıştır [14-17]. Hayvan modellerinde yapılan daha yeni çalışmalar, QSM'nin değerlendirme potansiyelini araştırdı.böbrekmikroyapı [13, 18, 19]. Özellikle, Xie ve ark. [13] farelerde renal inflamasyon ve fibrozisin neden olduğu patolojiyi saptamada QSM'nin duyarlılığını gösterdi. Bununla birlikte, bildiğimiz kadarıyla, h'de duyarlılığı haritalamak için in vivo olarak yapılmış yeterli bir çalışma yapılmamıştır.insan böbreği.

Karın QSM (nicel duyarlılık haritası) teknik olarak zor kabul edilir. Birincisi, üst abdominal organların solunum hareketi sınırlı yapısal kontrasta ve hafife alınmış duyarlılık değerlerine yol açar [17]. İkincisi, karın yağının varlığı, QSM algoritmasında kritik bir adım olan B0 alan haritasının tahminini olumsuz etkiler [17, 20]. Üçüncüsü, hava-doku arayüzleri etrafındaki büyük duyarlılık varyasyonları, ciddi çizgilenme artefaktlarına ve dolayısıyla hatalı QSM haritalarına neden olur [21]. Ayrıca, çalışma grubumuz tarafından yapılan önceki bir ön simülasyon çalışmasında gösterildiği gibi [22], abdominal duyarlılık haritasının doğruluğu, sarmanın açılması ve arka plan alanının çıkarılması dahil olmak üzere faz işleme adımından güçlü bir şekilde etkilenir.

Mevcut çalışma, in vivo QSM gerçekleştirmenin fizibilitesini değerlendirmeyi amaçladı.insan böbreğiklinik MRI sisteminde. Bu amaçla optimize edilmiş bir MRI çekim protokolü ve QSM (nicel duyarlılık haritası) böbrek QSM haritalarını elde etmek için işleme boru hattı kullanıldı.

TıklaBöbrek hastalığını tedavi etmek için Cistanche para que sirve

yöntemler

Çalışma popülasyonu

Çalışma yerel etik kurul tarafından onaylandı ve tüm deneklerden yazılı bilgilendirilmiş onam alındı.

Hiçbir öyküsü olmayan on dokuz sağlıklı gönüllü (ortalama yaş 28.1±12.9 yıl)böbrekhastalığı veya potansiyel olarak böbrekleri içeren bilinen herhangi bir sistemik hastalık çalışmaya katıldı. Beş denek, tekrarlanabilirliği değerlendirmek için ölçümler ve MRG'de yeniden konumlandırma arasında 10 dakikalık bir zaman aralığı ile iki kez ölçüldü.

Ayrıca, şiddetli hastalığı olan 78-yaşında bir erkek hastaböbrekuzun bir anamnez nedeniyle fibrozisböbrekyetmezlik (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=""> (nicel duyarlılık haritası).

Muayeneden önce özel bir hazırlık yapılmamıştır [1].

Veri toplama

Veri toplama 3 T tarayıcıda (Magnetom Prisma, Siemens AG, Healthineers, Erlangen, Almanya) 30 kanallı bir gövde bobini ile birlikte 32 kanallı bir omurga bobini kullanılarak gerçekleştirildi. Anatomik görüntüler elde etmek için her üç görüntü ekseninde (eksenel, koronal ve sagital) yarım Fourier tek atış turbo spin-eko (HASTE) dizisi kullanıldı. Bu anatomik görüntüler, aşağıdaki QSM için FOV yerleştirme için kullanıldı (nicel duyarlılık haritası) sekans. FOV merkezi olarak yerleştirildiböbrekler(Şek. 1).

QSM verileri, aşağıdaki parametrelerle bir eksenel tek nefes tutma 3D çoklu eko gradyan eko dizisi kullanılarak elde edildi: eko sayısı=4; TE1/ΔTE/TR=3.1/3.7/17 ms; çevirme açısı=15 derece ; edinme matrisi=256×192 × 26; voksel boyutu=1.64×1.64 × 3 mm3; bant genişliği=1775 Hz/piksel; dilim ve faz Fourier kodlaması=6/8; paralel görüntüleme hızlandırma faktörü=2; alma süresi 33 sn. için ayarlarböbrekQSM edinimi, mümkün olan en kısa çekim süresinde en uygun görüntü kalitesini elde etmek için ön testlerde belirlendi.

QSM edinimi sırasında nefes tutmanın kalitesi, entegre hasta gözlem kamerası tarafından görsel kontrol yoluyla doğrulandı. Ayrıca, elde edilen verilerin kalitesi, işlemden önce abdominal görüntülemede (AL 10 yıl, BV 4 yıl) iki deneyimli radyolog tarafından doğrulandı. Verilerde önemli hareket artefaktları olması durumunda, QSM (nicel duyarlılık haritası) edinim hemen tekrarlandı veya tekrar başarısız olursa daha fazla analizden çıkarıldı.

Şekil 1 Şunlar için FOV yerleştirme örneğiböbrekQSM alımı. FOV merkeze yerleştirildiböbreklertek tip görüntüleme koşulları sağlamak için

Rötuş

Şekil 2'deki akış şeması, tahmin etmek için üstlenilen yeniden yapılandırma adımlarını gösterir.böbrekQSM haritaları. Tüm hesaplamalar MATLAB (R2018a; The MathWorks, Inc., Natick, MA) kullanılarak yapıldı.

İlk adımda, veriler sıfır doldurularak 0,8×0,8 × 2,25 mm'lik bir voksel boyutu elde edildi.³. QSM için son işlem, orijinal olarak, yağın MRI sinyaline katkısının minimum olduğu beyin görüntüleme için optimize edilmiştir [20]. Bununla birlikte, beyin dışındaki uygulamalar, özellikle karın bölgesindeki uygulamalar, duyarlılık haritalarında kantifikasyon yanlılığını önlemek için etkili yağ giderme gerektirir. Bu çalışmada, su ve yağ arasındaki istenmeyen kimyasal kayma etkisi, Eşzamanlı faz açma ve kimyasal kaymanın giderilmesi (SPURS) adı verilen bir yöntemle ortadan kaldırılmıştır [20]. SPURS, sıfır doldurulmuş faz verilerindeki faz sarmalarını ortadan kaldırmak için grafik kesim tabanlı bir sarmalama kullanır. Ayrıca, arka plan alanının kaldırılması için bir girdi olarak kullanılan, sonuçtaki yağ düzeltmeli alan haritalarını hesaplamak için bir T2*-IDEAL yaklaşımı [23] uygulandı.

Bu çalışmada, karın dışındaki istenmeyen havayı gidermek için sıfır doldurulmuş büyüklük verilerinden eksenel görüntülerde (Brain Surface Extractor (BSE), BrainSuite, Version 18a, California Üniversitesi) tüm karın maskeleri otomatik olarak oluşturulmuştur. Segmentasyonun görsel kalite kontrolünden sonra oluşturulan maskeler, MEDI araç kutusunun [25] bir parçası olan Laplacian sınır değeri (LBV) algoritması [24] yardımıyla arka plan alanını kaldırmak için kullanıldı.

Son bir adımda, kötü tasarlanmış ters problem, QSM için çizgili artifakt azaltma ile çözüldü. (nicel duyarlılık haritası) (STAR-QSM) yöntemi [26], STI-Suite'den [9] duyarlılık haritalarıyla sonuçlanmıştır. Hem LBV hem de STAR-QSM varsayılan ayarlarla çalıştırıldı.

ITK-SNAP yazılımı (sürüm 3.8.0, Pensilvanya Üniversitesi) paravertebral kas dokusunda (336 piksel), karaciğerde (900 piksel), tümünde ilgi bölgelerini (ROI'ler) manuel olarak çizmek için kullanıldı.böbrek(sol ve sağ için 5533±1792 piksel ve 4756±1142 pikselböbrekler, sırasıyla),böbrekkorteks (sol ve sağ böbrekler için sırasıyla 1260±279 piksel ve 1245±265 piksel) ve renal medulla (sırasıyla sol ve sağ böbrekler için 993±293 piksel ve 962±392 piksel) (Şekil 3). Tüm ROI'ler ardışık üç dilim üzerinden çizildi ve her organ ve denek için ortalama duyarlılık ve standart sapma (SD) hesaplandı. Paravertebral kas dokusu, duyarlılık değerlerinin tutarlılığını sağlamak için mevcut çalışmada QSM nicelemesi için bir referans olarak kullanıldı (Ek Malzeme, Tablo S1) [27].

Şekil 2 Duyarlılık haritalarının hesaplanmasında rekonstrüksiyon adımlarını gösteren akış şeması. Yeniden yapılandırmanın başlangıç ​​noktası, sıfır doldurulmuş büyüklük ve faz verileridir. Su ve yağ arasındaki kimyasal kayma etkilerini ortadan kaldırmak için sıfır doldurulmuş faz verilerine eşzamanlı faz açma ve kimyasal kaymanın giderilmesi (SPURS) uygulandı. Ayrıca, sonuçtaki yağ düzeltmeli alan haritalarını (sarılmamış faz) hesaplamak için bir T2*-IDEAL yaklaşımı uygulandı. Tüm karın maskeleri, Laplacian sınır değeri (LBV) algoritması yardımıyla arka plan alanının kaldırılması için sıfır doldurulmuş büyüklük verilerinden otomatik olarak üretildi. Son bir adımda, kötü tasarlanmış ters problem, QSM için çizgili artifakt azaltma ile çözüldü. (nicel duyarlılık haritası) Duyarlılık haritalarıyla sonuçlanan STI-Suite'den (STAR-QSM) yöntemi.

Küresel son işleme etkilerinin hesaplanan QSM'yi saptırıp etkilemediğini incelemek için (nicel duyarlılık haritası) değerler, örneğin, ROI'ler boyunca güvenilmez alan tahmininden kaynaklanan yerel olmayan hatalar, karaciğerdeki QSM değerleri belirlendi ve mevcut literatür değerleriyle karşılaştırıldı.

Ayrıca, dış hava tahliyesinin doğruluğu, QSM miktar tayini için önemli bir adımdır. Maske tanımı kalitesinin QSM değerleri üzerindeki etkisini değerlendirmek için, maske tanımı bir sağlıklı denekte değiştirildi. Böylece veri setine sırasıyla dört farklı maske (karın dışında hava olmayan, az ve çok miktarda dış hava içeren ve tüm görüntü alanını içeren) uygulanmış ve sağın duyarlılık değerleri sırasıyla veri setine uygulanmıştır.böbrekKarşılaştırıldı.

Şekil 3 ROI yerleştirme örneği. Paravertebral kas dokusunda (336 piksel), karaciğerde (900 piksel), böbreğin tamamında (sol ve sağ böbrekler için sırasıyla 5533±1792 piksel ve 4756±1142 piksel) çizilen örnek ilgi alanları (ROI) ile karın büyüklüğü görüntüsü ),böbrekkorteks (sol ve sağ için 1260±279 piksel ve 1245±265 piksel)böbrekler, sırasıyla) ve renal medulla (sırasıyla sol ve sağ böbrekler için 993±293 piksel ve 962±392 piksel)

istatistiksel analiz

Sol ve sağın duyarlılık değerleriböbrekSağlıklı kontrol grubunun her iki böbreğindeki korteks ve medullanın yanı sıra, tüm denekler arasında ortalaması alındı ​​ve QSM'nin potansiyel klinik ilişkisinin bir örneğini değerlendirmek için sağ fibrotik böbrek içindeki ortalama ve SD ile karşılaştırıldı.

Ayrıca, sol ve sağ böbreklerin QSM sonuçlarını karşılaştırmak için Wilcoxon testi kullanıldı.böbrekkorteks ve medulla. Ayrıca, arasında bir Pearson korelasyonuböbrekve sağlıklı kontrol grubu için karaciğer duyarlılıkları hesaplandı.

Sonuçlar

Akciğerler ve çevre dokular arasındaki sınırdaki ciddi artefaktlar nedeniyle iki sağlıklı denek ileri analizden çıkarıldı (Şekil 4e).

QSM (nicel duyarlılık haritası) kalan 17 sağlıklı gönüllüde ve hastada başarıyla ölçülmüştür.böbrekfibrozis (Ek Materyal, Şekiller S1–S3). Karaciğer ve böbrek gibi parankimatöz üst karın organları bu veri setlerinde açıkça ayırt edilebiliyordu (Şekil 4). Bir durumda, faz açma işlemi, alana yakın küçük bir alanda başarısız oldu.böbrek, o bölgede yanlış duyarlılık değerlerine yol açar (Şekil 4d). Bununla birlikte, böbreğin sadece küçük bir kısmı etkilenmiştir ve ROI yerleşimi sırasında dikkate alınmıştır. Böbreğin ve karaciğerin QSM değerleri arasında (R2=0.035) (Şekil 5) hiçbir korelasyon gözlemlenmedi, bu da hesaplanan duyarlılık değerlerinde işlem sonrası yanlılıktan hiçbir küresel etki olmadığını gösterir.

Şekil 6, bir sağlıklı gönüllüde maske tanımının varyasyonu için duyarlılık haritalarını ve değerlerini gösterir. Renal QSM'de değişiklik yok (nicel duyarlılık haritası) nispeten küçük bir segmentasyon hatası olması durumunda değerler tanımlanabilir (Şekil 6a, b). Ancak, daha büyük miktarlarda hava, hatalı duyarlılık değerlerine yol açmıştır (Şekil 6c, d).

Ortalamaböbreksağlıklı gönüllülerin duyarlılık değerleri {{0}} idi.04±0.07 ppm (aralık − {{10}} sağ böbrek için .07 ila 0,16 ppm) ve sol böbrek için sırasıyla − 0,06±0,19 ppm (aralık − 0,35 ila 0,39 ppm) (Tablo 1). Sağ ve solun ortalama duyarlılık değerleriböbreklerönemli ölçüde farklıydı (p<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).

Sağlıklı gönüllülerde ölçülen karaciğer duyarlılık değerleri veböbrekfibrozis, sağlıklı gönüllüler ve renal fibrozlu hasta için sırasıyla {{0}}.17±0.13 ppm ve 0.15±0.01 ppm aralığındaydı (Tablo 2).

Beş denekte tekrarlanabilirlik ölçümleri, hem karaciğer hem de sağ böbrek için iyi bir tekrarlanabilirlik ortaya çıkardı QSM (nicel duyarlılık haritası) her iki ölçüm arasında hepatik veya renal duyarlılık değerlerinde anlamlı bir fark yoktu (p=0.48) (Tablo 3). Sağdaki duyarlılık değerleriböbrek{{0}}.02±0.06 ppm ve − 0.03±{{15} sırasıyla test ve tekrar test ölçümleri için }.11 ppm. Karaciğer duyarlılığı sırasıyla 0.16±0.10 ppm ve 0.12±0.07 ppm idi.

Şekil 7, sağlıklı bir gönüllü ve renal interstisyel fibrozlu incelenen hasta için büyüklük görüntülerinin üzerine yerleştirilmiş QSM haritalarını göstermektedir. Sağ fibrotik böbreğin duyarlılığı güçlü bir şekilde diyamanyetikti (− 0,43±0,02 ppm).

Tartışma

QSM (nicel duyarlılık haritası) doku mikro yapısı ve işlevi hakkındaki bilgilerin değerlendirilmesi için yeni, umut verici bir yaklaşımdır. Bu çalışmada, insan böbreğinin in vivo QSM'sini klinik bir MRI sistemi üzerinde gerçekleştirmenin fizibilitesini gösterdik. Sunulan edinim şeması ve ayrıca, son teknoloji ürünü QSM yöntemlerinden oluşan uygulanan QSM işleme hattı, incelenen deneklerin yüzde 90'ında başarılı oldu ve tekrarlanabilir sonuçlara yol açtı. Karındaki anatomik yapılar QSM haritalarında açıkça ayırt edilebiliyordu ve bağırsak bölgesinde sadece birkaç artefakt mevcuttu. Ayrıca sağlıklılarda elde edilen ortalama QSM değerleri arasındaki farkböbreklerve fibrotik böbreğin duyarlılığı, QSM'nin potansiyelini gösterir. (nicel duyarlılık haritası) sağlıklı ve patolojik arasında ayrım yapmak içinböbrekdoku. Bu finansman yalnızca tek bir fibrotik vakaya dayandığından, daha geniş hasta popülasyonu ile yapılacak ileri çalışmalar, gelecekte QSM'nin tanısal değerini kanıtlamalıdır.

Şekil 4 Beş sağlıklı gönüllünün yerel alan ve duyarlılık haritaları ve ilgili üst karın maskesinin yanı sıra sarılmış ve açılmamış faz görüntülerinin örnekleri. Anatomik yapılar açıkça ayırt edilebilir ve bağırsak bölgesinde (a-c) sadece birkaç artefakt mevcuttur. Bir durumda, faz açma işlemi,böbrek, yanlış duyarlılık değerlerine yol açar (d, beyaz ok). İki sağlıklı gönüllüde bulunan akciğerlerdeki havaya bağlı ciddi artefaktlar (e, siyah oklar) örneği. Her iki veri seti de sonraki işlemlerden çıkarıldı.

Şekil 5 Arasındaki Pearson korelasyon grafiğiböbrekve sağlıklı gönüllülerin karaciğer duyarlılık değerleri. Renal ve hepatik QSM arasında hiçbir korelasyon gözlemlenmedi (nicel duyarlılık haritası) değerler (R2=0.035), global işlem sonrası etkilerin QSM nicelemeyi etkilemediğini gösterir.

Şekil 6 Bir sağlıklı gönüllüde dış havanın çıkarılması için maske tanımının varyasyonu için duyarlılık haritalarının ve değerlerinin örnekleri. Sağdaki QSM değerlerinde değişiklik yokböbrekSegmentasyondan sonra (a) ve az miktarda dış hava içeren (b) dış havanın kalmadığı nispeten küçük bir segmentasyon hatası olması durumunda tanımlanabilir. Ancak, daha büyük miktarlarda dış hava, yanlış duyarlılık değerlerine yol açtı (c, d)

Tablo 1 Bütüne ait duyarlılık değerleriböbrek, korteks ve sağlıklı gönüllülerin medullası, 17 deneğin tamamında ortalama

QSM'deki önemli fark (nicel duyarlılık haritası) sağ ve sol değerleriböbrekler(p<0.05) is="" probably="" based="" on="" higher="" motion="" artifacts="" in="" the="" left="" kidney.="" considering="" the="" standard="" deviation,="" the="" susceptibility="" of="" healthy="">böbrektissue 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)

Tablo 2 Sağlıklı gönüllülerin sağ böbreğinin ve karaciğerinin duyarlılık değerleri, ortalama 17 denek ve şiddetli böbrek fibrozu olan hasta

Sağdaki QSM değeriböbrekSağlıklı gönüllülerin sağ böbreklerinde ölçülen QSM değerlerinden renal fibrozisli hastaların oranı önemli ölçüde farklıdır. Bununla birlikte, sağlıklı gönüllülerde ölçülen karaciğer QSM değerleri ve renal fibrozlu hasta, global etkiler yanlı renal QSM sonuçları hariç, aynı aralıktadır.

QSM, daha önce [17, 27, 29, 30] insan karnında uygulanmış ve yeni bir MRI tekniği olarak umut verici sonuçlar vermiştir. Bununla birlikte, yöntem, şimdiye kadar insan böbreğine in vivo uygulamasını engelleyen bazı teknik zorluklar ortaya koymaktadır. QSM için önceden oluşturulmuş görüntü son işleme adımlarını birleştirerek ve optimize ederek (nicel duyarlılık haritası), bu sorunlardan bazıları mevcut çalışmada başarıyla çözüldü. İlk olarak, inspirasyonun sonunda tek bir nefes tutma sırasında veri elde edilerek serbest solunumla indüklenen hareket artefaktları elimine edildi. İkincisi, su ve yağ arasındaki istenmeyen kimyasal kayma etkisi, gelişmiş bir işlem sonrası boru hattı kullanılarak ortadan kaldırıldı. Üçüncüsü, artefaktları en aza indirmek ve tekrarlanabilir sonuçlar sağlamak için yeterli edinme ve işlem sonrası parametreleri belirlendi.

Tablo 3 Tekrarlanabilirlik sonuçları.

Sağ için ortalama±standart sapma duyarlılık değerleriböbrekve karaciğerin beş tekrarlanabilirlik deneğinin ortalaması alındı. Her iki ölçüm arasında hepatik veya renal duyarlılık değerlerinde önemli bir fark olmaksızın hem karaciğer hem de sağ böbrek için iyi tekrarlanabilirlik QSM (p=0.48)

Şekil 7 Sağlıklı bir gönüllü (soldaki resim) ve renal fibrozisli hasta (sağdaki resim) için sağ böbreğin QSM haritaları ile üst üste bindirilmiş büyüklük görüntüleri. fibrotikböbreksağlıklı durumda ölçülen QSM değerinden önemli ölçüde düşük olan güçlü bir diyamanyetik değer (− {{0}}.43±− 0.02 ppm) gösterir.böbrekdoku (sağ böbrek {{0}}.04±0.07 ppm)

Bildiğimiz kadarıyla, bu in vivo QSM'yi gerçekleştiren ilk çalışmadır. (nicel duyarlılık haritası) insandaböbrekklinik MRI sisteminde. Literatür renal QSM değerleri mevcut olmadığından, sadece çalışmamızda elde edilen karaciğerin duyarlılık değerlerini diğer gruplar tarafından bildirilenlerle karşılaştırabildik. Lin ve ark. [27], hesaplanan karaciğer duyarlılığı 0.23 ila 5.94 ppm arasındaydı. Bununla birlikte, çalışmaları hepatik aşırı demir yükü (hemokromatoz) olan hastalara odaklanmıştır. Daha az hepatik demir birikimi olan bireyler, yaklaşık 0.34 ppm QSM değerleri gösterdi ve sağlıklı kabul edildi. Dong ve ark. [20], ortalama karaciğer duyarlılık değerleri {{10}}.23±0.07 ppm olarak belirlendi. Genel olarak, mevcut çalışmada ölçülen karaciğer QSM değerleri (0,01-0,44 ppm aralığı) önceki araştırmalarla tutarlıdır, bu da hiçbir küresel etkinin sonuçlarımızı etkilemediğini gösterir.

Kötü maske tanımı aşağıdakileri etkileyebilir:böbrekQSM değerleri. Bu nedenle, dış hava tahliyesinin optimal doğruluğu, QSM miktar tayini için önemli bir adımdır. Mevcut çalışmada, sağlıklı bir deneğin maske tanımını değiştirdik. Bu örnekte, sağdaki QSM değerlerinde önemli bir değişiklik yokböbrekbizim çalışmamızda olduğu gibi nispeten küçük bir segmentasyon hatası durumunda tespit edilebilir. Bununla birlikte, maske tanımının QSM değerleri üzerindeki etkisinin sistematik bir değerlendirmesi, daha ileri simülasyon çalışmalarının bir amacı olabilir.

Bu çalışmada, sol böbreğin QSM değerlerinin değişkenliği sağ böbreğe göre anlamlı derecede yüksekti (p<0.05). this="" difference="" might="" be="" due="" to="" higher="" cardiac="" artifacts="" of="" the="" left="">böbrek, önceki birkaç renal MRG çalışmasında gösterildiği gibi [28]. Bu etki, renal QSM'nin daha da geliştirilmesiyle azalabilir.

Kortiko-medüller farklılaşma QSM ile mümkün değildi (nicel duyarlılık haritası) in the current study (p>0.05), muhtemelen yöntemin orta düzeyde çözünürlüğü nedeniyle. Kortiko-medüller farklılaşmayı sağlamak için QSM çözünürlüğünün iyileştirilmesi, daha ileri çalışmaların bir amacı olmalıdır.

QSM'nin potansiyel tanısal değerini incelemek için,böbrekfibrozis son dönem böbrek patolojisi örneği olarak çalışmaya dahil edildi. Daha önce, renal fibrozisin, muhtemelen güçlü bir şekilde diamanyetik olan [31] kollajenin aşırı birikimi nedeniyle böbrek dokusunun [13] diyamanyetik içeriğini arttırdığı bildirilmişti. Standart sapma dikkate alındığında, mevcut çalışmada sağlıklı böbrek dokusunun duyarlılığı 0 civarında dalgalanmaktadır. Bizim çalışmamızda, fibrotikböbreksağlıklı böbrek dokusundan önemli ölçüde daha düşük olan güçlü bir diyamanyetik duyarlılık değeri gösterdi. Renal QSM'nin kesin tanısal değerini değerlendirmek için daha büyük bir hasta kohortunda gelecekteki araştırmalara ihtiyaç vardır. (nicel duyarlılık haritası).

Çalışmamızın çeşitli sınırlamaları vardır. Öncelikle sağlıklı gönüllü sayısı azdı ve bu çalışmaya sadece bir hasta dahil edildi. Bununla birlikte, odak noktamız, klinik bir MRI sisteminde in vivo böbrek QSM'si gerçekleştirmek için sağlam bir satın alma protokolü ve işlem sonrası boru hattı geliştirmekti. İkinci olarak, su ve yağ arasındaki istenmeyen kimyasal kayma etkisini ortadan kaldırmak ve yağ düzeltmeli alan haritalarını hesaplamak için SPURS ve bir T2* IDEAL yaklaşımı kullanıldı. Elde etme süresini uzatacağı için bu çalışmada herhangi bir yağ baskılama tekniği kullanılmamıştır. Bu konuyu ele almak için, karında QSM ölçülürken hacimsel enterpolasyonlu nefes tutma muayenesi (VIBE) [32] veya radyal edinim şemaları [33] gibi daha hızlı görüntüleme yöntemleri dikkate alınmalıdır. Üçüncüsü, üretilen maskeler yalnızca karın dışındaki havayı çıkardı. Duyarlılık hesaplamalarında bağırsak yolundaki ve akciğerlerdeki hava hala mevcuttu. Bu, ROI boyunca yerel alanlarda yerel olmayan hatalara yol açabilir [34]. Bununla birlikte, mevcut çalışmada iyi bir özne içi tekrarlanabilirlik gösterdik, bu da karın içindeki havadan kaynaklanan hatanın ihmal edilebilir olduğunu gösteriyor. Ayrıca, MR görüntülerinin çözünürlüğü oldukça düşüktü, bu da duyarlılığın olduğundan az tahmin edilmesine yol açmış olabilir [35, 36]. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için, ham veriler QSM son işlemeden önce sıfır dolduruldu. Ayrıca, QSM verileri, hasta ve yaşlı denekler için gerçekleştirilmesi zor olabilecek 33 saniyelik tek bir nefes tutma süresinde elde edildi. Bu nedenle, görüntü kalitesini korurken tarama süresini azaltmak için çoklu yankı 3D gradyan-yankı dizisinin daha fazla optimizasyonu gerekir.

Sonuç olarak, in vivo QSM'nin uygulanabilirliği (nicel duyarlılık haritası) insandaböbrekiyi tekrarlanabilirlik ile mevcut çalışmada başarıyla gösterildi. Sağlıklı böbrekler ve fibrotik böbrek arasındaki QSM değerlerindeki bariz fark, QSM'nin olası tanı potansiyelini gösterir. İşlevsellik için QSM'nin tanısal uygunluğunu kanıtlamak için daha büyük hasta popülasyonları ile daha ileri çalışmalar yapılmalıdır.böbrekMR görüntüleme.

Elektronik ek materyal Bu makalenin çevrimiçi versiyonu (https://doi.org/10.1007/s10334-020-00895-9), yetkili kullanıcıların erişimine açık olan ek materyaller içermektedir.

Yazar katkıları EB: çalışma anlayışı ve tasarımı, verilerin elde edilmesi, verilerin analizi ve yorumlanması, makalenin taslağının hazırlanması ve kritik revizyon; JS: çalışma anlayışı ve tasarımı, veri toplama ve kritik revizyon; TT: verilerin elde edilmesi, verilerin analizi ve yorumlanması ve kritik revizyon; JJ: verilerin elde edilmesi, verilerin analizi ve yorumlanması ve kritik revizyon; RZ: verilerin elde edilmesi, verilerin analizi ve yorumlanması ve kritik revizyon; BV: verilerin elde edilmesi, verilerin analizi ve yorumlanması ve kritik revizyon; HW: çalışma anlayışı ve tasarımı, verilerin analizi ve yorumlanması ve kritik revizyon; AL: çalışma anlayışı ve tasarımı, verilerin elde edilmesi, verilerin analizi ve yorumlanması, makalenin taslağının hazırlanması ve kritik revizyon.

Finansman Açık Erişim finansmanı, Projekt DEAL tarafından etkinleştirildi ve düzenlendi.

Cistanche-böbrek yetmezliği belirtileri

Etik standartlara uygunluk

Çıkar Çatışması Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan eder. Ayrıca tüm yazarların herhangi bir kuruluşla herhangi bir mali ilişkisi bulunmamaktadır. Çalışma sponsorlu değildir.Etik standart Çalışma yerel etik kurul tarafından onaylanmıştır.Bilgilendirilmiş onam Tüm deneklerden yazılı bilgilendirilmiş onam alınmıştır.Açık Erişim Bu makale Creative Commons Attribution 4 ile lisanslanmıştır.0 Uluslararası Lisans, orijinal yazar(lar)a ve kaynağa uygun bir şekilde atıfta bulunduğunuz, Creative Commons lisansına bir bağlantı sağladığınız ve değişikliklerin yapılıp yapılmadığını belirttiğiniz sürece, herhangi bir ortamda veya formatta kullanım, paylaşım, uyarlama, dağıtım ve çoğaltmaya izin veren yaptı. Bu makaledeki resimler veya diğer üçüncü şahıs materyalleri, materyalin kredi limitinde aksi belirtilmedikçe makalenin Creative Commons lisansına dahildir. Materyal, makalenin Creative Commons lisansına dahil değilse ve kullanım amacınız yasal düzenlemeler tarafından izin verilmiyorsa veya izin verilen kullanımı aşarsa, doğrudan telif hakkı sahibinden izin almanız gerekir. Bu lisansın bir kopyasını görüntülemek için http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ adresini ziyaret edin.

Referanslar

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) Klinik çeviri için teknik önerilerböbrekMRI: Bilim ve Teknoloji Eyleminde İşbirliği PARENCHIMA'nın bir fikir birliği projesi. 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) Kronik için manyetik rezonans görüntüleme biyobelirteçleriböbrekhastalık: Avrupa Bilim ve Teknoloji İşbirliği Eylemi PARENCHIMA'dan bir durum belgesi. Nefrol Kadran Nakli 33:24–214

3. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM (2018) Böbreklerin fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemesi: nerede duruyoruz? Avrupa COST Eylemi PARENCHIMA'nın perspektifi. Nefrol Kadran Nakli. 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)böbrekbiyopsi: nefrolojide moleküler tanı stratejileri. J Am Soc Nephrol 13: 1961–1972

5. Corwin HL, Schwartz MM, Lewis EJ (1988) Böbrek biyopsisinin yorumlanmasında örnek boyutunun önemi. J Nephrol mu 8:85-89

6. Haacke EM, Liu S, Buch S, Zheng W, Wu D, Ye Y (2015) Kantitatif duyarlılık haritası: mevcut durum ve gelecekteki yönler. Magn Reson Görüntüleme 33:1–25

7. Liu C, Wei H, Gong NJ, Cronin M, Dibb R, Decker K (2015) Kantitatif duyarlılık haritalaması: kontrast mekanizmaları ve klinik uygulamalar. Tomografi 1:3–17

8. Schweser F, Deistung A, Reichenbach JR (2016) Kantitatif duyarlılık haritalaması (QSM) için MRI fazı görüntüleme ve işlemenin temelleri. Z Med Fizik 26:6–34

9. Li W, Wu B, Liu C (2011) İnsan beyninin kantitatif duyarlılık haritası, doku kompozisyonundaki uzamsal değişimi yansıtır. NeuroImage 55:1645–1656

10. Wang Y, Liu T (2015) Kantitatif duyarlılık haritalaması (QSM): bir doku manyetik biyobelirteç için MRI verilerinin kodunun çözülmesi. Magn Reson Med 73:82–101

11. Duyn JH, Van Gelderen P, Li TQ, De Zwart JA, Koretsky AP, Fukunaga M (2007) Sinyal fazına dayalı beyin kortikal altyapısının yüksek alan MRI'sı. Proc Natl Acad Sci ABD 104:11796–11801

12. Liu C (2010) Duyarlılık tensör görüntüleme. Magn Reson Med 63:1471–1477

13. Xie L, Sparks MA, Li W, Qi Y, Liu C, Cofman TM, Johnson GA (2013) Kantitatif duyarlılık haritalamasıböbrektip 1 anjiyotensin reseptörü eksikliği olan farelerde iltihaplanma ve fibroz. 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) Brain iron at kantitatif MRI multipl sklerozda sakatlık ile ilişkilidir. Radyoloji 289:487–496

15. Li DTH, Hui ES, Chan Q, Yao N, Chua SE, McAlonan GM, Pang SYY, Ho SL, Mak HKF (2018) Demanslı Parkinson hastalığında subkortikal ve limbik demir anormalliğinin bir göstergesi olarak nicel duyarlılık haritası. NeuroImage Clin 20:365–373

16. Sun H, Klahr AC, Kate M, Gioia LC, Emery DJ, Butcher KS, Wilman AH (2018) Aşağıdaki intrakraniyal kanama için kantitatif duyarlılık haritası. Radyoloji 288:830-839

17. Sharma SD, Hernando D, Horng DE, Reeder SB (2015) Hepatik aşırı demir yüklenmesinin bir görüntüleme biyobelirteç olarak karında kantitatif duyarlılık haritası. Magn Reson Med 74:673–683

18. Xie L, Layton AT, Wang N, Larson PEZ, Zhang JL, Lee VS, Liu C, Johnson GA (2016) Değerlendirme için ultra kısa eko zamanlı MRI ile dinamik kontrastlı kantitatif duyarlılık haritalamasıböbrekişlev. Am J Physiol Ren Physiol 310:F174–F182

19. Xie L, Dibb R, Cofer GP, Li W, Nicholls PJ, Johnson GA, Liu C (2015) Böbrek ve mikroyapısal temellerinin duyarlılık tensör görüntülemesi. 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) Eş zamanlı faz açma ve kimyasal kaymanın (SPURS) grafik kesimleri kullanılarak çıkarılması: kantitatif duyarlılıkta uygulama haritalama. IEEE Trans Med Görüntüleme 34:531–540

21. Li W, Wang N, Yu F, Han H, Cao W, Romero R, Tantiwongkosi B, Duong TQ, Liu C (2015) Kantitatif duyarlılık haritalamasında çizgilenme artefaktlarını tahmin etmek ve kaldırmak için bir yöntem. NeuroImage 108:111–122

22. Bechler E, Stabinska J, Wittsack H (2019) Karında kantitatif duyarlılık haritalamasını optimize etmek için farklı faz açma yöntemlerinin analizi. Magn Reson Med 82:2077–2089

23. Hernando D, Kramer JH, Reeder SB (2013) Çoklu tepe yağ düzeltmeli kompleks R2* gevşetme ölçümü: teori, optimizasyon ve klinik doğrulama. Magn Reson Med 70:1319–1331

24. Zhou D, Liu T, Spincemaille P, Wang Y (2014) Laplacian sınır değer problemini çözerek arka plan feld çıkarma. 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) arasında yapısal tutarlılık kullanılarak nicel duyarlılık haritalaması için morfoloji etkin dipol ters çevirme büyüklük görüntüsü ve duyarlılık haritası. NeuroImage 59:2560–2568

26. Wei H, Dibb R, Zhou Y, Sun Y, Xu J, Wang N, Liu C (2015) Geniş dinamik aralığa sahip kaynakların nicel duyarlılık haritalaması için çizgi artefaktı azaltma. 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) Eşzamanlı karaciğer demir ve yağı için su-yağ ayrımı ile birlikte kantitatif duyarlılık haritalaması fraksiyon ölçümü. 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)böbrek3.0 ve 1.5 Tesla'da. Açta Radyol 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) Rapid otomatik karaciğer kantitatif duyarlılık haritalaması. J Magn Rezon Görüntüleme. https://doi.org/10.1002/jmri.26632

30. Li J, Lin H, Liu T, Zhang Z, Prens 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) Kantitatif duyarlılık haritalaması (QSM), karaciğer demir konsantrasyonunun R2* tahmininde hücresel patolojiden kaynaklanan etkileşimi en aza indirir. J Magn Reson Görüntüleme 48:1069–1079

31. Luo J, He X, d'Avignon DA, Ackerman JJH, Yablonskiy DA (2010) Protein kaynaklı su 1H MR frekans kaymaları: manyetik duyarlılık ve değişim etkilerinden katkılar. J Magn Reson 202:102–108

32. Rofsky NM, Lee VS, Laub G, Pollack MA, Krinsky GA, Thomasson D, Ambrosino MM, Weinreb JC (1999) Hacimsel enterpolasyonlu nefes tutma muayenesi ile Abdominal MR görüntüleme. Radyoloji 212:876-884

33. Yedururi S, Kang HC, Wei W, Wagner-Bartak NA, Marcal LP, Staford RJ, Willis BJ, Szklaruk J (2016) Serbest nefes alan radyal hacimsel enterpolasyonlu nefes tutma muayenesi ve nefes tutma kartezyen hacimsel enterpolasyonlu nefes tutma muayenesi 1.5 T'de karaciğerin manyetik rezonans görüntüleme muayenesi. World J Radiol 8:707

34. Schweser F, Robinson S, de Rochefort L, Li W, Bredies K (2017) Faz MRI ve QSM için işleme yöntemlerinin resimli bir karşılaştırması: ilgi alanı dışındaki kaynaklardan arka plan alan katkılarının kaldırılması. NMR Biomed. https://doi.org/10.1002/nm.3604

35. Karsa A, Punwani S, Shmueli K (2019) Düşük çözünürlük ve kapsamın duyarlılık haritalamasının doğruluğuna etkisi. Magn Reson Med 81:1833–1848

36. Zhou D, Cho J, Zhang J, Spincemaille P, Wang Y (2017) Yüksek duyarlıklı bir fantomda duyarlılığın küçümsenmesi: görüntüleme çözünürlüğüne, büyüklük kontrastına ve diğer parametrelere bağımlılık. Magn Reson Med 78:1080–1086

Yayıncının Notu Springer Nature, yayınlanmış haritalarda ve kurumsal bağlantılarda yargı yetkisi iddiaları konusunda tarafsız kalmaktadır.