Възможност за количествено картографиране на чувствителността (QSM) на човешкия бъбрек

За повече информация:ali.ma@wecistanche.com

Ерик Бехлер1 · Джулия Стабинска1 · Томас Тиел1 · Йонас Джасе1 · Романс Зуковс2 · Бирте Валентин1 · Ханс-Йорг Витцак1 · Александра Лиймани1

Резюме

Цел Да се ​​оцени осъществимостта на in vivoколичествено картографиране на чувствителността(QSM) на човекабъбрек.

Методи Аксиална 3D мулти-ехо последователност с едно задържане на дъха (време за придобиване 33 s) беше завършена на 3 T-MRI-скенер (Magnetom Prisma, Siemens Healthineers, Ерланген, Германия) при 19 здрави доброволци. Беше извършено разопаковане на базата на графика, комбинирано с подхода T2*-IDEAL, за да се премахне химическото изместване на мазнините и да се определи количествено QSM (количествено картографиране на чувствителността)на горната част на корема. Средни стойности на чувствителност на целия, бъбречната кора и медулата и в дветебъбреции черният дроб бяха определени и сравнени. Пет субекта бяха измерени два пъти, за да се провери възпроизводимостта. Един пациент с тежкабъбречнафиброзата беше включена в проучването за оценка на потенциалното клинично значение на QSM.

Резултати QSM (количествено картографиране на чувствителността) е успешен при 17 доброволци и пациенти с бъбречна фиброза. Анатомичните структури в корема бяха ясно различими чрез QSM и стойностите на чувствителност, получени в черния дроб, бяха сравними с тези, открити в литературата. Резултатите показаха добра възпроизводимост. Освен това среднатабъбречнаQSM стойности, получени при здрави доброволци ({{0}}.04±0.07 ppm за дясно и − 0.06±0.19 ppm за лявобъбрек) са значително по-високи от измерените в изследваните фибрознибъбрек(– {{0}}.43±− 0.02 ppm).

Заключение QSM на човекабъбрекможе да бъде обещаващ подход за оценка на информация за структурата на микроскопичната бъбречна тъкан. Следователно, това може допълнително да подобри функционалното изобразяване на ЯМР на бъбреците.

Ключови думи Количествено картографиране на чувствителността · БъбречнаMRI · Функционално бъбречно изображение

Въведение

През последните години се наблюдава нарастващ изследователски интерес към функционалнитебъбречнаЯМР. Няколко предишни проучвания демонстрират големия потенциал на ЯМР биомаркерите за характеризиране на различни патологични процеси, участващи в прогресирането нахронично бъбречно заболяване(CKD) [1–3]. Хистологичен отличителен белег на ХБН и основна причина за прогресивна загуба на бъбречна функция при бъбречна интерстициална фиброза. Следователно, степента на интерстициална фиброза в бъбречната тъкан е важен показател за определяне на обратимостта наувреждане на бъбреците. Досега единственият надежден клиничен инструмент за оценка на степента на тубулоинтерстициална фиброза е бъбречната биопсия. Тъй като тази диагностична процедура е инвазивна, нарушена от пристрастност на пробите и не е произволно повторима [4, 5], неинвазивен образен метод, способен да оцени точно степента на бъбречна интерстициална фиброза, е силно желателен.

Количествено картографиране на чувствителността(QSM) е нова MRI техника, която използва фазови изображения за получаване на висок структурен контраст и количествена информация за магнитната чувствителност на тъканта [6–9]. В предишни проучвания QSM е чувствителен към промени в тъканната микроструктура или химичен състав [10–12] и следователно е обещаващ, неинвазивен подход за оценка набъбречнаинтерстициална фиброза [13]

Досега QSM се прилага предимно за измерване на патологични отлагания в базалните ганглии при различни неврологични заболявания или като образен биомаркер за претоварване с желязо в черния дроб [14–17]. По-нови проучвания върху животински модели изследват потенциала на QSM за оценкабъбречнамикроструктура [13, 18, 19]. По-специално, Xie et al. [13] демонстрират чувствителността на QSM при откриване на патология, причинена от бъбречно възпаление и фиброза при мишки. Въпреки това, доколкото ни е известно, не е провеждано адекватно проучване in vivo за картографиране на чувствителността в hчовешки бъбрек.

Абдоминален QSM (количествено картографиране на чувствителността) се счита за технически предизвикателство. Първо, дихателното движение на горните коремни органи води до ограничен структурен контраст и подценени стойности на чувствителност [17]. Второ, наличието на коремна мазнина влияе отрицателно върху оценката на картата на полето B 0, което е критична стъпка в QSM алгоритъма [17, 20]. Трето, големите вариации на чувствителността около интерфейсите въздух-тъкан причиняват сериозни артефакти на ивици и по този начин грешни QSM карти [21]. Освен това, както е показано в предишно предварително симулационно проучване от нашата проучвателна група [22], точността на картата на коремната чувствителност е силно повлияна от етапа на фазова обработка, включително разопаковане и премахване на фоново поле.

Настоящата работа имаше за цел да оцени възможността за извършване на in vivo QSM начовешки бъбрекна клинична ЯМР система. За тази цел оптимизиран протокол за получаване на MRI и QSM (количествено картографиране на чувствителността) тръбопроводът за обработка беше използван за получаване на QSM карти на бъбреците.

Кликнете, за даCistanche para que sirve за лечение на бъбречно заболяване

Методи

Проучване на населението

Проучването е одобрено от местната комисия по етика и е получено писмено информирано съгласие от всички субекти.

Деветнадесет здрави доброволци (средна възраст 28,1±12,9 години) без анамнеза забъбрекзаболяване или всяко известно системно заболяване, потенциално засягащо бъбреците, участвали в проучването. Пет субекта бяха измерени два пъти с интервал от 10 минути между измерванията и повторното позициониране в MRI, за да се оцени възпроизводимостта.

Освен това 78-годишен пациент от мъжки пол с тежкабъбрекфиброза поради дълга анамнеза набъбречнанедостатъчност (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=""> (количествено картографиране на чувствителността).

Преди прегледа не е предприета специфична подготовка [1].

Събиране на данни

Събирането на данни беше извършено на 3 T скенер (Magnetom Prisma, Siemens AG, Healthineers, Ерланген, Германия), използвайки 32-канална намотка за гръбначен стълб в комбинация с 30-канална намотка за тяло. За получаване на анатомични изображения беше използвана единична последователност на турбо спин-ехо (HASTE) на половин Фурие във всичките три оси на изображението (аксиална, коронална и сагитална). Тези анатомични изображения бяха използвани за поставяне на FOV за следващия QSM (количествено картографиране на чувствителността) последователност. FOV беше поставен централно вбъбреци(Фиг. 1).

Данните за QSM бяха получени с помощта на аксиална 3D мулти-ехо градиентна ехо последователност със задържане на дъха със следните параметри: брой ехо=4; TE1/ΔTE/TR=3.1/3.7/17 ms; ъгъл на обръщане=15 градуса; матрица за придобиване=256×192 × 26; размер на воксела=1.64 × 1,64 × 3 mm3; честотна лента=1775 Hz/пиксел; срезово и фазово кодиране на Фурие=6/8; фактор на ускоряване на паралелното изобразяване=2; време на придобиване 33 s. Настройките забъбречнаПолучаването на QSM е определено в предварителни тестове, за да се постигне оптимално качество на изображението за възможно най-кратко време за придобиване.

Качеството на задържането на дъха по време на придобиването на QSM беше проверено чрез визуален контрол от интегрираната камера за наблюдение на пациента. Освен това, качеството на получените данни беше проверено от двама опитни рентгенолози в коремни изображения (AL 10 години, BV 4 години) преди последваща обработка. В случай на значителни артефакти при движение в данните, QSM (количествено картографиране на чувствителността) придобиването се повтаря незабавно или се изключва от по-нататъшен анализ, ако повторението е неуспешно.

Фиг. 1 Пример за разположение на FOV забъбречнаПридобиване на QSM. FOV беше поставен централно вбъбрециза осигуряване на еднакви условия за изображения

Последваща обработка

Диаграмата на Фиг. 2 показва стъпките на реконструкция, които са предприети за оценка набъбрекQSM карти. Всички изчисления бяха извършени с помощта на MATLAB (R2018a; The MathWorks, Inc., Natick, MA).

В първата стъпка данните бяха запълнени с нула, което доведе до размер на воксел от 0.8×0.8 × 2.25 mm³. Пост-обработката за QSM първоначално е оптимизирана за изобразяване на мозъка, където приносът на мазнините към ЯМР сигнала е минимален [20]. Въпреки това приложенията извън мозъка, особено в областта на корема, изискват ефективно отстраняване на мазнини, за да се избегнат отклонения в количественото определяне в картите на чувствителността. В това проучване ефектът на нежеланото химическо изместване между вода и мазнина беше елиминиран чрез метод, наречен Едновременно фазово разгръщане и премахване на химическо изместване (SPURS) [20]. SPURS използва базирано на изрязване на графика разгръщане, за да елиминира обвивките на фазите във фазовите данни с нула. Освен това беше приложен подход T2*-IDEAL [23] за изчисляване на получените коригирани с мазнини карти на полето, които бяха използвани като вход за премахване на фоновото поле.

В това проучване маските на целия корем бяха автоматично генерирани върху аксиалните изображения (Brain Surface Extractor (BSE) от BrainSuite, версия 18a, Калифорнийски университет) от данните за нулева величина, за да се премахне нежеланият въздух извън корема. След визуален контрол на качеството на сегментирането, генерираните маски бяха използвани за премахване на фоновото поле с помощта на алгоритъма за гранична стойност на Лаплас (LBV) [24], който е част от MEDI-toolbox [25].

В крайна стъпка, неправилно поставеният обратен проблем беше решен чрез намаляване на артефакта на ивици за QSM (количествено картографиране на чувствителността) (STAR-QSM) метод [26] от STI-Suite [9], водещ до карти на чувствителност. Както LBV, така и STAR-QSM бяха пуснати с настройки по подразбиране.

Софтуерът ITK-SNAP (версия 3.8.0, Университет на Пенсилвания) беше използван за ръчно начертаване на региони на интерес (ROI) в паравертебралната мускулна тъкан (336 пиксела), черния дроб (900 пиксела), целиябъбрек(5533±1792 пиксела и 4756±1142 пиксела за ляво и дяснобъбреци, съответно),бъбречнакортекс (1260±279 пиксела и 1245±265 пиксела съответно за ляв и десен бъбрек) и бъбречна медула (993±293 пиксела и 962±392 пиксела съответно за ляв и десен бъбрек) (фиг. 3). Всички ROI бяха начертани върху три последователни среза и средната чувствителност и стандартното отклонение (SD) бяха изчислени за всеки орган и субект. Паравертебралната мускулна тъкан беше използвана като референтна за количествено определяне на QSM в настоящото проучване, за да се осигури последователност на стойностите на чувствителност (допълнителен материал, таблица S1) [27].

Фиг. 2 Диаграма, показваща стъпките на реконструкцията и изчисляването на картите на чувствителността. Началната точка на реконструкцията са запълнените с нула данни за величината и фазата. Едновременно разопаковане на фазата и премахване на химическото изместване (SPURS) беше приложено към данни с нулева фаза, за да се премахнат ефектите на химическо изместване между вода и мазнина. Освен това беше приложен подход T2*-IDEAL за изчисляване на получените полеви карти с коригирана мазнина (неопакована фаза). Маските на целия корем бяха автоматично генерирани от данни с нулева величина за премахване на фоново поле с помощта на алгоритъма за гранична стойност на Лаплас (LBV). В крайна стъпка, неправилно поставеният обратен проблем беше решен чрез намаляване на артефакта на ивици за QSM (количествено картографиране на чувствителността) (STAR-QSM) метод от STI-Suite, водещ до карти на чувствителност.

Да се ​​провери дали ефектите от глобалната последваща обработка променят изчисления QSM (количествено картографиране на чувствителността) стойности, напр. нелокални грешки от ненадеждна оценка на полето в ROI, стойностите на QSM в черния дроб бяха определени и сравнени с наличните литературни стойности.

Освен това, точността на отстраняването на външния въздух е важна стъпка за количественото определяне на QSM. За да се оцени влиянието на качеството на дефиницията на маската върху стойностите на QSM, дефиницията на маската беше променена в един здрав субект. По този начин четири различни маски (без въздух извън корема, съдържащи малко и голямо количество външен въздух и съдържащи цялата област на изображението) бяха приложени към набора от данни, съответно, и стойностите на чувствителност на дяснатабъбрекбяха сравнени.

Фиг. 3 Пример за поставяне на ROI. Магнитудно изображение на корема с примерни региони на интерес (ROI), начертани в паравертебралната мускулна тъкан (336 пиксела), черния дроб (900 пиксела), целия бъбрек (5533±1792 пиксела и 4756±1142 пиксела за левия и десния бъбрек, съответно ),бъбречнакортекс (1260±279 пиксела и 1245±265 пиксела за ляво и дяснобъбреци, съответно) и бъбречна медула (993±293 пиксела и 962±392 пиксела съответно за ляв и десен бъбрек)

Статистически анализ

Стойностите на чувствителността на ляво и дяснобъбрек, както и кората и медулата в двата бъбрека, на здравата контролна група, бяха осреднени за всички субекти и сравнени със средната стойност и SD в десния фиброзен бъбрек, за да се оцени пример за потенциалното клинично значение на QSM.

Освен това тестът на Wilcoxon беше използван за сравняване на резултатите от QSM на левия и десния бъбрек, както ибъбречнакора и медула. Освен това, корелация на Пиърсън междубъбреки чувствителността на черния дроб е изчислена за здравата контролна група.

Резултати

Двама здрави субекта бяха изключени от по-нататъшен анализ поради тежки артефакти на границата между белите дробове и околната тъкан (фиг. 4е).

QSM (количествено картографиране на чувствителността) беше успешно количествено определен при 17-те останали здрави доброволци и пациента сбъбречнафиброза (Допълнителен материал, Фигури S1–S3). Паренхиматозните горни коремни органи, като черен дроб и бъбрек, са ясно различими в тези набори от данни (фиг. 4). В един случай фазовото разопаковане се провали в малка област близо добъбрек, което води до неточни стойности на чувствителност в този регион (фиг. 4d). Въпреки това, само малка част от бъбрека беше засегната и беше взета предвид по време на поставянето на ROI. Не се наблюдава корелация между QSM стойностите на бъбрека и черния дроб (R2=0.035) (Фигура 5), което показва, че никакви глобални ефекти от пост-обработката не променят изчислените стойности на чувствителност.

Фигура 6 показва картите на чувствителността и стойностите за вариацията на дефиницията на маската при един здрав доброволец. Няма промени в бъбречния QSM (количествено картографиране на чувствителността) стойности могат да бъдат идентифицирани в случай на относително малка неточност на сегментиране (фиг. 6a, b). По-големите количества въздух обаче доведоха до неточни стойности на чувствителност (фиг. 6c, d).

Среднотобъбречнастойностите на чувствителност на здравите доброволци бяха {{0}}.04±0.07 ppm (диапазон − {{10}} 07 до 0,16 ppm) за десния бъбрек и − 0,06±0,19 ppm (диапазон − 0,35 до 0,39 ppm) съответно за левия бъбрек (Таблица 1). Средните стойности на чувствителност отдясно и отлявобъбрецибяха значително различни (стр<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).

Стойностите на чернодробната чувствителност, измерени при здрави доброволци и пациенти сбъбречнафиброзата са в същия диапазон {{0}}.17±0.13 ppm и 0.15±0.01 ppm съответно за здрави доброволци и пациенти с бъбречна фиброза (Таблица 2).

Измерванията на възпроизводимост при пет субекта разкриха добра възпроизводимост както за черния дроб, така и за десния бъбрек QSM (количествено картографиране на чувствителността) без значима разлика в стойностите на чернодробната или бъбречната чувствителност между двете измервания (p=0.48) (Таблица 3). Стойностите на чувствителност за дяснобъбрекбяха {{0}}.02±0.06 ppm и − 0.03±{{15} }.11 ppm съответно за тестовите и повторните измервания. Чувствителността на черния дроб е съответно 0,16±0,10 ppm и 0,12±0,07 ppm.

Фигура 7 показва QSM картите, насложени върху изображенията на величината за здрав доброволец и един изследван пациент с бъбречна интерстициална фиброза. Чувствителността на десния фиброзен бъбрек беше силно диамагнитна (− 0.43±0.02 ppm).

Дискусия

QSM (количествено картографиране на чувствителността) е нов, обещаващ подход за оценка на информация за тъканната микроструктура и функция. В тази работа ние демонстрирахме възможността за извършване на in vivo QSM на човешки бъбрек върху клинична MRI система. Представената схема за придобиване и по-нататък внедреният тръбопровод за обработка на QSM, съставен от най-съвременните QSM методи, беше успешен при 90 процента от изследваните субекти и доведе до възпроизводими резултати. Анатомичните структури в корема бяха ясно различими на QSM картите и само няколко артефакта присъстваха в чревната област. Освен това разликата между средните стойности на QSM, получени при здравитебъбреции чувствителността на фиброзния бъбрек показва потенциала на QSM (количествено картографиране на чувствителността) за разграничаване между здравословно и патологичнобъбречнатъкан. Тъй като това финансиране се основава само на единичен фиброзен случай, допълнителни проучвания с по-голяма популация пациенти трябва да докажат диагностичната стойност на QSM в бъдеще.

Фиг. 4 Примери за опаковани и разгънати фазови изображения, както и локални полета и карти на чувствителността и съответната маска на горната част на корема на пет здрави доброволци. Анатомичните структури са ясно различими и само няколко артефакта присъстват в чревната област (a-c). В един случай фазовото разопаковане се провали близо добъбрек, което води до неточни стойности на чувствителност (d, бяла стрелка). Пример за сериозни артефакти, дължащи се на въздух в белите дробове (e, черни стрелки), които присъстваха при двама здрави доброволци. И двата набора от данни бяха премахнати от по-нататъшна последваща обработка.

Фиг. 5 График на корелация на Пиърсън междубъбречнаи стойности на чернодробна чувствителност на здрави доброволци. Не се наблюдава корелация между QSM на бъбреците и черния дроб (количествено картографиране на чувствителността) стойности (R2=0.035), което показва, че глобалните ефекти от последващата обработка не са повлияли на количественото определяне на QSM.

Фиг. 6 Примери за карти на чувствителност и стойности за вариацията на дефиницията на маската за отстраняване на външен въздух при един здрав доброволец. Няма промени в QSM стойностите отдяснобъбрекмогат да бъдат идентифицирани в случай на относително малка неточност на сегментиране без външен въздух, останал след сегментиране (a) и съдържащо малко количество външен въздух (b). По-големите количества външен въздух обаче доведоха до неточни стойности на чувствителност (c, d)

Таблица 1 Стойности на чувствителност на цялотобъбрек, кортекса и медулата на здрави доброволци осреднено за всички 17 субекта

Съществената разлика в QSM (количествено картографиране на чувствителността) стойности на ляво и дяснобъбреци(p<0.05) is="" probably="" based="" on="" higher="" motion="" artifacts="" in="" the="" left="" kidney.="" considering="" the="" standard="" deviation,="" the="" susceptibility="" of="" healthy="">бъбречнаtissue 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)

Таблица 2 Стойности на чувствителност на десния бъбрек и черния дроб на здрави доброволци, осреднени за всички 17 субекта и пациент с тежка бъбречна фиброза

Стойността на QSM отдяснобъбрекна пациенти с бъбречна фиброза се различава значително от стойностите на QSM, измерени в десния бъбрек на здрави доброволци. Въпреки това, чернодробните стойности на QSM, измерени при здрави доброволци и пациенти с бъбречна фиброза, са в същия диапазон, с изключение на глобалните ефекти, отклонение от бъбречните QSM резултати.

QSM вече е прилаган в човешкия корем преди [17, 27, 29, 30], показвайки обещаващи резултати като нова MRI техника. Въпреки това, методът поставя някои технически предизвикателства, които са възпрепятствали приложението му in vivo към човешкия бъбрек досега. Чрез комбиниране и оптимизиране на вече установени стъпки за последваща обработка на изображения за QSM (количествено картографиране на чувствителността), някои от тези проблеми са решени успешно в настоящото проучване. Първо, предизвиканите от свободното дишане артефакти на движение бяха елиминирани чрез получаване на данни по време на едно задържане на дъха в края на вдъхновението. Второ, нежеланият ефект на химическо изместване между вода и мазнина беше премахнат чрез използване на усъвършенстван тръбопровод за последваща обработка. Трето, определени са адекватни параметри за придобиване и последваща обработка, за да се сведат до минимум артефактите и да се осигурят възпроизводими резултати.

Таблица 3 Резултати за възпроизводимост.

Средни стойности ± стандартно отклонение на чувствителност за дяснобъбреки черен дроб са осреднени за всичките пет субекта на възпроизводимост. Добра възпроизводимост както за QSM на черния дроб, така и на десния бъбрек без значителна разлика в стойностите на чернодробна или бъбречна чувствителност между двете измервания (p=0.48)

Фиг. 7 Изображения на магнитуд, насложени с QSM карти на десния бъбрек за здрав доброволец (ляво изображение) и пациент с бъбречна фиброза (дясно изображение). Фибрознатабъбрекпоказва силна диамагнитна стойност (− {{0}}.43±− 0,02 ppm), която е значително по-ниска от стойността на QSM, измерена при здравибъбречнатъкан (десен бъбрек {{0}}.04±0.07 ppm)

Доколкото ни е известно, това е първото проучване, извършващо in vivo QSM (количествено картографиране на чувствителността) в човешкотобъбрекна клинична ЯМР система. Тъй като няма налични литературни стойности на QSM за бъбреците, ние успяхме само да сравним стойностите на чувствителност на черния дроб, получени в нашето проучване, с тези, докладвани от другите групи. В проучването на Lin et al. [27], изчислената чернодробна чувствителност варира от 0.23 до 5.94 ppm. Въпреки това, тяхното проучване е фокусирано върху пациенти с претоварване на черния дроб с желязо (хемохроматоза). Индивидите с по-малко отлагания на желязо в черния дроб показват QSM стойности от около 0.34 ppm и се считат за здрави. В изследването на Dong et al. [20], бяха определени средни стойности на чернодробна чувствителност от {{10}}.23±0.07 ppm. Като цяло стойностите на QSM на черния дроб, измерени в настоящото проучване (диапазон 0,01–0,44 ppm), са в съответствие с предишното изследване, което показва, че никакви глобални ефекти не променят нашите резултати.

Лошата дефиниция на маската може да повлияе набъбречнаQSM стойности. Следователно оптималната точност на отстраняването на външния въздух е важна стъпка за количественото определяне на QSM. В настоящото проучване променихме дефиницията на маската на един здрав субект. В този пример няма значителни промени в QSM стойностите отдяснобъбрекмогат да бъдат идентифицирани в случай на сравнително малка неточност на сегментирането, какъвто беше случаят в нашето проучване. Въпреки това, систематична оценка на влиянието на дефиницията на маската върху стойностите на QSM може да бъде обект на допълнителни симулационни проучвания.

В това проучване вариабилността на стойностите на QSM на левия бъбрек е значително по-висока от тази на десния бъбрек (p<0.05). this="" difference="" might="" be="" due="" to="" higher="" cardiac="" artifacts="" of="" the="" left="">бъбрек, както е показано в няколко предишни проучвания за ЯМР на бъбреците [28]. Този ефект може да бъде намален с по-нататъшно развитие на бъбречен QSM.

Кортико-медуларната диференциация не беше възможна чрез QSM (количествено картографиране на чувствителността) in the current study (p>0.05), вероятно поради умерената разделителна способност на метода. Подобряването на разделителната способност на QSM, за да се даде възможност за кортико-медуларна диференциация, трябва да бъде обект на по-нататъшни изследвания.

За да се изследва потенциалната диагностична стойност на QSM, пациент сбъбречнафиброза като пример за краен стадий на бъбречна патология беше включена в проучването. По-рано беше съобщено, че бъбречната фиброза увеличава диамагнитното съдържание на бъбречната тъкан [13], вероятно поради излишното отлагане на колаген, който е силно диамагнитен [31]. Като се има предвид стандартното отклонение, чувствителността на здравата бъбречна тъкан варира около 0 в настоящото проучване. В нашето изследване фибрознатабъбрекпоказаха силна стойност на диамагнитна чувствителност, която беше значително по-ниска от тази в здравата бъбречна тъкан. Необходими са бъдещи изследвания в по-голяма група пациенти, за да се оцени точната диагностична стойност на бъбречния QSM (количествено картографиране на чувствителността).

Има няколко ограничения на нашата работа. Първо, броят на здравите доброволци е нисък и само един пациент е включен в това проучване. Въпреки това, нашият фокус беше да разработим стабилен протокол за придобиване и тръбопровод за последваща обработка за извършване на in vivo бъбречен QSM на клинична MRI система. Второ, SPURS и подходът T2* IDEAL бяха използвани за премахване на нежелания ефект на химическо изместване между вода и мазнина и за изчисляване на полевите карти с коригирана мазнина. В това проучване не е използвана техника за потискане на мазнините, тъй като това би удължило времето за придобиване. За да се реши проблемът, трябва да се вземат предвид по-бързи методи за изобразяване като обемно интерполирано изследване със задържане на дъха (VIBE) [32] или радиални схеми за придобиване [33] при измерване на QSM в корема. Трето, генерираните маски премахват само въздуха извън корема. Въздухът в чревния тракт и белите дробове все още присъстваше в изчисленията на чувствителността. Това може да доведе до нелокални грешки в локалните полета в ROI [34]. Въпреки това, ние показахме добра интрасубектна възпроизводимост в настоящото проучване, което предполага, че грешката, дължаща се на въздуха в корема, е пренебрежима. Освен това разделителната способност на MR изображенията е доста ниска, което може да е довело до подценяване на чувствителността [35, 36]. За да се преодолее това ограничение, необработените данни бяха запълнени с нула преди последващата обработка на QSM. Освен това данните от QSM са получени при едно задържане на дъха от 33 s, което може да е трудно за изпълнение за болни и възрастни субекти. Следователно е необходима допълнителна оптимизация на мулти-ехо 3D градиент-ехо последователност, за да се намали времето за сканиране, като същевременно се запази качеството на изображението.

В заключение, осъществимостта на in vivo QSM (количествено картографиране на чувствителността) в човешкотобъбрекбеше успешно демонстриран в настоящото проучване с добра възпроизводимост. Очевидната разлика в стойностите на QSM между здрави бъбреци и фиброзен бъбрек показва възможния диагностичен потенциал на QSM. Трябва да се извършат допълнителни проучвания с по-големи популации пациенти, за да се докаже диагностичното значение на QSM за функционалнобъбречнаMR изображения.

Електронен допълнителен материал Онлайн версията на тази статия (https://doi.org/10.1007/s10334-020-00895-9) съдържа допълнителен материал, който е достъпен за оторизирани потребители.

Авторски принос EB: концепция и дизайн на изследването, събиране на данни, анализ и интерпретация на данни, изготвяне на ръкописа и критична ревизия; JS: концепция и дизайн на изследването, събиране на данни и критична ревизия; TT: събиране на данни, анализ и интерпретация на данни и критична ревизия; JJ: събиране на данни, анализ и интерпретация на данни и критична ревизия; RZ: събиране на данни, анализ и интерпретация на данни и критична ревизия; BV: събиране на данни, анализ и интерпретация на данни и критична ревизия; HW: концепция и дизайн на изследването, анализ и интерпретация на данни и критична ревизия; AL: концепция и дизайн на изследването, събиране на данни, анализ и интерпретация на данни, изготвяне на ръкописа и критична ревизия.

Финансиране Финансиране с отворен достъп, активирано и организирано от Projekt DEAL.

Cistanche - симптоми на бъбречна недостатъчност

Спазване на етичните стандарти

Конфликт на интереси Авторите декларират, че нямат конфликт на интереси. Освен това всички автори нямат финансови отношения с никоя организация. Проучването не е спонсорирано. Етичен стандарт Проучването е одобрено от местната комисия по етика. Информирано съгласие Писмено информирано съгласие е получено от всички субекти. Отворен достъп Тази статия е лицензирана под Creative Commons Attribution 4.0 Международен лиценз, което позволява използване, споделяне, адаптиране, разпространение и възпроизвеждане във всякакъв носител или формат, стига да посочите подходящото кредитиране на оригиналния автор(и) и източника, да предоставите връзка към лиценза Creative Commons и да посочите дали промените са били направени. Изображенията или други материали на трети страни в тази статия са включени в лиценза Creative Commons на статията, освен ако не е посочено друго в кредитната линия към материала. Ако материалът не е включен в лиценза Creative Commons на статията и предвидената от вас употреба не е разрешена от законови разпоредби или надвишава разрешената употреба, ще трябва да получите разрешение директно от притежателя на авторските права. За да видите копие на този лиценз, посетете http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Препратки

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) Технически препоръки за клиничен превод набъбречнаMRI: консенсусен проект на Сътрудничеството в областта на науката и технологиите PARENCHIMA. 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) Биомаркери за магнитен резонанс за хроничнибъбрекзаболяване: документ за позиция от Европейското сътрудничество в областта на науката и технологиите PARENCHIMA. Трансплантация на Nephrol Dial 33: 24–214

3. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM (2018) Функционално магнитно резонансно изображение на бъбреците: къде се намираме? Перспективата на европейското COST действие PARENCHIMA. Трансплантация на Nephrol Dial. 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) Repuncturing theбъбречнабиопсия: стратегии за молекулярна диагностика в нефрологията. J Am Soc Nephrol 13:1961–1972

5. Corwin HL, Schwartz MM, Lewis EJ (1988) Значението на размера на пробата при интерпретацията на бъбречната биопсия. Am J Nephrol 8:85–89

6. Haacke EM, Liu S, Buch S, Zheng W, Wu D, Ye Y (2015) Количествено картографиране на чувствителността: текущо състояние и бъдещи насоки. Magn Reson Imaging 33:1–25

7. Liu C, Wei H, Gong NJ, Cronin M, Dibb R, Decker K (2015) Количествено картографиране на чувствителността: контрастни механизми и клинични приложения. Томография 1:3–17

8. Schweser F, Deistung A, Reichenbach JR (2016) Основи на ЯМР фазово изобразяване и обработка за количествено картографиране на чувствителността (QSM). Z Med Phys 26:6–34

9. Li W, Wu B, Liu C (2011) Количественото картографиране на чувствителността на човешкия мозък отразява пространствените вариации в тъканния състав. NeuroImage 55: 1645–1656

10. Wang Y, Liu T (2015) Количествено картографиране на чувствителността (QSM): декодиране на MRI данни за тъканен магнитен биомаркер. Magn Reson Med 73:82–101

11. Duyn JH, Van Gelderen P, Li TQ, De Zwart JA, Koretsky AP, Fukunaga M (2007) ЯМР с високо поле на мозъчна кортикална субструктура въз основа на фазата на сигнала. Proc Natl Acad Sci USA 104:11796–11801

12. Liu C (2010) Тензорно изображение на чувствителността. Magn Reson Med 63:1471–1477

13. Xie L, Sparks MA, Li W, Qi Y, Liu C, Cofman TM, Johnson GA (2013) Количествено картографиране на чувствителността набъбреквъзпаление и фиброза при тип 1 мишки с дефицит на ангиотензин рецептор. 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) Мозъчно желязо при количествен MRI се свързва с увреждане при множествена склероза. Радиология 289: 487-496

15. Li DTH, Hui ES, Chan Q, Yao N, Chua SE, McAlonan GM, Pang SYY, Ho SL, Mak HKF (2018) Количествено картографиране на чувствителността като индикатор за аномалия на субкортикалното и лимбичното желязо при болестта на Паркинсон с деменция. NeuroImage Clin 20: 365–373

16. Sun H, Klahr AC, Kate M, Gioia LC, Emery DJ, Butcher KS, Wilman AH (2018) Количествено картографиране на чувствителността за след интракраниален кръвоизлив. Радиология 288: 830-839

17. Sharma SD, Hernando D, Horng DE, Reeder SB (2015) Количествено картографиране на чувствителността в корема като образен биомаркер за претоварване с желязо в черния дроб. Magn Reson Med 74:673–683

18. Xie L, Layton AT, Wang N, Larson PEZ, Zhang JL, Lee VS, Liu C, Johnson GA (2016) Количествено картографиране на чувствителността с динамичен контраст с ултракъсо ехо време ЯМР за оценкабъбречнафункция. Am J Physiol Ren Physiol 310:F174–F182

19. Xie L, Dibb R, Cofer GP, Li W, Nicholls PJ, Johnson GA, Liu C (2015) Тензорно изображение на чувствителността на бъбреците и неговите микроструктурни основи. 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) Едновременно фазово разопаковане и премахване на химическо изместване (SPURS) с помощта на разрези на графика: приложение в количествената чувствителност картографиране. IEEE Trans Med Imaging 34: 531–540

21. Li W, Wang N, Yu F, Han H, Cao W, Romero R, Tantiwongkosi B, Duong TQ, Liu C (2015) Метод за оценка и премахване на артефакти на ивици при количествено картографиране на чувствителността. NeuroImage 108: 111–122

22. Bechler E, Stabinska J, Wittsack H (2019) Анализ на различни методи за разопаковане на фазите за оптимизиране на количественото картографиране на чувствителността в корема. Magn Reson Med 82: 2077–2089

23. Hernando D, Kramer JH, Reeder SB (2013) Комплекс R2* релаксометрия с корекция на много пикове на мазнини: теория, оптимизация и клинично валидиране. Magn Reson Med 70:1319–1331

24. Zhou D, Liu T, Spincemaille P, Wang Y (2014) Премахване на фоново поле чрез решаване на проблема с граничната стойност на Лаплас. 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) Морфология активира диполна инверсия за количествено картографиране на чувствителността, използвайки структурна последователност между изображението на величината и картата на чувствителността. NeuroImage 59: 2560–2568

26. Wei H, Dibb R, Zhou Y, Sun Y, Xu J, Wang N, Liu C (2015) Намаляване на артефакта на ивици за количествено картографиране на чувствителността на източници с голям динамичен обхват. 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) Количествено картографиране на чувствителността в комбинация с разделяне на вода и мазнини за едновременно желязо и мазнини в черния дроб количествено определяне на фракцията. 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) Дифузионен тензор MRI набъбрекпри 3.{1}} и 1,5 тесла. Acta Radiol 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) Бързо автоматизирано картографиране на количествената чувствителност на черния дроб. J Magn Reson Imaging. https://doi.org/10.1002/jmri.26632

30. Li J, Lin H, Liu T, Zhang Z, Prince 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) Количественото картографиране на чувствителността (QSM) минимизира смущенията от клетъчна патология при R2* оценка на концентрацията на желязо в черния дроб. J Magn Reson Imaging 48: 1069–1079

31. Luo J, He X, d'Avignon DA, Ackerman JJH, Yablonskiy DA (2010) Индуцирани от протеин водни 1H MR честотни смени: принос от магнитна чувствителност и обменни ефекти. J Magn Reson 202: 102–108

32. Rofsky NM, Lee VS, Laub G, Pollack MA, Krinsky GA, Thomasson D, Ambrosino MM, Weinreb JC (1999) Абдоминална MR образна диагностика с обемно интерполирано изследване на задържане на дъха. Радиология 212: 876-884

33. Yedururi S, Kang HC, Wei W, Wagner-Bartak NA, Marcal LP, Staford RJ, Willis BJ, Szklaruk J (2016) Радиално обемно интерполирано задържане на дишането при свободно дишане срещу декартово обемно интерполирано задържане на дишане изследване магнитен резонанс на черен дроб при 1,5 T. World J Radiol 8:707

34. Schweser F, Robinson S, de Rochefort L, Li W, Bredies K (2017) Илюстрирано сравнение на методите за обработка за фаза MRI и QSM: премахване на приноса на фоновото поле от източници извън региона на интерес. NMR Biomed. https://doi.org/10.1002/nm.3604

35. Karsa A, Punwani S, Shmueli K (2019) Ефектът от ниската разделителна способност и покритието върху точността на картографирането на чувствителността. Magn Reson Med 81:1833–1848

36. Zhou D, Cho J, Zhang J, Spincemaille P, Wang Y (2017) Подценяване на чувствителността във фантом с висока чувствителност: зависимост от разделителната способност на изображението, магнитудния контраст и други параметри. Magn Reson Med 78:1080–1086

Бележка на издателя Springer Nature остава неутрална по отношение на претенции за юрисдикция в публикувани карти и институционални връзки.