Fezabilitatea cartografierii cantitative a sensibilității (QSM) a rinichiului uman

Pentru mai multe informații:ali.ma@wecistanche.com

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

Abstract

Obiectiv Evaluarea fezabilității in-vivocartografierea cantitativă a susceptibilității(QSM) al omuluirinichi.

Metode O secvență multi-eco 3D axială cu o singură susținere a respirației (timp de achiziție 33 s) a fost finalizată pe un scaner RMN 3 T (Magnetom Prisma, Siemens Healthineers, Erlangen, Germania) la 19 voluntari sănătoși. Desfacerea pe bază de tăiere grafică combinată cu abordarea T2*-IDEAL a fost efectuată pentru a elimina deplasarea chimică a grăsimii și pentru a cuantifica QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității)a abdomenului superior. Valorile medii de susceptibilitate ale întregului cortex renal și medular în ambelerinichiși ficatul au fost determinate și comparate. Cinci subiecți au fost măsurați de două ori pentru a examina reproductibilitatea. Un pacient cu severărenalfibroza a fost inclusă în studiu pentru a evalua potențiala relevanță clinică a QSM.

Rezultate QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) a avut succes la 17 voluntari și pacienți cu fibroză renală. Structurile anatomice din abdomen se distingeau clar prin QSM, iar valorile de susceptibilitate obținute în ficat au fost comparabile cu cele găsite în literatură. Rezultatele au arătat o reproductibilitate bună. În plus, mediulrenalValorile QSM obținute la voluntari sănătoși ({{0}}.04±0,07 ppm pentru dreapta și − 0,06±0,19 ppm pentru stângarinichi) au fost substanțial mai mari decât cele măsurate la fibroza investigatărinichi(− {{0}},43±− 0,02 ppm).

Concluzie QSM al omuluirinichiar putea fi o abordare promițătoare pentru evaluarea informațiilor despre structura microscopică a țesutului renal. Prin urmare, ar putea îmbunătăți în continuare imagistica RM funcțională renală.

Cuvinte cheie Cartografierea cantitativă a susceptibilității · RenalRMN · Imagistica renală funcțională

Introducere

În ultimii ani, a crescut interesul de cercetare pentru funcționalrenalRMN. Mai multe studii anterioare au demonstrat potențialul mare al biomarkerilor RMN pentru caracterizarea diferitelor procese patologice implicate în progresiaboală cronică de rinichi(CKD) [1–3]. Un semn distinctiv histologic al CKD și o cauză majoră a pierderii progresive a funcției renale în fibroza interstițială renală. Prin urmare, gradul de fibroză interstițială în țesutul renal este un indicator important în determinarea reversibilitățiiafectarea rinichilor. Până în prezent, singurul instrument clinic de încredere pentru evaluarea gradului de fibroză tubulointerstițială este biopsia renală. Deoarece această procedură de diagnosticare este invazivă, afectată de prejudecată de eșantionare și nu este repetabilă în mod arbitrar [4, 5], o modalitate imagistică neinvazivă capabilă să evalueze cu acuratețe gradul de fibroză interstițială renală este foarte de dorit.

Cartografierea cantitativă a susceptibilității(QSM) este o nouă tehnică RMN, care utilizează imagini de fază pentru a produce un contrast structural ridicat și informații cantitative despre susceptibilitatea magnetică a țesutului [6-9]. În studiile anterioare, QSM este sensibil la modificările microstructurii țesuturilor sau compoziției chimice [10–12] și este, prin urmare, o abordare promițătoare, neinvazivă pentru evaluarearenalfibroza interstitiala [13]

Până în prezent, QSM a fost aplicat în cea mai mare parte pentru a măsura depozitele patologice în ganglionii bazali în diferite boli neurologice sau ca biomarker imagistic al supraîncărcării hepatice cu fier [14-17]. Studii mai recente pe modele animale au explorat potențialul QSM de a evaluarenalmicrostructura [13, 18, 19]. În special, Xie și colab. [13] au demonstrat sensibilitatea QSM în detectarea patologiei cauzate de inflamația renală și fibroza la șoareci. Cu toate acestea, după cunoștințele noastre, nu a existat un studiu adecvat efectuat in vivo pentru a mapa susceptibilitatea în h.rinichi uman.

QSM abdominal (cartografierea cantitativă a susceptibilității) este considerată o provocare tehnică. În primul rând, mișcarea respiratorie a organelor abdominale superioare duce la un contrast structural limitat și la valori subestimate de susceptibilitate [17]. În al doilea rând, prezența grăsimii abdominale influențează negativ estimarea hărții câmpului B0, care este un pas critic în algoritmul QSM [17, 20]. În al treilea rând, variațiile mari de susceptibilitate în jurul interfețelor aer-țesut provoacă artefacte severe de striare și, prin urmare, hărți QSM eronate [21]. Mai mult, așa cum s-a arătat într-un studiu preliminar de simulare al grupului nostru de studiu [22], acuratețea hărții de susceptibilitate abdominală este puternic afectată de etapa de procesare a fazei, inclusiv despachetarea și îndepărtarea câmpului de fundal.

Lucrarea de față și-a propus să evalueze fezabilitatea efectuării QSM in vivo arinichi umanpe un sistem RMN clinic. În acest scop, un protocol optimizat de achiziție RMN și QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) conducta de procesare a fost folosită pentru a obține hărți QSM ale rinichilor.

Apasa peCistanche para que sirve pentru a trata bolile de rinichi

Metode

Populația de studiu

Studiul a fost aprobat de comitetul local de etică și a fost obținut consimțământul informat scris de la toți subiecții.

Nouăsprezece voluntari sănătoși (vârsta medie 28,1±12,9 ani) fără antecedente derinichiboală sau orice boală sistemică cunoscută care poate implica rinichii au participat la studiu. Cinci subiecți au fost măsurați de două ori cu un interval de timp de 10 minute între măsurători și repoziționați în RMN pentru a evalua reproductibilitatea.

În plus, un pacient de 78-ani, de sex masculin, cu severărinichifibroza din cauza unei lungi anamnezi arenalinsuficiență (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=""> (cartografierea cantitativă a susceptibilității).

Nu au fost întreprinse pregătiri specifice înainte de examinare [1].

Achizitie de date

Achiziția datelor a fost efectuată pe un scaner 3 T (Magnetom Prisma, Siemens AG, Healthineers, Erlangen, Germania) folosind o bobină de coloană cu 32 de canale în combinație cu o bobină de corp cu 30 de canale. Pentru a obține imagini anatomice, a fost utilizată o secvență turbo-spin-echo (HASTE) cu jumătate de fourier în toate cele trei axe ale imaginii (axială, coronală și sagitală). Aceste imagini anatomice au fost utilizate pentru plasarea FOV pentru următorul QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) secvenţă. FOV a fost plasat central înrinichi(Fig. 1).

Datele QSM au fost achiziționate utilizând o secvență de eco gradient 3D multi-ecou axial cu o singură reținere a respirației cu următorii parametri: numărul de ecouri=4; TE1/ΔTE/TR=3.1/3.7/17 ms; unghi de întoarcere=15 grade ; matrice de achiziție=256×192 × 26; dimensiunea voxelului=1,64×1,64 × 3 mm3; lățime de bandă=1775 Hz/pixel; codificare Fourier de secțiune și fază=6/8; factor de accelerare a imaginii paralele=2; timp de achiziție 33 s. Setările pentrurenalAchizițiile QSM au fost determinate în pre-testări pentru a obține o calitate optimă a imaginii în cel mai scurt timp posibil de achiziție.

Calitatea reținerii respirației în timpul achiziției QSM a fost verificată prin control vizual de către camera integrată de observare a pacientului. Mai mult, calitatea datelor dobândite a fost verificată de doi radiologi cu experiență în imagistica abdominală (AL 10 ani, BV 4 ani) înainte de post-procesare. În cazul unor artefacte semnificative de mișcare în date, QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) achiziția a fost repetată imediat sau exclusă din analiza ulterioară dacă repetarea a eșuat.

Fig. 1 Exemplu de plasare FOV pentrurenalAchiziție QSM. FOV a fost plasat central înrinichipentru a asigura condiții de imagistică uniforme

Post procesare

Diagrama de flux din Fig. 2 afișează pașii de reconstrucție care au fost întreprinși pentru a estimarinichiHărți QSM. Toate calculele au fost efectuate folosind MATLAB (R2018a; The MathWorks, Inc., Natick, MA).

În primul pas, datele au fost completate cu zero, ducând la o dimensiune a voxelului de 0,8×0,8 × 2,25 mm³. Post-procesarea pentru QSM a fost inițial optimizată pentru imagistica creierului, unde contribuția grăsimii la semnalul RMN este minimă [20]. Cu toate acestea, aplicațiile în afara creierului, în special în abdomen, necesită îndepărtarea eficientă a grăsimilor pentru a evita prejudecățile de cuantificare în hărțile de susceptibilitate. În acest studiu, efectul nedorit al schimbării chimice dintre apă și grăsime a fost eliminat printr-o metodă numită Desfășurare în fază simultană și îndepărtare a deplasării chimice (SPURS) [20]. SPURS folosește o desfășurare bazată pe tăieturi grafice pentru a elimina învelișurile de fază din datele de fază cu zero. În plus, a fost aplicată o abordare T2*-IDEAL [23] pentru a calcula hărțile de câmp rezultate, corectate în funcție de grăsime, care au fost utilizate ca intrare pentru îndepărtarea câmpului de fundal.

În acest studiu, măștile întregului abdomen au fost generate automat pe imaginile axiale (Brain Surface Extractor (BSE) de la BrainSuite, Versiunea 18a, Universitatea din California) din datele de magnitudine zero umplute pentru a elimina aerul nedorit din afara abdomenului. După controlul calității vizuale a segmentării, măștile generate au fost utilizate pentru a elimina câmpul de fundal cu ajutorul algoritmului LBV (Valoarea limită laplaciană) [24], care face parte din cutia de instrumente MEDI [25].

Într-o ultimă etapă, problema inversă prost pusă a fost rezolvată prin reducerea artefactelor striate pentru QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) (STAR-QSM) [26] din STI-Suite [9] rezultând hărți de susceptibilitate. Atât LBV, cât și STAR-QSM au fost rulate cu setări implicite.

Software-ul ITK-SNAP (versiunea 3.8.0, Universitatea din Pennsylvania) a fost folosit pentru a desena manual regiunile de interes (ROI) în țesutul muscular paravertebral (336 pixeli), ficat (900 pixeli), întregulrinichi(5533±1792 pixeli și 4756±1142 pixeli pentru stânga și dreaptarinichi, respectiv),renalcortexul (1260±279 pixeli și 1245±265 pixeli pentru rinichii stângi și, respectiv, drept) și medulara renală (993±293 pixeli și 962±392 pixeli pentru rinichii stângi și, respectiv, drept) (Fig. 3). Toate ROI au fost trasate pe trei felii consecutive și susceptibilitatea medie și abaterea standard (SD) au fost calculate pentru fiecare organ și subiect. Țesutul muscular paravertebral a fost folosit ca referință pentru cuantificarea QSM în studiul curent pentru a asigura consistența valorilor de susceptibilitate (material suplimentar, tabelul S1) [27].

Fig. 2 Diagramă care prezintă etapele de reconstrucție și calculul hărților de susceptibilitate. Punctul de pornire al reconstrucției este datele de magnitudine și fază umplute cu zero. Desfășurarea simultană a fazei și îndepărtarea deplasării chimice (SPURS) au fost aplicate datelor de fază zero-umplute pentru a elimina efectele de schimbare chimică între apă și grăsime. Mai mult, s-a aplicat o abordare T2*-IDEAL pentru a calcula hărțile de câmp rezultate corectate în funcție de grăsime (fază neînvelită). Măștile întregului abdomen au fost generate automat din datele de magnitudine zero-umplute pentru îndepărtarea câmpului de fundal cu ajutorul algoritmului Laplacian boundary value (LBV). Într-o ultimă etapă, problema inversă prost pusă a fost rezolvată prin reducerea artefactelor striate pentru QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) (STAR-QSM) din STI-Suite rezultând hărți de susceptibilitate.

Pentru a examina dacă efectele globale de post-procesare influențează QSM calculat (cartografierea cantitativă a susceptibilității) au fost determinate valori, de exemplu, erori non-locale de la estimări nesigure de câmp în ROI, valorile QSM în ficat au fost determinate și comparate cu valorile disponibile din literatură.

În plus, precizia îndepărtării aerului exterior este un pas important pentru cuantificarea QSM. Pentru a evalua influența calității definiției măștii asupra valorilor QSM, definiția măștii a fost variată la un subiect sănătos. Astfel, s-au aplicat setului de date patru măști diferite (fără aer în afara abdomenului, conținând o cantitate mică și o cantitate mare de aer exterior și conținând întreaga zonă a imaginii) și, respectiv, valorile de susceptibilitate din dreapta.rinichiau fost comparate.

Fig. 3 Exemplu de plasare ROI. Imagine de mărime a abdomenului cu regiuni de interes (ROI) exemplare desenate în țesutul muscular paravertebral (336 pixeli), ficat (900 pixeli), întreg rinichiul (5533±1792 pixeli și, respectiv, 4756±1142 pixeli pentru rinichii stângi și, respectiv, drept). ),renalcortex (1260±279 pixeli și 1245±265 pixeli pentru stânga și dreaptarinichi, respectiv) și medulara renală (993±293 pixeli și 962±392 pixeli pentru rinichii stângi și, respectiv, drept)

analize statistice

Valorile de susceptibilitate la stânga și la dreaptarinichi, precum și cortexul și medulara din ambii rinichi, din grupul de control sănătos, au fost mediate la toți subiecții și au fost comparate cu media și SD din interiorul rinichiului fibrotic drept pentru a evalua un exemplu de relevanță clinică potențială a QSM.

În plus, testul Wilcoxon a fost utilizat pentru a compara rezultatele QSM ale rinichilor stâng și drepti, precum șirenalcortex și medular. În plus, o corelație Pearson întrerinichiiar susceptibilitatea ficatului a fost calculată pentru grupul de control sănătos.

Rezultate

Doi subiecți sănătoși au fost excluși de la analiza ulterioară din cauza artefactelor severe la limita dintre plămâni și țesutul înconjurător (Fig. 4e).

QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) a fost cuantificat cu succes la cei 17 voluntari sănătoși rămași și la pacientul curenalfibroză (Supliment Material, Figurile S1–S3). Organele abdominale superioare parenchimatoase, cum ar fi ficatul și rinichiul, au fost clar distinse în aceste seturi de date (Fig. 4). Într-un caz, desfacerea de fază a eșuat într-o zonă mică, aproape derinichi, ceea ce duce la valori inexacte de susceptibilitate în acea regiune (Fig. 4d). Cu toate acestea, doar o mică parte a rinichiului a fost afectată și a fost luată în considerare în timpul plasării ROI. Nu s-a observat nicio corelație între valorile QSM ale rinichiului și ale ficatului (R2=0.035) (Fig. 5), indicând faptul că niciun efect global de la post-procesare nu influențează valorile de susceptibilitate calculate.

Figura 6 prezintă hărțile de susceptibilitate și valorile pentru variația definiției măștii la un voluntar sănătos. Nu există modificări ale QSM renal (cartografierea cantitativă a susceptibilității) valorile ar putea fi identificate în cazul unei inexactități de segmentare relativ mici (Fig. 6a, b). Cu toate acestea, cantități mai mari de aer au condus la valori inexacte de susceptibilitate (Fig. 6c, d).

MediulrenalValorile de susceptibilitate ale voluntarilor sănătoși au fost {{0}}.04±0.07 ppm (interval - {{10}} .07 până la 0,16 ppm) pentru rinichiul drept și respectiv - 0,06±0,19 ppm (interval - 0,35 până la 0,39 ppm) pentru rinichiul stâng (Tabelul 1). Valorile medii de susceptibilitate pentru dreapta și stângarinichiau fost semnificativ diferite (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).

Valorile de susceptibilitate hepatică măsurate la voluntari sănătoși și la pacientul curenalfibrozele au fost în același interval {{0}},17±0,13 ppm și 0,15±0,01 ppm pentru voluntarii sănătoși și, respectiv, pacientul cu fibroză renală (Tabel 2).

Măsurătorile de reproductibilitate la cinci subiecți au relevat o reproductibilitate bună atât pentru ficat, cât și pentru rinichiul drept QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) fără diferențe semnificative în valorile susceptibilității hepatice sau renale între ambele măsurători (p=0.48) (Tabelul 3). Valorile de susceptibilitate pentru dreptrinichiau fost {{0}}.02±0.06 ppm și − 0.{03±{{15} }.11 ppm pentru măsurătorile de testare și, respectiv, de retestare. Susceptibilitatea hepatică a fost de 0,16±0,10 ppm și, respectiv, 0,12±0,07 ppm.

Figura 7 prezintă hărțile QSM suprapuse pe imaginile de magnitudine pentru un voluntar sănătos și pacientul investigat cu fibroză interstițială renală. Susceptibilitatea rinichiului fibrozat drept a fost puternic diamagnetică (− 0,43±0,02 ppm).

Discuţie

QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) este o abordare nouă, promițătoare pentru evaluarea informațiilor despre microstructura și funcția țesuturilor. În această lucrare, am demonstrat fezabilitatea efectuării QSM in vivo a rinichiului uman pe un sistem RMN clinic. Schema de achiziție prezentată și, în continuare, conducta de procesare QSM implementată, compusă din metodele QSM de ultimă generație, a avut succes la 90% dintre subiecții examinați și a condus la rezultate reproductibile. Structurile anatomice din abdomen se distingeau clar pe hărțile QSM și doar câteva artefacte erau prezente în zona intestinală. În plus, diferența dintre valorile medii QSM obținute la sănătoșirinichiiar susceptibilitatea rinichiului fibrotic arată potențialul QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) pentru a face distincția între sănătos și patologicrenaltesut. Deoarece această finanțare se bazează doar pe un singur caz fibrotic, studii ulterioare cu o populație mai mare de pacienți ar trebui să dovedească valoarea diagnostică a QSM în viitor.

Fig. 4 Exemple de imagini de fază înfășurate și neîmpachetate, precum și hărți de câmp local și de susceptibilitate și masca corespunzătoare a abdomenului superior a cinci voluntari sănătoși. Structurile anatomice se disting clar și doar câteva artefacte sunt prezente în zona intestinală (a–c). Într-un caz, despachetarea fazei a eșuat aproape derinichi, ceea ce duce la valori inexacte de susceptibilitate (d, săgeată albă). Exemplu de artefacte severe datorate aerului din plămâni (de exemplu, săgeți negre), care au fost prezente la doi voluntari sănătoși. Ambele seturi de date au fost eliminate de la post-procesare ulterioară.

Fig. 5 Diagrama de corelație Pearson întrerenalși valorile de susceptibilitate hepatică a voluntarilor sănătoși. Nu a fost observată nicio corelație între QSM renal și hepatic (cartografierea cantitativă a susceptibilității) valori (R2=0.035), indicând că efectele globale de post-procesare nu au afectat cuantificarea QSM.

Fig. 6 Exemple de hărți de susceptibilitate și valori pentru variația definiției măștii pentru îndepărtarea aerului exterior la un voluntar sănătos. Fără modificări ale valorilor QSM din dreaptarinichiar putea fi identificată în cazul unei inexactități de segmentare relativ mici, fără aer exterior rămas după segmentare (a) și care conține o cantitate mică de aer exterior (b). Cu toate acestea, cantități mai mari de aer exterior au dus la valori inexacte de susceptibilitate (c, d)

Tabelul 1 Valorile de susceptibilitate ale întreguluirinichi, cortexul și medulara voluntarilor sănătoși au avut o medie pe toți cei 17 subiecți

Diferența semnificativă în QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) valorile din stânga și din dreaptarinichi(p<0.05) is="" probably="" based="" on="" higher="" motion="" artifacts="" in="" the="" left="" kidney.="" considering="" the="" standard="" deviation,="" the="" susceptibility="" of="" healthy="">renaltissue 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)

Tabelul 2 Valorile de susceptibilitate ale rinichiului drept și ficatului la voluntari sănătoși, în medie la toți cei 17 subiecți și la pacientul cu fibroză renală severă

Valoarea QSM a dreptuluirinichia pacienților cu fibroză renală este semnificativ diferită de valorile QSM măsurate în rinichiul drept al voluntarilor sănătoși. Cu toate acestea, valorile QSM hepatice măsurate la voluntari sănătoși și la pacientul cu fibroză renală sunt în același interval, excluzând rezultatele QSM renale ale efectelor globale.

QSM a fost deja aplicat în abdomenul uman înainte [17, 27, 29, 30], arătând rezultate promițătoare ca o nouă tehnică RMN. Cu toate acestea, metoda prezintă unele provocări tehnice care au împiedicat până acum aplicarea sa in vivo la rinichiul uman. Prin combinarea și optimizarea pașilor deja stabiliți de post-procesare a imaginii pentru QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității), unele dintre aceste probleme au fost rezolvate cu succes în studiul actual. În primul rând, artefactele de mișcare induse de respirația liberă au fost eliminate prin achiziționarea de date în timpul unei singure rețineri la sfârșitul inspirației. În al doilea rând, efectul de schimbare chimică nedorită dintre apă și grăsime a fost eliminat prin utilizarea unei conducte avansate de post-procesare. În al treilea rând, au fost determinați parametrii adecvați de achiziție și post-procesare pentru a minimiza artefactele și pentru a oferi rezultate reproductibile.

Tabelul 3 Rezultate de reproductibilitate.

Valori medii ± abaterea standard de susceptibilitate pentru dreaptarinichiși ficatul au fost mediate pe toți cei cinci subiecți cu reproductibilitate. Reproductibilitate bună atât pentru ficat, cât și pentru rinichiul drept QSM, fără diferențe semnificative în valorile susceptibilității hepatice sau renale între ambele măsurători (p{0}},48)

Fig. 7 Imagini de mărime suprapuse cu hărțile QSM ale rinichiului drept pentru un voluntar sănătos (imaginea din stânga) și pacientul cu fibroză renală (imaginea din dreapta). Fibroticulrinichiprezintă o valoare diamagnetică puternică (− {{0}},43±− 0,02 ppm), care a fost substanțial mai mică decât valoarea QSM măsurată în mediul sănătos.renalțesut (rinichiul drept {{0}},04±0,07 ppm)

Din câte cunoștințele noastre, acesta este primul studiu care efectuează QSM in vivo (cartografierea cantitativă a susceptibilității) în umanrinichipe un sistem RMN clinic. Deoarece nu există valori QSM renale disponibile în literatură, am putut compara doar valorile de susceptibilitate a ficatului obținute în studiul nostru cu cele raportate de celelalte grupuri. În studiul lui Lin și colab. [27], susceptibilitatea hepatică calculată a variat între 0,23 și 5,94 ppm. Cu toate acestea, studiul lor s-a concentrat pe pacienții cu supraîncărcare hepatică cu fier (hemocromatoză). Persoanele cu mai puține depozite hepatice de fier au prezentat valori QSM de aproximativ 0,34 ppm și au fost considerate sănătoase. În studiul lui Dong și colab. [20], au fost determinate valorile medii de susceptibilitate hepatică de {{10}},23±0,07 ppm. În general, valorile QSM hepatice măsurate în studiul actual (interval 0,01–0,44 ppm) sunt în concordanță cu cercetările anterioare, indicând că niciun efect global nu influențează rezultatele noastre.

Definiția slabă a măștii ar putea influențarenalValorile QSM. Prin urmare, precizia optimă a eliminării aerului exterior este un pas important pentru cuantificarea QSM. În studiul actual, am variat definiția măștii unui subiect sănătos. În acest exemplu, nu există modificări semnificative ale valorilor QSM din dreaptarinichiar putea fi identificată în cazul unei inexactități de segmentare relativ mici, așa cum a fost cazul în studiul nostru. Cu toate acestea, o evaluare sistematică a influenței definiției măștii asupra valorilor QSM ar putea face obiectul unor studii ulterioare de simulare.

În acest studiu, variabilitatea valorilor QSM ale rinichiului stâng a fost semnificativ mai mare decât cele ale rinichiului drept (p<0.05). this="" difference="" might="" be="" due="" to="" higher="" cardiac="" artifacts="" of="" the="" left="">rinichi, așa cum sa arătat în mai multe studii IRM renale anterioare [28]. Acest efect ar putea fi redus cu dezvoltarea în continuare a QSM renal.

Diferențierea cortico-medulară nu a fost posibilă prin QSM (cartografierea cantitativă a susceptibilității) in the current study (p>0.05), probabil din cauza rezoluției moderate a metodei. Îmbunătățirea rezoluției QSM pentru a permite diferențierea cortico-medulară ar trebui să facă obiectul unor studii ulterioare.

Pentru a examina valoarea potențială de diagnosticare a QSM, un pacient curenalfibroza ca exemplu de patologie renală în stadiu terminal a fost inclusă în studiu. Anterior, s-a raportat că fibroza renală crește conținutul diamagnetic al țesutului renal [13], probabil din cauza depunerii în exces de colagen, care este puternic diamagnetic [31]. Luând în considerare abaterea standard, susceptibilitatea țesutului renal sănătos fluctuează în jurul 0 în studiul actual. În studiul nostru, fibroticrinichia arătat o valoare puternică a susceptibilității diamagnetice, care a fost substanțial mai mică decât cea din țesutul renal sănătos. Sunt necesare cercetări viitoare într-o cohortă mai mare de pacienți pentru a evalua valoarea exactă a diagnosticului QSM renal (cartografierea cantitativă a susceptibilității).

Există mai multe limitări ale muncii noastre. În primul rând, numărul de voluntari sănătoși a fost scăzut și doar un pacient a fost inclus în acest studiu. Cu toate acestea, accentul nostru a fost să dezvoltăm un protocol de achiziție robust și o conductă de post-procesare pentru efectuarea QSM in vivo a rinichilor pe un sistem RMN clinic. În al doilea rând, SPURS și o abordare T2* IDEAL au fost folosite pentru a elimina efectul de schimbare chimică nedorită între apă și grăsime și pentru a calcula hărțile de câmp corectate în funcție de grăsime. În acest studiu nu a fost utilizată nicio tehnică de suprimare a grăsimilor, deoarece ar prelungi timpul de achiziție. Pentru a rezolva problema, metodele imagistice mai rapide, cum ar fi examinarea volumetrică interpolată a respirației (VIBE) [32] sau schemele de achiziție radială [33] ar trebui luate în considerare atunci când se măsoară QSM în abdomen. În al treilea rând, măștile generate eliminau doar aerul din afara abdomenului. Aerul din tractul intestinal și plămâni era încă prezent în calculele de susceptibilitate. Acest lucru ar putea duce la erori non-locale în câmpurile locale din ROI [34]. Cu toate acestea, am arătat o bună reproductibilitate intrasubiect în studiul actual, sugerând că eroarea datorată aerului din interiorul abdomenului este de neglijat. În plus, rezoluția imaginilor RM a fost destul de scăzută, ceea ce ar fi putut duce la subestimarea susceptibilității [35, 36]. Pentru a depăși această limitare, datele brute au fost completate cu zero înainte de post-procesare QSM. În plus, datele QSM au fost obținute într-o singură reținere a respirației de 33 s, ceea ce ar putea fi dificil de efectuat pentru subiecții bolnavi și în vârstă. Prin urmare, este necesară o optimizare suplimentară a secvenței de eco gradient 3D multi-ecou pentru a reduce timpul de scanare, menținând în același timp calitatea imaginii.

În concluzie, fezabilitatea QSM in vivo (cartografierea cantitativă a susceptibilității) în umanrinichia fost demonstrat cu succes în studiul actual cu o reproductibilitate bună. Diferența evidentă a valorilor QSM dintre rinichii sănătoși și rinichii fibrozați indică posibilul potențial de diagnostic al QSM. Ar trebui efectuate studii suplimentare cu populații mai mari de pacienți pentru a dovedi relevanța diagnostică a QSM pentru funcționalrenalImagistica RM.

Material electronic suplimentar Versiunea online a acestui articol (https://doi.org/10.1007/s10334-020-00895-9) conține material suplimentar, care este disponibil pentru utilizatorii autorizați.

Contribuții autorilor EB: conceperea și proiectarea studiului, achiziția datelor, analiza și interpretarea datelor, redactarea manuscrisului și revizuirea critică; JS: conceperea și proiectarea studiului, achiziția de date și revizuirea critică; TT: achiziția de date, analiza și interpretarea datelor și revizuirea critică; JJ: achiziție de date, analiza și interpretarea datelor și revizuirea critică; RZ: achiziție de date, analiza și interpretarea datelor și revizuirea critică; BV: achiziție de date, analiza și interpretarea datelor și revizuirea critică; HW: conceperea și proiectarea studiului, analiza și interpretarea datelor și revizuirea critică; AL: conceperea și proiectarea studiului, achiziția datelor, analiza și interpretarea datelor, redactarea manuscrisului și revizuirea critică.

Finanțare Finanțare cu acces deschis activată și organizată de Projekt DEAL.

Simptome cistanche-insuficiență renală

Respectarea standardelor etice

Conflict de interese Autorii declară că nu au niciun conflict de interese. În plus, toți autorii nu au nicio relație financiară cu nicio organizație. Studiul nu a fost sponsorizat. Standard etic Studiul a fost aprobat de comitetul local de etică. Consimțământ informat Consimțământul informat scris a fost obținut de la toți subiecții. Acces deschis Acest articol este licențiat sub o licență Creative Commons Atribuire 4.0 Internațional, care permite utilizarea, partajarea, adaptarea, distribuirea și reproducerea în orice mediu sau format, atâta timp cât acordați un credit adecvat autorului(ilor) original(i) și sursei, furnizați un link către licența Creative Commons și indicați dacă au fost modificări. făcut. Imaginile sau alte materiale de la terți din acest articol sunt incluse în licența Creative Commons a articolului, cu excepția cazului în care se indică altfel într-o linie de credit a materialului. Dacă materialul nu este inclus în licența Creative Commons a articolului și utilizarea dorită nu este permisă de reglementările legale sau depășește utilizarea permisă, va trebui să obțineți permisiunea direct de la deținătorul drepturilor de autor. Pentru a vedea o copie a acestei licențe, accesați http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Referințe

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) Recomandări tehnice pentru traducerea clinică arenalRMN: un proiect de consens al Acțiunii de Cooperare în Știință și Tehnologie 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) Biomarkeri imagistici prin rezonanță magnetică pentru cronicirinichiboala: un document de poziție de la Cooperarea Europeană în Acțiunea Științei și Tehnologice PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplant 33:24–214

3. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM (2018) Functional magnetic resonance imaging of the kidneys: where do we stand? Perspectiva Acțiunii Europene COST PARENCHIMA. Transplant 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 therenalbiopsie: strategii de diagnostic molecular în nefrologie. J Am Soc Nephrol 13:1961–1972

5. Corwin HL, Schwartz MM, Lewis EJ (1988) Importanța dimensiunii eșantionului în interpretarea biopsiei renale. Am J Nefrol 8:85–89

6. Haacke EM, Liu S, Buch S, Zheng W, Wu D, Ye Y (2015) Cantitative susceptibility mapping: current status and future directions. Magn Reson Imaging 33:1–25

7. Liu C, Wei H, Gong NJ, Cronin M, Dibb R, Decker K (2015) Cartografierea cantitativă a sensibilității: mecanisme de contrast și aplicații clinice. Tomografia 1:3–17

8. Schweser F, Deistung A, Reichenbach JR (2016) Fundamentele imagistică și procesare de fază RMN pentru cartografierea cantitativă a sensibilității (QSM). Z Med Phys 26:6–34

9. Li W, Wu B, Liu C (2011) Hartizarea susceptibilității cantitative a creierului uman reflectă variația spațială a compoziției țesuturilor. NeuroImage 55:1645–1656

10. Wang Y, Liu T (2015) Cantitative susceptibility mapping (QSM): decodificarea datelor RMN pentru un biomarker magnetic tisular. Magn Reson Med 73:82–101

11. Duyn JH, Van Gelderen P, Li TQ, De Zwart JA, Koretsky AP, Fukunaga M (2007) RMN cu câmp înalt al substructurii corticale a creierului bazat pe faza semnalului. Proc Natl Acad Sci USA 104:11796–11801

12. Liu C (2010) Imagistica tensorului de susceptibilitate. Magn Reson Med 63:1471–1477

13. Xie L, Sparks MA, Li W, Qi Y, Liu C, Cofman TM, Johnson GA (2013) Cantitative susceptibility mapping ofrinichiinflamație și fibroză la șoarecii cu deficit de receptori de angiotensină de tip 1. 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 quantitative MRI este asociat cu dizabilitate în scleroza multiplă. Radiologie 289:487–496

15. Li DTH, Hui ES, Chan Q, Yao N, Chua SE, McAlonan GM, Pang SYY, Ho SL, Mak HKF (2018) Cartografierea cantitativă a sensibilității ca indicator al anomaliei subcorticale și limbice a fierului în boala Parkinson cu demență. NeuroImage Clin 20:365–373

16. Sun H, Klahr AC, Kate M, Gioia LC, Emery DJ, Butcher KS, Wilman AH (2018) Cantitative susceptibility mapping for following intracranial hemorage. Radiologie 288:830–839

17. Sharma SD, Hernando D, Horng DE, Reeder SB (2015) Cartografierea cantitativă a susceptibilității în abdomen ca biomarker imagistic al supraîncărcării hepatice cu fier. Magn Reson Med 74:673–683

18. Xie L, Layton AT, Wang N, Larson PEZ, Zhang JL, Lee VS, Liu C, Johnson GA (2016) Cartografiere dinamică a sensibilității cantitative îmbunătățite cu contrast cu RMN cu timp de eco ultrascurt pentru evaluarerenalfuncţie. Am J Physiol Ren Physiol 310:F174–F182

19. Xie L, Dibb R, Cofer GP, Li W, Nicholls PJ, Johnson GA, Liu C (2015) Imagistica tensorului de susceptibilitate a rinichiului și bazele sale microstructurale. 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) Simultaneous phase unwrapping and removal of chemical shift (SPURS) using graph cuts: application in cantitative susceptibility cartografiere. 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) O metodă pentru estimarea și eliminarea artefactelor de striare în cartografierea cantitativă a susceptibilității. NeuroImage 108:111–122

22. Bechler E, Stabinska J, Wittsack H (2019) Analiza diferitelor metode de desfacere a fazei pentru a optimiza cartografierea cantitativă a susceptibilității în abdomen. Magn Reson Med 82:2077–2089

23. Hernando D, Kramer JH, Reeder SB (2013) Relaxometrie complexă R2* corectată cu mai multe vârfuri de grăsime: teorie, optimizare și validare clinică. Magn Reson Med 70:1319–1331

24. Zhou D, Liu T, Spincemaille P, Wang Y (2014) Îndepărtarea câmpului de fundal prin rezolvarea problemei valorii la graniță laplaciană. RMN 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) Morfology enabled dipol inversion for cantitative susceptibility mapping using structural consistent between imaginea mărimii și harta susceptibilității. NeuroImage 59:2560–2568

26. Wei H, Dibb R, Zhou Y, Sun Y, Xu J, Wang N, Liu C (2015) Streaking artefact reduction for cantitative susceptibility mapping of source with large dynamic range. 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) Cantitative susceptibility mapping in combination with water-fat separation for simultaneous hever fier and fat cuantificarea fracțiilor. 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) Diffusion tensor IRM of therinichila 3.0 și 1,5 Tesla. 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) Cartografierea rapidă automată a sensibilității cantitative a ficatului. 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) Cartografierea cantitativă a sensibilității (QSM) minimizează interferența din cauza patologiei celulare în estimarea R2* a concentrației de fier hepatic. J Magn Reson Imaging 48:1069–1079

31. Luo J, He X, d'Avignon DA, Ackerman JJH, Yablonskiy DA (2010) Schimbări de frecvență 1H MR induse de proteine ​​​​de apă: contribuții din susceptibilitatea magnetică și efectele de schimb. J Magn Reson 202:102–108

32. Rofsky NM, Lee VS, Laub G, Pollack MA, Krinsky GA, Thomasson D, Ambrosino MM, Weinreb JC (1999) Imagistica RM abdominală cu un examen volumetric interpolat de reținere a respirației. Radiologie 212:876–884

33. Yedururi S, Kang HC, Wei W, Wagner-Bartak NA, Marcal LP, Staford RJ, Willis BJ, Szklaruk J (2016) Free-breathing radial volumetric interpolated breath-hold examination vs breath-hold cartezian volumetric interpolated breath-hold examen imagistica prin rezonanță magnetică a ficatului la 1,5 T. World J Radiol 8:707

34. Schweser F, Robinson S, de Rochefort L, Li W, Bredies K (2017) O comparație ilustrată a metodelor de procesare pentru IRM de fază și QSM: eliminarea contribuțiilor câmpului de fundal din surse din afara regiunii de interes. RMN Biomed. https://doi.org/10.1002/nm.3604

35. Karsa A, Punwani S, Shmueli K (2019) Efectul rezoluției scăzute și al acoperirii asupra acurateței cartografierii susceptibilității. Magn Reson Med 81:1833–1848

36. Zhou D, Cho J, Zhang J, Spincemaille P, Wang Y (2017) Susceptibility underestimation in a high-susceptibility phantom: dependence on imaging resolution, magnitude contrast, and other parameters. Magn Reson Med 78:1080–1086

Nota editorului Springer Nature rămâne neutră în ceea ce privește revendicările jurisdicționale în hărțile publicate și afilierile instituționale.