امکان سنجی نقشه کشی کمی حساسیت (QSM) کلیه انسان

برای اطلاعات بیشتر:ali.ma@wecistanche.com

اریک بچلر 1 · جولیا استابینسکا 1 · توماس تیل 1 · یوناس یاس 1 · رومنز زوکوف 2 · بیرته والنتین 1 · هانس یورگ ویتساک 1 · الکساندرا لیمانی1

خلاصه

هدف ارزیابی امکان سنجی in-vivoنقشه برداری کمی حساسیت(QSM) انسانکلیه.

MethodsA محوری تک نفس نگه دارید 3D توالی چند اکو (زمان کسب 33 ثانیه) در 3 اسکنر T-MRI (Magnetom Prisma، زیمنس Healthineers، ارلانگن، آلمان) در 19 داوطلب سالم تکمیل شد. باز کردن بسته بندی مبتنی بر برش نمودار همراه با رویکرد T2*-IDEAL برای حذف تغییر شیمیایی چربی و تعیین کمیت QSM انجام شد.نگاشت کمی حساسیت)از قسمت بالای شکم میانگین مقادیر حساسیت کل، قشر کلیه و مدولا در هر دوکلیه هاو کبد تعیین و مقایسه شد. پنج آزمودنی دو بار برای بررسی تکرارپذیری اندازه گیری شدند. یک بیمار با شدتکلیهفیبروز برای ارزیابی ارتباط بالینی بالقوه QSM در مطالعه گنجانده شد.

نتایج QSM (نگاشت کمی حساسیت) در 17 داوطلب و بیماران مبتلا به فیبروز کلیه موفقیت آمیز بود. ساختارهای آناتومیکی در شکم به وضوح توسط QSM قابل تشخیص بودند و مقادیر حساسیت به‌دست‌آمده در کبد با موارد موجود در ادبیات مقایسه می‌شد. نتایج تکرارپذیری خوبی را نشان داد. علاوه بر این، میانگینکلیهمقادیر QSM به‌دست‌آمده در داوطلبان سالم ({{0}}.04±0.07 ppm برای سمت راست و − 0.06±0.19 ppm برای سمت چپکلیه) به طور قابل ملاحظه ای بالاتر از اندازه گیری در فیبروتیک مورد بررسی بودکلیه(- {0}}.43±- 0.02 ppm).

نتیجه گیری QSM انسانکلیهمی تواند یک رویکرد امیدوارکننده برای ارزیابی اطلاعات در مورد ساختار بافت کلیوی میکروسکوپی باشد. بنابراین، ممکن است تصویربرداری MR عملکردی کلیه را بیشتر بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها نقشه‌برداری کمی حساسیت · کلیویMRI · تصویربرداری عملکردی کلیه

مقدمه

در سال های اخیر، علاقه تحقیقاتی فزاینده ای در زمینه عملکردی وجود داشته استکلیهام آر آی. چندین مطالعه قبلی پتانسیل بزرگ بیومارکرهای MRI را برای توصیف فرآیندهای پاتولوژیک مختلف درگیر در پیشرفت نشان داده اند.بیماری مزمن کلیوی(CKD) [1-3]. یک نشانه بافت شناسی CKD و یک علت اصلی از دست دادن پیشرونده عملکرد کلیه در فیبروز بینابینی کلیه. بنابراین، درجه فیبروز بینابینی در بافت کلیه شاخص مهمی در تعیین برگشت پذیری است.آسیب کلیه. تاکنون تنها ابزار بالینی قابل اعتماد برای ارزیابی درجه فیبروز توبولو اینترستیشیال بیوپسی کلیه است. از آنجایی که این روش تشخیصی تهاجمی است، با سوگیری نمونه‌گیری مختل می‌شود، و به طور خودسرانه قابل تکرار نیست [4، 5]، یک روش تصویربرداری غیرتهاجمی که قادر به ارزیابی دقیق درجه فیبروز بینابینی کلیوی باشد بسیار مطلوب است.

نگاشت کمی حساسیت(QSM) یک تکنیک جدید MRI است که از تصاویر فاز برای تولید کنتراست ساختاری بالا و اطلاعات کمی از حساسیت مغناطیسی بافت استفاده می کند [6-9]. در مطالعات قبلی، QSM به تغییرات در ریزساختار بافت یا ترکیب شیمیایی حساس است [10-12] و بنابراین، یک رویکرد امیدوارکننده و غیر تهاجمی برای ارزیابیکلیهفیبروز بینابینی [13]

تاکنون، QSM بیشتر برای اندازه‌گیری رسوبات پاتولوژیک در گانگلیون‌های پایه در بیماری‌های مختلف عصبی، یا به‌عنوان یک نشانگر زیستی تصویربرداری از اضافه بار آهن کبدی استفاده شده است [14-17]. مطالعات جدیدتر در مدل‌های حیوانی پتانسیل QSM را برای ارزیابی بررسی کرده‌اندکلیهریزساختار [13، 18، 19]. به طور خاص، زی و همکاران. [13] حساسیت QSM را در تشخیص آسیب شناسی ناشی از التهاب کلیه و فیبروز در موش نشان داد. با این حال، تا آنجا که ما می دانیم، مطالعه کافی در داخل بدن برای ترسیم حساسیت در h انجام نشده است.کلیه انسان.

QSM شکم (نگاشت کمی حساسیت) از نظر فنی چالش برانگیز در نظر گرفته می شود. اول، حرکت تنفسی اندام های فوقانی شکم منجر به کنتراست ساختاری محدود و مقادیر حساسیت کمتر برآورد شده می شود [17]. دوم، وجود چربی شکمی بر تخمین نقشه میدان B0 تأثیر منفی می‌گذارد، که گامی حیاتی در الگوریتم QSM است [17، 20]. سوم، تغییرات حساسیت زیاد در اطراف رابط‌های بافت هوا باعث ایجاد رگه‌های شدید و در نتیجه نقشه‌های QSM اشتباه می‌شود [21]. علاوه بر این، همانطور که در یک مطالعه شبیه‌سازی اولیه قبلی توسط گروه مطالعه ما نشان داده شد [22]، دقت نقشه حساسیت شکمی به شدت تحت‌تاثیر مرحله پردازش فاز، از جمله باز کردن و حذف زمینه زمینه قرار می‌گیرد.

کار حاضر با هدف ارزیابی امکان سنجی انجام QSM in vivo ازکلیه انساندر یک سیستم MRI بالینی برای این منظور، یک پروتکل بهینه سازی MRI و QSM (نگاشت کمی حساسیت) خط لوله پردازش برای به دست آوردن نقشه های QSM کلیه استفاده شد.

کلیک کنید تاCistanche para que sirve برای درمان بیماری کلیوی

مواد و روش ها

جمعیت مورد مطالعه

این مطالعه توسط کمیته اخلاق محلی تایید شد و رضایت آگاهانه کتبی از همه افراد اخذ شد.

19 داوطلب سالم (میانگین سنی 12.9±28.1 سال) بدون سابقهکلیهبیماری یا هر بیماری سیستمیک شناخته شده ای که به طور بالقوه کلیه ها را درگیر می کند در این مطالعه شرکت کردند. پنج آزمودنی دو بار با فاصله زمانی 10 دقیقه بین اندازه‌گیری‌ها و قرار دادن مجدد در MRI برای ارزیابی تکرارپذیری اندازه‌گیری شدند.

علاوه بر این، یک بیمار مرد 78-ساله با شدتکلیهفیبروز به دلیل یک تاریخ طولانی ازکلیهنارسایی (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=""> (نگاشت کمی حساسیت).

هیچ آمادگی خاصی قبل از معاینه انجام نشد [1].

اکتساب داده ها

جمع آوری داده ها بر روی یک اسکنر 3 T (Magnetom Prisma، Siemens AG، Healthineers، Erlangen، آلمان) با استفاده از یک سیم پیچ ستون فقرات 32 کانالی در ترکیب با یک سیم پیچ بدنه 30 کانالی انجام شد. یک توالی اسپین-اکوی توربو تک شات نیمه فوریه (HASTE) در هر سه محور تصویر (اکسیال، کرونال و ساژیتال) برای به دست آوردن تصاویر آناتومیکی استفاده شد. این تصاویر تشریحی برای قرار دادن FOV برای QSM زیر استفاده شد (نگاشت کمی حساسیت) توالی. FOV در مرکز قرار داده شدکلیه ها(عکس. 1).

داده‌های QSM با استفاده از یک توالی اکو گرادیان سه بعدی تک‌نفس نگه‌داشتن نفس محوری با پارامترهای زیر به دست آمد: تعداد اکوها=4. TE1/ΔTE/TR=3.1/3.7/17 ms; زاویه چرخش=15 درجه ; ماتریس کسب{11}}×192 × 26; اندازه وکسل=1.64×1.64×3 mm3; پهنای باند{20}} هرتز/پیکسل؛ کدگذاری فوریه برش و فاز=6/8; ضریب شتاب تصویربرداری موازی{23}}; زمان جذب 33 ثانیه تنظیمات برایکلیهاکتساب QSM در پیش آزمون ها برای دستیابی به کیفیت تصویر بهینه در کوتاه ترین زمان اکتساب ممکن تعیین شد.

کیفیت حبس نفس در طول اکتساب QSM از طریق کنترل بصری توسط دوربین مشاهده بیمار یکپارچه تأیید شد. علاوه بر این، کیفیت داده های به دست آمده توسط دو رادیولوژیست مجرب در تصویربرداری شکم (AL 10 سال، BV 4 سال) قبل از پس پردازش تأیید شد. در مورد مصنوعات حرکتی قابل توجه در داده ها، QSM (نگاشت کمی حساسیت) اکتساب بلافاصله تکرار شد یا در صورت شکست تکرار، از تجزیه و تحلیل بیشتر حذف شد.

شکل 1 نمونه ای از قرار دادن FOV برایکلیهخرید QSM FOV در مرکز قرار داده شدکلیه هابرای اطمینان از شرایط تصویربرداری یکنواخت

پس از پردازش

نمودار جریان در شکل 2 مراحل بازسازی انجام شده برای برآورد را نشان می دهدکلیهنقشه های QSM تمام محاسبات با استفاده از MATLAB (R2018a؛ The MathWorks, Inc., Natick, MA) انجام شد.

در مرحله اول، داده ها با صفر پر شدند و به اندازه وکسل 0.8×0.8 × 2.25 میلی متر رسیدند.³. پس پردازش برای QSM در ابتدا برای تصویربرداری مغز بهینه شده بود، جایی که سهم چربی در سیگنال MRI حداقل است [20]. با این حال، برنامه های کاربردی خارج از مغز به خصوص در ناحیه شکم نیاز به حذف موثر چربی برای جلوگیری از سوگیری کمی در نقشه های حساسیت دارند. در این مطالعه، اثر تغییر شیمیایی ناخواسته بین آب و چربی با روشی به نام باز کردن همزمان فاز و حذف شیفت شیمیایی (SPURS) حذف شد [20]. SPURS از یک بازکردن مبتنی بر برش نمودار برای از بین بردن پیچ‌های فاز در داده‌های فاز پر شده استفاده می‌کند. علاوه بر این، یک رویکرد T2*-IDEAL [23] برای محاسبه نقشه‌های میدانی تصحیح شده با چربی، که به عنوان ورودی برای حذف میدان پس‌زمینه استفاده می‌شوند، استفاده شد.

در این مطالعه، ماسک‌هایی از کل شکم به‌طور خودکار روی تصاویر محوری (Brain Surface Extractor (BSE) از BrainSuite، نسخه 18a، دانشگاه کالیفرنیا) از داده‌های بزرگی پر شده صفر تولید شد تا هوای ناخواسته خارج از شکم حذف شود. پس از کنترل کیفیت بصری تقسیم‌بندی، ماسک‌های تولید شده برای حذف زمینه پس‌زمینه با کمک الگوریتم ارزش مرزی لاپلاسی (LBV) [24] که بخشی از جعبه ابزار MEDI است [25] استفاده شد.

در مرحله نهایی، مشکل معکوس بد ارائه شده با کاهش مصنوع خطی برای QSM حل شد. (نگاشت کمی حساسیت) روش (STAR-QSM) [26] از STI-Suite [9] که منجر به نقشه های حساسیت می شود. هر دو LBV و STAR-QSM با تنظیمات پیش فرض اجرا شدند.

نرم افزار ITK-SNAP (نسخه 3.8.{3}}، دانشگاه پنسیلوانیا) برای ترسیم دستی مناطق مورد نظر (ROIs) در بافت عضلانی paravertebral (336 پیکسل)، کبد (900 پیکسل)، کل استفاده شد.کلیه(1792±5533 پیکسل و 1142±4756 پیکسل برای چپ و راستکلیه ها، به ترتیب)،کلیهقشر (279±1260 پیکسل و 265±1245 پیکسل برای کلیه چپ و راست به ترتیب) و مدولای کلیه (به ترتیب 293±993 پیکسل و 392±962 پیکسل برای کلیه چپ و راست) (شکل 3). تمام ROI ها در سه برش متوالی ترسیم شدند و میانگین حساسیت و انحراف معیار (SD) برای هر عضو و آزمودنی محاسبه شد. بافت عضله پاراورتبرال به عنوان مرجعی برای کمی سازی QSM در مطالعه حاضر برای اطمینان از سازگاری مقادیر حساسیت استفاده شد (مواد تکمیلی، جدول S1) [27].

شکل 2 نمودار جریان که مراحل بازسازی و محاسبه نقشه های حساسیت را نشان می دهد. نقطه شروع بازسازی، داده های بزرگی و فاز پر شده از صفر است. باز کردن همزمان فاز و حذف شیفت شیمیایی (SPURS) به داده‌های فاز پر شده برای حذف اثرات تغییر شیمیایی بین آب و چربی اعمال شد. علاوه بر این، یک رویکرد T2 *-IDEAL برای محاسبه نقشه‌های میدانی تصحیح شده با چربی (فاز باز نشده) استفاده شد. با کمک الگوریتم مقدار مرزی لاپلاسین (LBV) ماسک‌های کل شکم به‌طور خودکار از داده‌های بزرگی پر از صفر برای حذف میدان پس‌زمینه تولید شدند. در مرحله نهایی، مشکل معکوس بد ارائه شده با کاهش مصنوع خطی برای QSM حل شد. (نگاشت کمی حساسیت) روش (STAR-QSM) از STI-Suite که منجر به نقشه های حساسیت می شود.

برای بررسی اینکه آیا اثرات جهانی پس از پردازش، QSM محاسبه شده را سوگیری می کند یا خیر (نگاشت کمی حساسیت) مقادیر، به عنوان مثال، خطاهای غیر محلی از تخمین میدانی غیرقابل اعتماد در سراسر ROI، مقادیر QSM در کبد تعیین و با مقادیر ادبیات موجود مقایسه شد.

علاوه بر این، دقت حذف هوای بیرون گام مهمی برای کمی سازی QSM است. برای ارزیابی تأثیر کیفیت تعریف ماسک بر مقادیر QSM، تعریف ماسک در یک موضوع سالم متفاوت بود. بنابراین، چهار ماسک مختلف (بدون هوای خارج از شکم، حاوی مقدار کمی و زیاد هوای بیرون و حاوی کل ناحیه تصویر) به ترتیب روی مجموعه داده اعمال شد و مقادیر حساسیت سمت راست.کلیهمقایسه شدند.

شکل 3 نمونه ای از قرار دادن ROI. تصویر بزرگی از شکم با مناطق مورد علاقه (ROIs) که به ترتیب در بافت عضلانی پاراورتبرال (336 پیکسل)، کبد (900 پیکسل)، کل کلیه (1792±5533 پیکسل و 1142±4756 پیکسل برای کلیه چپ و راست) کشیده شده است. )کلیهقشر (279±1260 پیکسل و 265±1245 پیکسل برای چپ و راستکلیه هابه ترتیب) و مدولای کلیه (993±293 پیکسل و 962±392 پیکسل برای کلیه چپ و راست به ترتیب)

تحلیل آماری

مقادیر حساسیت چپ و راستکلیهو همچنین قشر و مدولا در هر دو کلیه، گروه کنترل سالم، در تمام افراد مورد بررسی قرار گرفت و با میانگین و SD در کلیه فیبروتیک راست مقایسه شد تا نمونه‌ای از ارتباط بالینی بالقوه QSM ارزیابی شود.

علاوه بر این، از آزمون Wilcoxon برای مقایسه نتایج QSM کلیه چپ و راست و همچنین استفاده شد.کلیهقشر و مدولا. علاوه بر این، یک همبستگی پیرسون بینکلیهو حساسیت کبدی برای گروه کنترل سالم محاسبه شد.

نتایج

دو فرد سالم به دلیل وجود مصنوعات شدید در مرز بین ریه ها و بافت اطراف از تجزیه و تحلیل بیشتر حذف شدند (شکل 4e).

QSM (نگاشت کمی حساسیت) در 17 داوطلب سالم باقی مانده و بیمار با موفقیت اندازه گیری شدکلیهفیبروز (مواد تکمیلی، شکل S1-S3). اندام های پارانشیمات فوقانی شکم، مانند کبد و کلیه، به وضوح در این مجموعه داده ها قابل تشخیص بودند (شکل 4). در یک مورد، باز کردن فاز در یک منطقه کوچک نزدیک به شکست خوردکلیه، منجر به مقادیر نادرست حساسیت در آن منطقه می شود (شکل 4d). با این حال، تنها بخش کوچکی از کلیه تحت تاثیر قرار گرفت و در طول قرار دادن ROI در نظر گرفته شد. هیچ ارتباطی بین مقادیر QSM کلیه و کبد (R{1}}.035) مشاهده نشد (شکل 5)، که نشان می‌دهد هیچ اثر کلی از پس پردازش مقادیر حساسیت محاسبه‌شده را سوگیری نمی‌کند.

شکل 6 نقشه های حساسیت و مقادیر را برای تغییر تعریف ماسک در یک داوطلب سالم نشان می دهد. بدون تغییر در QSM کلیه (نگاشت کمی حساسیت) مقادیر را می توان در صورت عدم دقت قطعه بندی نسبتاً کوچک شناسایی کرد (شکل 6a, b). با این حال، مقادیر بیشتر هوا منجر به مقادیر حساسیت نادرست شد (شکل 6c، d).

میانگینکلیهمقادیر حساسیت داوطلبان سالم {{0}} بود.04±0.07 ppm (محدوده - {{1{12}}}} .{14}}7 تا 0.16 ppm) برای کلیه راست و - 0.06±0.19 ppm (محدوده - 0.35 تا 0.39 ppm) به ترتیب برای کلیه چپ (جدول 1). میانگین مقادیر حساسیت راست و چپکلیه هاتفاوت معنی داری داشتند (ص<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).

مقادیر حساسیت کبدی در داوطلبان سالم و بیمار اندازه گیری شدکلیهفیبروز برای داوطلبان سالم و بیمار مبتلا به فیبروز کلیه به ترتیب در محدوده {{0}}.17±0.13 ppm و 0.15±0.01 ppm بود (جدول 2).

اندازه‌گیری‌های تکرارپذیری در پنج آزمودنی تکرارپذیری خوبی را برای QSM کبد و کلیه راست نشان داد. (نگاشت کمی حساسیت) بدون تفاوت معنی داری در مقادیر حساسیت کبدی یا کلیوی بین هر دو اندازه گیری (p{0}}.48) (جدول 3). مقادیر حساسیت برای راستکلیه{{0}} بودند.02±0.06 ppm و - 0.03±{{15} }.11 ppm برای اندازه گیری های آزمایشی و آزمایش مجدد، به ترتیب. حساسیت کبدی به ترتیب ppm 0.10±0.16 و ppm 0.07±0.12 بود.

شکل 7 نقشه های QSM را نشان می دهد که بر روی تصاویر بزرگی یک داوطلب سالم و یک بیمار تحت بررسی با فیبروز بینابینی کلیوی قرار گرفته اند. حساسیت کلیه فیبروتیک راست به شدت دیامغناطیس بود (- 0.43±0.02 ppm).

بحث

QSM (نگاشت کمی حساسیت) یک رویکرد جدید و امیدوارکننده برای ارزیابی اطلاعات در مورد ریزساختار و عملکرد بافت است. در این کار، ما امکان انجام in vivo QSM کلیه انسان را بر روی یک سیستم MRI بالینی نشان دادیم. طرح اکتساب ارائه شده و در ادامه خط لوله پردازش QSM پیاده سازی شده، متشکل از روش های پیشرفته QSM، در 90 درصد از افراد مورد بررسی موفق بوده و به نتایج قابل تکرار منجر شده است. ساختارهای آناتومیکی در شکم به وضوح در نقشه های QSM قابل تشخیص بود و تنها چند نمونه در ناحیه روده وجود داشت. علاوه بر این، تفاوت بین مقادیر میانگین QSM به دست آمده در افراد سالمکلیه هاو حساسیت کلیه فیبروتیک پتانسیل QSM را نشان می دهد (نگاشت کمی حساسیت) برای تشخیص سالم و پاتولوژیککلیهبافت. از آنجایی که این بودجه تنها بر اساس یک مورد فیبروتیک است، مطالعات بیشتر با جمعیت بیماران بزرگتر باید ارزش تشخیصی QSM را در آینده ثابت کند.

شکل 4 نمونه هایی از تصاویر فاز پیچیده و باز شده و همچنین نقشه های میدانی و حساسیت موضعی و ماسک مربوط به قسمت بالای شکم پنج داوطلب سالم. ساختارهای تشریحی به وضوح قابل تشخیص هستند و تنها چند مصنوع در ناحیه روده (a-c) وجود دارد. در یک مورد، بازکردن فاز نزدیک بهکلیه، منجر به مقادیر نادرست حساسیت (d، فلش سفید) می شود. نمونه ای از مصنوعات شدید ناشی از هوا در ریه ها (ه، فلش های سیاه) که در دو داوطلب سالم وجود داشت. هر دو مجموعه داده از پس پردازش بیشتر حذف شدند.

شکل 5 نمودار همبستگی پیرسون بینکلیهو ارزش های حساسیت کبدی داوطلبان سالم. هیچ ارتباطی بین QSM کلیوی و کبدی مشاهده نشد (نگاشت کمی حساسیت) مقادیر (R{0}}.035)، نشان می دهد که اثرات جهانی پس از پردازش بر کمیت QSM تأثیری ندارد.

شکل 6 نمونه هایی از نقشه های حساسیت و مقادیر برای تغییر تعریف ماسک برای حذف هوای بیرون در یک داوطلب سالم. هیچ تغییری در مقادیر QSM سمت راست وجود نداردکلیهمی توان در مورد عدم دقت قطعه بندی نسبتاً کوچک که هوای بیرونی پس از قطعه بندی (الف) باقی نمانده و حاوی مقدار کمی هوای بیرونی (b) است، شناسایی شود. با این حال، مقادیر بیشتر هوای بیرون منجر به مقادیر حساسیت نادرست (c, d) شد.

جدول 1 مقادیر حساسیت کلکلیه، قشر مغز و بصل النخاع داوطلبان سالم به طور میانگین در تمام 17 آزمودنی به دست آمد

تفاوت قابل توجه در QSM (نگاشت کمی حساسیت) مقادیر چپ و راستکلیه ها(p<0.05) is="" probably="" based="" on="" higher="" motion="" artifacts="" in="" the="" left="" kidney.="" considering="" the="" standard="" deviation,="" the="" susceptibility="" of="" healthy="">کلیهtissue 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)

جدول 2 مقادیر حساسیت کلیه راست و کبد داوطلبان سالم، به طور میانگین در تمام 17 آزمودنی و بیمار مبتلا به فیبروز شدید کلیوی

مقدار QSM سمت راستکلیهبیماران مبتلا به فیبروز کلیه به طور قابل توجهی با مقادیر QSM اندازه گیری شده در کلیه راست داوطلبان سالم متفاوت است. با این حال، مقادیر QSM کبدی که در داوطلبان سالم و بیمار مبتلا به فیبروز کلیه اندازه‌گیری می‌شود، در یک محدوده هستند، بدون در نظر گرفتن اثرات کلی با سوگیری نتایج QSM کلیه.

QSM قبلاً در شکم انسان اعمال شده است [17، 27، 29، 30] که نتایج امیدوارکننده‌ای را به عنوان یک تکنیک جدید MRI نشان می‌دهد. با این حال، این روش برخی از چالش‌های فنی را ایجاد می‌کند که تا کنون مانع از کاربرد in vivo آن در کلیه انسان شده است. با ترکیب و بهینه سازی مراحل پس از پردازش تصویر برای QSM (نگاشت کمی حساسیت)برخی از این مسائل در مطالعه حاضر با موفقیت حل شده است. اول، مصنوعات حرکتی ناشی از تنفس آزاد با جمع‌آوری داده‌ها در طی یک حبس نفس در انتهای الهام حذف شدند. دوم، اثر تغییر شیمیایی ناخواسته بین آب و چربی با استفاده از یک خط لوله پیشرفته پس از پردازش حذف شد. سوم، پارامترهای اکتساب و پس پردازش کافی برای به حداقل رساندن مصنوعات و ارائه نتایج قابل تکرار تعیین شد.

جدول 3 نتایج تکرارپذیری.

میانگین ± مقادیر حساسیت انحراف استاندارد برای سمت راستکلیهو کبد در هر پنج آزمودنی تکرارپذیری به طور متوسط ​​محاسبه شد. تکرارپذیری خوب برای QSM کبد و کلیه راست بدون تفاوت معنی‌دار در مقادیر حساسیت کبدی یا کلیوی بین هر دو اندازه‌گیری (p{0}}.48)

شکل 7 تصاویر بزرگی که با نقشه های QSM کلیه راست برای یک داوطلب سالم (تصویر سمت چپ) و بیمار مبتلا به فیبروز کلیه (تصویر سمت راست) پوشانده شده است. فیبروتیککلیهمقدار دیامغناطیسی قوی (- {0}}.43±-0.02 ppm) را نشان می دهد، که به طور قابل ملاحظه ای کمتر از مقدار QSM اندازه گیری شده در افراد سالم بود.کلیهبافت (کلیه راست {{0}}.04±0.07 ppm)

تا جایی که ما می دانیم، این اولین مطالعه ای است که در داخل بدن QSM انجام می شود (نگاشت کمی حساسیت) در انسانکلیهدر یک سیستم MRI بالینی از آنجایی که هیچ ادبیاتی برای مقادیر QSM کلیوی در دسترس نیست، ما فقط قادر به مقایسه مقادیر حساسیت کبد به‌دست‌آمده در مطالعه خود با مقادیر گزارش‌شده توسط گروه‌های دیگر بودیم. در مطالعه لین و همکاران. [27]، حساسیت کبد محاسبه شده از 0.23 تا 5.94 ppm متغیر بود. با این حال، مطالعه آنها بر روی بیماران مبتلا به اضافه بار آهن کبدی (هموکروماتوز) متمرکز بود. افراد با رسوب آهن کمتر در کبد، مقادیر QSM حدود 0.34 ppm را نشان دادند و سالم در نظر گرفته شدند. در مطالعه دونگ و همکاران. [20]، میانگین مقادیر حساسیت کبدی 07.07 ±0}.23. به طور کلی، مقادیر QSM کبد اندازه‌گیری شده در مطالعه کنونی (محدوده 0.01-0.44 ppm) با تحقیقات قبلی مطابقت دارد، که نشان می‌دهد هیچ اثر جهانی نتایج ما را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد.

تعریف ضعیف ماسک می تواند بر روی آن تأثیر بگذاردکلیهمقادیر QSM بنابراین، دقت بهینه حذف هوای بیرون گام مهمی برای کمی سازی QSM است. در مطالعه حاضر، ما تعریف ماسک از یک فرد سالم را تغییر دادیم. در این مثال، تغییرات قابل توجهی در مقادیر QSM سمت راست وجود نداردکلیههمانطور که در مطالعه ما وجود داشت، می‌توان آن را در صورت عدم دقت بخش‌بندی نسبتاً کوچک شناسایی کرد. با این حال، ارزیابی سیستماتیک تأثیر تعریف ماسک بر مقادیر QSM می‌تواند هدف مطالعات شبیه‌سازی بیشتر باشد.

در این مطالعه تغییرپذیری مقادیر QSM کلیه چپ به طور معنی داری بیشتر از کلیه راست بود (p<0.05). this="" difference="" might="" be="" due="" to="" higher="" cardiac="" artifacts="" of="" the="" left="">کلیههمانطور که در چندین مطالعه قبلی MRI کلیه نشان داده شده است [28]. این اثر ممکن است با توسعه بیشتر QSM کلیه کاهش یابد.

تمایز کورتیکومدولاری توسط QSM امکان پذیر نبود (نگاشت کمی حساسیت) in the current study (p>0.05)، احتمالاً به دلیل وضوح متوسط ​​روش است. بهبود وضوح QSM برای فعال کردن تمایز کورتیکومولار باید موضوع مطالعات بیشتر باشد.

برای بررسی ارزش تشخیصی بالقوه QSM، بیمار باکلیهفیبروز به عنوان نمونه ای از مرحله نهایی آسیب شناسی کلیه در مطالعه گنجانده شد. قبلاً گزارش شده بود که فیبروز کلیه باعث افزایش محتوای دیامغناطیس بافت کلیه می شود [13]، احتمالاً به دلیل رسوب بیش از حد کلاژن، که به شدت دیامغناطیس است [31]. با در نظر گرفتن انحراف معیار، حساسیت بافت سالم کلیه در مطالعه حاضر در حدود 0 در نوسان است. در مطالعه ما، فیبروتیککلیهارزش حساسیت دیامغناطیس قوی را نشان داد که به طور قابل ملاحظه ای کمتر از بافت سالم کلیه بود. تحقیقات آینده در گروه بیماران بزرگتر برای ارزیابی ارزش تشخیصی دقیق QSM کلیه مورد نیاز است. (نگاشت کمی حساسیت).

چندین محدودیت در کار ما وجود دارد. ابتدا تعداد داوطلبان سالم کم بود و فقط یک بیمار وارد این مطالعه شد. با این حال، تمرکز ما توسعه یک پروتکل اکتساب قوی و خط لوله پس از پردازش برای انجام QSM کلیه in vivo بر روی یک سیستم MRI بالینی بود. دوم، SPURS و رویکرد T2* IDEAL برای حذف اثر تغییر شیمیایی ناخواسته بین آب و چربی و محاسبه نقشه‌های میدانی اصلاح شده با چربی استفاده شد. در این مطالعه از هیچ روش سرکوب چربی استفاده نشد، زیرا زمان جذب را طولانی تر می کند. برای پرداختن به این مشکل، روش‌های تصویربرداری سریع‌تر مانند معاینه حبس نفس درون‌یابی حجمی (VIBE) [32] یا طرح‌های اکتساب شعاعی [33] باید هنگام اندازه‌گیری QSM در شکم در نظر گرفته شوند. سوم، ماسک های تولید شده فقط هوای خارج از شکم را حذف می کنند. هوا در دستگاه روده و ریه ها هنوز در محاسبات حساسیت وجود داشت. این می تواند منجر به خطاهای غیر محلی در زمینه های محلی در سراسر ROI شود [34]. با این حال، ما تکرارپذیری درون موضوعی خوبی را در مطالعه حاضر نشان دادیم که نشان می‌دهد خطای ناشی از هوای داخل شکم قابل چشم پوشی است. علاوه بر این، وضوح تصاویر MR نسبتاً پایین بود، که ممکن است منجر به دست کم گرفتن حساسیت شود [35، 36]. برای غلبه بر این محدودیت، داده‌های خام قبل از پردازش QSM به صورت صفر پر شدند. علاوه بر این، داده های QSM در یک حبس نفس 33 ثانیه ای به دست آمد که ممکن است انجام آن برای افراد بیمار و مسن دشوار باشد. بنابراین، بهینه سازی بیشتر توالی gradient-echo 3D multi-echo برای کاهش زمان اسکن و حفظ کیفیت تصویر مورد نیاز است.

در نتیجه، امکان QSM in vivo (نگاشت کمی حساسیت) در انسانکلیهبا موفقیت در مطالعه حاضر با تکرارپذیری خوب نشان داده شد. تفاوت آشکار در مقادیر QSM بین کلیه های سالم و کلیه فیبروتیک نشان دهنده پتانسیل تشخیصی احتمالی QSM است. مطالعات بیشتری با جمعیت بیماران بزرگتر باید انجام شود تا ارتباط تشخیصی QSM برای عملکرد را اثبات کند.کلیهتصویربرداری MR.

مطالب تکمیلی الکترونیکی نسخه آنلاین این مقاله (https://doi.org/10.1007/s10334-020-00895-9) حاوی مطالب تکمیلی است که در دسترس کاربران مجاز است.

مشارکت های نویسنده EB: مفهوم و طراحی مطالعه، جمع آوری داده ها، تجزیه و تحلیل و تفسیر داده ها، تهیه پیش نویس نسخه خطی، و بازبینی انتقادی. JS: مطالعه مفهوم و طراحی، اکتساب داده ها، و تجدید نظر انتقادی. TT: جمع آوری داده ها، تجزیه و تحلیل، و تفسیر داده ها، و بازنگری انتقادی. JJ: جمع آوری داده ها، تجزیه و تحلیل و تفسیر داده ها، و تجدید نظر انتقادی. RZ: جمع آوری داده ها، تجزیه و تحلیل و تفسیر داده ها، و بازنگری انتقادی. BV: جمع آوری داده ها، تجزیه و تحلیل و تفسیر داده ها، و بازنگری انتقادی. HW: مطالعه مفهوم و طراحی، تجزیه و تحلیل و تفسیر داده ها، و تجدید نظر انتقادی. AL: مفهوم و طراحی مطالعه، کسب داده ها، تجزیه و تحلیل و تفسیر داده ها، پیش نویس نسخه خطی، و بازنگری انتقادی.

تامین مالی بودجه دسترسی آزاد توسط Projekt DEAL فعال و سازماندهی شده است.

علائم نارسایی سیستانچ کلیه

رعایت استانداردهای اخلاقی

تضاد منافع نویسندگان اعلام می کنند که هیچ تضاد منافعی ندارند. علاوه بر این، همه نویسندگان هیچ رابطه مالی با هیچ سازمانی ندارند. مطالعه حمایت مالی نشد. استاندارد اخلاقی این مطالعه توسط کمیته اخلاق محلی تأیید شد. رضایت آگاهانه رضایت آگاهانه کتبی از همه افراد دریافت شد. دسترسی آزاد این مقاله دارای مجوز Creative Commons Attribution 4 است.0 مجوز بین المللی، که اجازه استفاده، اشتراک گذاری، اقتباس، توزیع، و تکثیر را در هر رسانه یا قالبی می دهد، تا زمانی که اعتبار مناسب را به نویسنده(های) اصلی و منبع بدهید، پیوندی به مجوز Creative Commons ارائه دهید و نشان دهید که آیا تغییرات انجام شده است یا خیر. ساخته شده است. تصاویر یا سایر مطالب شخص ثالث در این مقاله در مجوز Creative Commons مقاله گنجانده شده است، مگر اینکه در خط اعتباری مطالب به شکل دیگری مشخص شده باشد. اگر مطالب در مجوز Creative Commons مقاله گنجانده نشده است و استفاده مورد نظر شما توسط مقررات قانونی مجاز نیست یا از استفاده مجاز فراتر می رود، باید مستقیماً از دارنده حق نسخه برداری مجوز دریافت کنید. برای مشاهده یک کپی از این مجوز، به http://creativecommons.org/licenses/by/4 مراجعه کنید.{4}}/.

منابع

1. مندیچوفسکی آی، پولنس پی، دکرز آی، نری اف، بانه او، پولمن آ، د بوئر آ، لیمانی ای، اودودو آ، بوکانان سی، شارما کی، لاستسن سی، هارتولد آ، گولای ایکس، پدروسا آی، آلسوپ دی , Fain S, Caroli A, Prasad P, Francis S, Sigmund E, Fernández-Seara M, Sourbron S (2020) توصیه های فنی برای ترجمه بالینیکلیهMRI: پروژه اجماع همکاری در علم و فناوری اقدام 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، سامرز P، Taal MW، Thoeny HC، Vallée JP، Wolf M , Caroli A, Sourbron S (2018) نشانگرهای زیستی تصویربرداری رزونانس مغناطیسی برای مزمنکلیهبیماری: مقاله موضعی از اقدام همکاری اروپا در علم و فناوری PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplant 33:24-214

3. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM (2018) تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی کلیه ها: کجا ایستاده ایم؟ چشم انداز اقدام اروپایی هزینه PARENCHIMA. پیوند نفرول دیال. https://doi.org/10.1093/ndt/gfy181

4. کرتزلر ام، کوهن سی دی، دوران پی، هنگر آ، مددن اس، گرون ای اف، نلسون پی جی، شلوندورف دی، گرون اچ جی (2002) بازسازیکلیهبیوپسی: استراتژی‌هایی برای تشخیص مولکولی در نفرولوژی J Am Soc Nephrol 13:1961-1972

5. Corwin HL, Schwartz MM, Lewis EJ (1988) اهمیت حجم نمونه در تفسیر بیوپسی کلیه. ام جی نفرول 8:85-89

6. Haacke EM، Liu S، Buch S، Zheng W، Wu D، Ye Y (2015) نگاشت حساسیت کمی: وضعیت فعلی و جهت گیری های آینده. تصویربرداری Magn Reson 33:1-25

7. Liu C، Wei H، Gong NJ، Cronin M، Dibb R، Decker K (2015) نقشه برداری کمی حساسیت: مکانیسم های کنتراست و کاربردهای بالینی. توموگرافی 1:3-17

8. Schweser F, Deistung A, Reichenbach JR (2016) مبانی تصویربرداری و پردازش فاز MRI ​​برای نگاشت حساسیت کمی (QSM). Z Med Phys 26:6-34

9. Li W, Wu B, Liu C (2011) نگاشت کمی حساسیت مغز انسان منعکس کننده تنوع فضایی در ترکیب بافت است. NeuroImage 55:1645-1656

10. Wang Y, Liu T (2015) نقشه برداری حساسیت کمی (QSM): رمزگشایی داده های MRI برای نشانگر زیستی مغناطیسی بافت. Magn Reson Med 73:82-101

11. Duyn JH، Van Gelderen P، Li TQ، De Zwart JA، Koretsky AP، Fukunaga M (2007) MRI با میدان بالا زیرساختار قشر مغز بر اساس فاز سیگنال. Proc Natl Acad Sci USA 104:11796-11801

12. لیو سی (2010) تصویربرداری تانسور حساسیت. Magn Reson Med 63:1471-1477

13. Xie L، Sparks MA، Li W، Qi Y، Liu C، Cofman TM، Johnson GA (2013) نگاشت حساسیت کمیکلیهالتهاب و فیبروز در موش های مبتلا به کمبود گیرنده آنژیوتانسین نوع 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) آهن مغز در MRI کمی با ناتوانی در مولتیپل اسکلروزیس همراه است. رادیولوژی 289:487-496

15. Li DTH، Hui ES، Chan Q، Yao N، Chua SE، McAlonan GM، Pang SYY، Ho SL، Mak HKF (2018) نگاشت حساسیت کمی به عنوان شاخصی از ناهنجاری آهن زیر قشری و لیمبیک در بیماری پارکینسون همراه با زوال عقل. NeuroImage Clin 20:365-373

16. Sun H، Klahr AC، Kate M، Gioia LC، Emery DJ، Butcher KS، Wilman AH (2018) نقشه برداری کمی حساسیت برای خونریزی داخل جمجمه ای به دنبال دارد. رادیولوژی 288:830-839

17. Sharma SD، Hernando D، Horng DE، Reeder SB (2015) نقشه برداری کمی حساسیت در شکم به عنوان یک نشانگر زیستی تصویربرداری از اضافه بار آهن کبدی. Magn Reson Med 74:673-683

18. Xie L، Layton AT، Wang N، Larson PEZ، Zhang JL، Lee VS، Liu C، Johnson GA (2016) نگاشت حساسیت کمی با کنتراست پویا با MRI زمان اکو فوق کوتاه برای ارزیابیکلیهعملکرد. Am J Physiol Ren Physiol 310:F174–F182

19. Xie L, Dibb R, Cofer GP, Li W, Nicholls PJ, Johnson GA, Liu C (2015) تصویربرداری تانسور حساسیت کلیه و زیربنای ریزساختاری آن. 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) باز کردن همزمان فاز و حذف شیفت شیمیایی (SPURS) با استفاده از برش های نمودار: کاربرد در حساسیت کمی نقشه برداری. 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) روشی برای تخمین و حذف مصنوعات خطی در نگاشت کمی حساسیت. NeuroImage 108:111-122

22. Bechler E, Stabinska J, Wittsack H (2019) تجزیه و تحلیل روش‌های مختلف باز کردن فاز برای بهینه‌سازی نقشه‌برداری کمی حساسیت در شکم. Magn Reson Med 82:2077-2089

23. Hernando D، Kramer JH، Reeder SB (2013) ریلکومتری پیچیده R2* اصلاح شده با چربی چند اوج: تئوری، بهینه سازی، و اعتبارسنجی بالینی. Magn Reson Med 70:1319-1331

24. Zhou D، Liu T، Spincemaille P، Wang Y (2014) حذف فلد پس‌زمینه با حل مسئله ارزش مرزی لاپلاسی. 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) مورفولوژی وارونگی دوقطبی را برای نگاشت حساسیت کمی با استفاده از سازگاری ساختاری فعال کرد. تصویر بزرگی و نقشه حساسیت NeuroImage 59:2560-2568

26. Wei H, Dibb R, Zhou Y, Sun Y, Xu J, Wang N, Liu C (2015) کاهش مصنوعات خطی برای نگاشت حساسیت کمی منابع با محدوده دینامیکی بزرگ. 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) نقشه برداری حساسیت کمی در ترکیب با جداسازی آب از چربی برای آهن و چربی کبد همزمان کمی سازی کسری 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) MRI تانسور انتشاریکلیهدر 3.0 و 1.5 تسلا. 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) نقشه‌برداری حساسیت کمی کبدی خودکار سریع. J Magn Reson Imaging. https://doi.org/10.1002/jmri.26632

30. لی جی، لین اچ، لیو تی، ژانگ زی، پرنس ام آر، جیلن کی، یان ایکس، سونگ کیو، هوآ تی، ژائو ایکس، ژانگ ام، ژائو وای، لی جی، تانگ جی، یانگ جی، بریتنهام جی ام، Wang Y (2018) نقشه برداری حساسیت کمی (QSM) تداخل آسیب شناسی سلولی را در تخمین R2* غلظت آهن کبد به حداقل می رساند. J Magn Reson Imaging 48:1069-1079

31. Luo J, He X, d'Avignon DA, Ackerman JJH, Yablonskiy DA (2010) تغییرات فرکانس 1H MR آب ناشی از پروتئین: مشارکت از حساسیت مغناطیسی و اثرات تبادلی. جی مگن رزون 202:102-108

32. Rofsky NM، Lee VS، Laub G، Pollack MA، Krinsky GA، Thomasson D، Ambrosino MM، Weinreb JC (1999) تصویربرداری MR شکمی با معاینه حبس نفس درون یابی حجمی. رادیولوژی 212:876-884

33. Yedururi S، Kang HC، Wei W، Wagner-Bartak NA، Marcal LP، Staford RJ، Willis BJ، Szklaruk J (2016). معاینه تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کبد در 1.5 T. World J Radiol 8:707

34. Schweser F, Robinson S, de Rochefort L, Li W, Bredies K (2017) مقایسه ای مصور از روش های پردازش برای فاز MRI ​​و QSM: حذف مشارکت های زمینه پس زمینه از منابع خارج از منطقه مورد نظر. NMR Biomed. https://doi.org/10.1002/nm.3604

35. Karsa A, Punwani S, Shmueli K (2019) تأثیر وضوح و پوشش کم بر دقت نگاشت حساسیت. Magn Reson Med 81:1833-1848

36. Zhou D, Cho J, Zhang J, Spincemaille P, Wang Y (2017) دست کم گرفتن حساسیت در یک فانتوم با حساسیت بالا: وابستگی به وضوح تصویر، کنتراست بزرگی و سایر پارامترها. Magn Reson Med 78:1080-1086

یادداشت ناشر Springer Nature در مورد ادعاهای قضایی در نقشه های منتشر شده و وابستگی های سازمانی بی طرف باقی می ماند.