Gennemførlighed af kvantitativ følsomhedskortlægning (QSM) af den menneskelige nyre

For flere oplysninger:ali.ma@wecistanche.com

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

Abstrakt

Mål At evaluere gennemførligheden af ​​in-vivokvantitativ kortlægning af modtagelighed(QSM) af mennesketnyre.

Metoder En aksial 3D-multi-ekkosekvens med enkelt vejrtrækning (optagelsestid 33 s) blev fuldført på en 3 T-MRI-scanner (Magnetom Prisma, Siemens Healthineers, Erlangen, Tyskland) hos 19 raske frivillige. Graph-cut-baseret udpakning kombineret med T2*-IDEAL tilgangen blev udført for at fjerne det kemiske skift af fedt og for at kvantificere QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning)af den øvre del af maven. Gennemsnitlige følsomhedsværdier for hele, nyrebarken og medulla i beggenyrerog leveren blev bestemt og sammenlignet. Fem forsøgspersoner blev målt to gange for at undersøge reproducerbarheden. En patient med sværnyrefibrose blev inkluderet i undersøgelsen for at evaluere den potentielle kliniske relevans af QSM.

Resultater QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) var vellykket hos 17 frivillige og patienter med nyrefibrose. Anatomiske strukturer i maven kunne tydeligt skelnes af QSM, og følsomhedsværdierne opnået i leveren var sammenlignelige med dem, der findes i litteraturen. Resultaterne viste god reproducerbarhed. Desuden middelværdiennyreQSM-værdier opnået hos raske frivillige ({{0}}.04±0,07 ppm for højre og − 0,06±0,19 ppm for venstrenyre) var væsentligt højere end det målt i den undersøgte fibrotiskenyre(− {{0}},43±−0,02 ppm).

Konklusion QSM af det menneskeligenyrekunne være en lovende tilgang til vurdering af information om mikroskopisk nyrevævsstruktur. Derfor kan det yderligere forbedre funktionel renal MR-billeddannelse.

Nøgleord Kvantitativ kortlægning af modtagelighed · RenalMR · Funktionel nyrebilleddannelse

Introduktion

I de senere år har der været stigende forskningsinteresse for funktionelnyreMR. Adskillige tidligere undersøgelser har påvist MRI-biomarkørers store potentiale til at karakterisere forskellige patologiske processer involveret i udviklingen afkronisk nyresygdom(CKD) [1-3]. Et histologisk kendetegn ved CKD og en væsentlig årsag til progressivt nedsat nyrefunktion ved nyre interstitiel fibrose. Derfor er graden af ​​interstitiel fibrose i nyrevævet en vigtig indikator i bestemmelsen af ​​reversibiliteten afnyreskade. Indtil nu er det eneste pålidelige kliniske værktøj til at evaluere graden af ​​tubulointerstitiel fibrose nyrebiopsi. Da denne diagnostiske procedure er invasiv, svækket af prøveudtagningsbias og ikke vilkårligt gentagelig [4, 5], er en ikke-invasiv billeddannelsesmodalitet, der er i stand til nøjagtigt at vurdere graden af ​​nyre-interstitiel fibrose, yderst ønskelig.

Kvantitativ kortlægning af modtagelighed(QSM) er en ny MR-teknik, som bruger fasebilleder til at producere høj strukturel kontrast og kvantitativ information om vævets magnetiske modtagelighed [6-9]. I tidligere undersøgelser er QSM følsom over for ændringer i vævsmikrostruktur eller kemisk sammensætning [10-12] og er derfor en lovende, ikke-invasiv tilgang til vurdering afnyreinterstitiel fibrose [13]

Hidtil er QSM mest blevet anvendt til at måle patologiske aflejringer i basalganglier i forskellige neurologiske sygdomme eller som en billeddannende biomarkør for hepatisk jernoverbelastning [14-17]. Nyere undersøgelser i dyremodeller har udforsket potentialet af QSM til at vurderenyremikrostruktur [13, 18, 19]. Især Xie et al. [13] demonstrerede følsomheden af ​​QSM til at påvise patologi forårsaget af nyrebetændelse og fibrose hos mus. Så vidt vi ved, har der imidlertid ikke været nogen tilstrækkelig undersøgelse udført in vivo til at kortlægge følsomhed i human nyre.

Abdominal QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) betragtes som teknisk udfordrende. For det første fører respiratorisk bevægelse af de øvre abdominale organer til begrænset strukturel kontrast og undervurderede modtagelighedsværdier [17]. For det andet påvirker tilstedeværelsen af ​​abdominalfedt estimeringen af ​​B0-feltkortet negativt, hvilket er et kritisk trin i QSM-algoritmen [17, 20]. For det tredje forårsager de store følsomhedsvariationer omkring luft-vævsgrænseflader alvorlige stribeartefakter og dermed fejlagtige QSM-kort [21]. Ydermere, som vist i en tidligere foreløbig simuleringsundersøgelse af vores studiegruppe [22], er nøjagtigheden af ​​det abdominale modtagelighedskort stærkt påvirket af fasebehandlingstrinnet, herunder udpakning og fjernelse af baggrundsfelt.

Det nuværende arbejde havde til formål at evaluere gennemførligheden af ​​at udføre in vivo QSM afmenneskelig nyrepå et klinisk MR-system. Til dette formål en optimeret MRI-optagelsesprotokol og QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) behandlingspipeline blev anvendt til at opnå nyre QSM-kort.

Klik for atCistanche para que sirve til behandling af nyresygdom

Metoder

Studiepopulation

Undersøgelsen blev godkendt af den lokale etiske komité, og der blev indhentet skriftligt informeret samtykke fra alle forsøgspersoner.

Nitten raske frivillige (gennemsnitsalder 28,1±12,9 år) uden nogen historie mednyresygdom eller enhver kendt systemisk sygdom, der potentielt involverer nyrerne, deltog i undersøgelsen. Fem forsøgspersoner blev målt to gange med et tidsinterval på 10 minutter mellem målinger og genplacering i MRI for at evaluere reproducerbarheden.

Desuden en 78-årig, mandlig patient med sværnyrefibrose på grund af en lang anamnese afnyreinsufficiens (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=""> (kvantitativ følsomhedskortlægning).

Ingen specifikke forberedelser blev foretaget før undersøgelsen [1].

Dataindsamling

Dataopsamling blev udført på en 3 T-scanner (Magnetom Prisma, Siemens AG, Healthineers, Erlangen, Tyskland) under anvendelse af en 32-kanals rygspole i kombination med en 30-kanals kropsspole. En halv Fourier single-shot turbo spin-ekko (HASTE) sekvens i alle tre billedakser (aksial, koronal og sagittal) blev brugt til at erhverve anatomiske billeder. Disse anatomiske billeder blev brugt til FOV-placering til den følgende QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) rækkefølge. FOV'en blev placeret centralt inyrer(Fig. 1).

QSM-data blev erhvervet ved hjælp af en aksial enkelt åndedrætshold 3D multi-ekko gradient ekkosekvens med følgende parametre: antal ekkoer=4; TE1/ΔTE/TR=3.1/3.7/17 ms; vendevinkel=15 grader ; akkvisitionsmatrix=256×192 × 26; voxelstørrelse=1,64×1,64 × 3 mm3; båndbredde=1775 Hz/pixel; udsnit og fase Fourier-kodning=6/8; parallel billeddannelsesaccelerationsfaktor=2; erhvervelsestid 33 sek. Indstillingerne fornyreQSM-opsamling blev bestemt i prætests for at opnå den optimale billedkvalitet på den kortest mulige optagelsestid.

Kvaliteten af ​​vejrtrækningen under QSM-optagelsen blev verificeret gennem visuel kontrol af det integrerede patientobservationskamera. Desuden blev kvaliteten af ​​de indhentede data verificeret af to erfarne radiologer inden for abdominal billeddannelse (AL 10 år, BV 4 år) før efterbehandling. I tilfælde af væsentlige bevægelsesartefakter i dataene, QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) erhvervelsen blev gentaget med det samme eller udelukket fra yderligere analyse, hvis gentagelsen mislykkedes.

Fig. 1 Eksempel på FOV-placering fornyreQSM opkøb. FOV blev placeret centralt inyrerfor at sikre ensartede billeddannelsesforhold

Efterbehandling

Flowdiagrammet i fig. 2 viser de rekonstruktionstrin, der blev udført for at estimerenyreQSM kort. Alle beregninger blev udført ved hjælp af MATLAB (R2018a; The MathWorks, Inc., Natick, MA).

I det første trin blev dataene nulfyldt, hvilket førte til en voxelstørrelse på 0.8×0.8 × 2.25 mm³. Efterbehandlingen til QSM var oprindeligt optimeret til hjernebilleddannelse, hvor fedtets bidrag til MR-signalet er minimalt [20]. Anvendelser uden for hjernen, især i maven, kræver imidlertid effektiv fedtfjernelse for at undgå kvantificeringsbias i modtagelighedskortene. I denne undersøgelse blev den uønskede kemiske skifteffekt mellem vand og fedt elimineret ved en metode kaldet Simultaneous phase unwrapping and removal of chemical shift (SPURS) [20]. SPURS bruger en graf-cut-baseret udpakning for at eliminere faseindpakningerne i de nulfyldte fasedata. Yderligere blev en T2*-IDEAL tilgang [23] anvendt til at beregne de resulterende fedtkorrigerede feltkort, som blev brugt som input til fjernelse af baggrundsfelt.

I denne undersøgelse blev masker af hele maven automatisk genereret på de aksiale billeder (Brain Surface Extractor (BSE) fra BrainSuite, Version 18a, University of California) fra de nulfyldte størrelsesdata for at fjerne den uønskede luft uden for maven. Efter visuel kvalitetskontrol af segmenteringen blev de genererede masker brugt til at fjerne baggrundsfeltet ved hjælp af den Laplacian boundary value (LBV) algoritme [24], som er en del af MEDI-værktøjskassen [25].

I et sidste trin blev det dårligt stillede omvendte problem løst ved den stribede artefaktreduktion for QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) (STAR-QSM) metode [26] fra STI-Suite [9], hvilket resulterer i følsomhedskort. Både LBV og STAR-QSM blev kørt med standardindstillinger.

Softwaren ITK-SNAP (version 3.8.0, University of Pennsylvania) blev brugt til manuelt at tegne områder af interesse (ROI'er) i det paravertebrale muskelvæv (336 pixels), leveren (900 pixels), helenyre(5533±1792 pixels og 4756±1142 pixels til venstre og højrenyrer, henholdsvis),nyrecortex (1260±279 pixels og 1245±265 pixels for henholdsvis venstre og højre nyre) og nyremarv (993±293 pixels og 962±392 pixels for henholdsvis venstre og højre nyrer) (fig. 3). Alle ROI'er blev trukket over tre på hinanden følgende skiver, og den gennemsnitlige modtagelighed og standardafvigelse (SD) blev beregnet for hvert organ og individ. Det paravertebrale muskelvæv blev brugt som reference til QSM-kvantificering i den aktuelle undersøgelse for at sikre konsistens af modtagelighedsværdierne (Supplement Materiale, Tabel S1) [27].

Fig. 2 Flowdiagram, der viser rekonstruktionstrinene beregningen af ​​følsomhedskortene. Udgangspunktet for rekonstruktionen er de nulfyldte størrelses- og fasedata. Samtidig faseudpakning og fjernelse af kemisk skift (SPURS) blev anvendt på nulfyldte fasedata for at fjerne kemiske skifteffekter mellem vand og fedt. Yderligere blev en T2*-IDEAL tilgang anvendt til at beregne de resulterende fedtkorrigerede feltkort (uindpakket fase). Masker af hele maven blev automatisk genereret ud fra nul-fyldte størrelsesdata til fjernelse af baggrundsfelt ved hjælp af Laplacian boundary value (LBV) algoritmen. I et sidste trin blev det dårligt stillede omvendte problem løst ved den stribede artefaktreduktion for QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) (STAR-QSM) metode fra STI-Suite, hvilket resulterer i følsomhedskort.

At undersøge, om globale efterbehandlingseffekter skæmmer den beregnede QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) værdier, f.eks. ikke-lokale fejl fra upålidelig feltestimering på tværs af ROI'erne, blev QSM-værdier i leveren bestemt og sammenlignet med de tilgængelige litteraturværdier.

Ydermere er nøjagtigheden af ​​udeluftfjernelse et vigtigt skridt for QSM-kvantificering. For at evaluere indflydelsen af ​​maskedefinitionskvaliteten på QSM-værdierne, blev maskedefinitionen varieret hos én rask person. Således blev fire forskellige masker (uden luft uden for maven, indeholdende en lille og en stor mængde udeluft og indeholdende hele billedområdet) påført henholdsvis datasættet og følsomhedsværdier for højrenyreblev sammenlignet.

Fig. 3 Eksempel på ROI-placering. Størrelsesbillede af maven med eksemplariske områder af interesse (ROI'er) tegnet i det paravertebrale muskelvæv (336 pixels), leveren (900 pixels), hele nyren (5533±1792 pixels og 4756±1142 pixels for henholdsvis venstre og højre nyre) ),nyrecortex (1260±279 pixels og 1245±265 pixels til venstre og højrenyrer, henholdsvis) og nyremarv (993±293 pixels og 962±392 pixels for henholdsvis venstre og højre nyrer)

Statistisk analyse

Susceptibilitetsværdierne for venstre og højrenyre, såvel som cortex og medulla i begge nyrer, i den raske kontrolgruppe, blev gennemsnittet på tværs af alle forsøgspersoner og sammenlignet med gennemsnittet og SD inde i den højre fibrotiske nyre for at vurdere et eksempel på den potentielle kliniske relevans af QSM.

Ydermere blev Wilcoxon-testen brugt til at sammenligne QSM-resultaterne for venstre og højre nyre samtnyrecortex og medulla. Desuden er en Pearson-korrelation mellemnyreog leverfølsomhed blev beregnet for den raske kontrolgruppe.

Resultater

To raske forsøgspersoner blev udelukket fra yderligere analyse på grund af alvorlige artefakter ved grænsen mellem lungerne og det omgivende væv (fig. 4e).

QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) blev med succes kvantificeret i de 17 tilbageværende raske frivillige og patienten mednyrefibrose (tilskudsmateriale, fig. S1–S3). De parenkymatøse øvre abdominale organer, såsom lever og nyre, var tydeligt skelnelige i disse datasæt (fig. 4). I et tilfælde mislykkedes faseudpakningen i et lille område tæt pånyre, hvilket fører til unøjagtige modtagelighedsværdier i det pågældende område (fig. 4d). Imidlertid var kun en lille del af nyren påvirket og blev overvejet under ROI-placeringen. Der kunne ikke observeres nogen korrelation mellem QSM-værdierne for nyren og leveren (R2=0.035) (fig. 5), hvilket indikerer, at ingen globale effekter fra efterbehandling fordrejer de beregnede modtagelighedsværdier.

Figur 6 viser modtagelighedskortene og værdierne for variationen af ​​maskedefinitionen hos en rask frivillig. Ingen ændringer i renal QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) værdier kunne identificeres i tilfælde af en relativt lille segmenteringsunøjagtighed (fig. 6a, b). Imidlertid førte større mængder luft til unøjagtige modtagelighedsværdier (fig. 6c, d).

Middelmådennyremodtagelighedsværdier for de raske frivillige var {{0}}.04±0.07 ppm (interval − {{10}} .07 til 0,16 ppm) for henholdsvis højre nyre og - 0,06±0,19 ppm (interval - 0,35 til 0,39 ppm) for venstre nyre (tabel 1). De gennemsnitlige modtagelighedsværdier for højre og venstrenyrervar væsentligt forskellige (s<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).

Leverfølsomhedsværdier målt hos raske frivillige og patienten mednyrefibrose var i samme område {{0}}.17±0.13 ppm og 0.15±0.01 ppm for henholdsvis raske frivillige og patienten med nyrefibrose (tabel 2).

Reproducerbarhedsmålinger i fem forsøgspersoner afslørede en god reproducerbarhed for både lever og højre nyre QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) uden signifikant forskel i lever- eller nyrefølsomhedsværdier mellem begge målinger (p=0.48) (tabel 3). Modtagelighedsværdierne for højrenyrevar {{0}}.02±0.06 ppm og − 0.03±{{15} }.11 ppm for henholdsvis test- og re-testmålingerne. Leverfølsomheden var henholdsvis 0,16±0,10 ppm og 0,12±0,07 ppm.

Figur 7 viser QSM-kortene overlejret på størrelsesbillederne for en rask frivillig og den ene undersøgte patient med nyre-interstitiel fibrose. Følsomheden af ​​den højre fibrotiske nyre var stærkt diamagnetisk (− 0.43±0.02 ppm).

Diskussion

QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) er en ny, lovende tilgang til vurdering af information om vævsmikrostruktur og funktion. I dette arbejde demonstrerede vi muligheden for at udføre in vivo QSM af den menneskelige nyre på et klinisk MR-system. Det præsenterede akkvisitionssystem og yderligere den implementerede QSM-behandlingspipeline, sammensat af de avancerede QSM-metoder, var vellykket i 90 procent af de undersøgte emner og førte til reproducerbare resultater. Anatomiske strukturer i maven kunne tydeligt skelnes på QSM-kortene, og kun få artefakter var til stede i tarmområdet. Desuden er forskellen mellem de gennemsnitlige QSM-værdier opnået hos raskenyrerog følsomheden af ​​den fibrotiske nyre viser potentialet for QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) for at skelne mellem sundt og patologisknyrevæv. Da denne finansiering kun er baseret på et enkelt fibrotisk tilfælde, bør yderligere undersøgelser med en større patientpopulation bevise den diagnostiske værdi af QSM i fremtiden.

Fig. 4 Eksempler på indpakkede og uindpakkede fasebilleder samt lokale felt- og modtagelighedskort og den tilsvarende maske i den øvre del af maven hos fem raske frivillige. Anatomiske strukturer kan tydeligt skelnes, og kun få artefakter er til stede i tarmområdet (a–c). I et tilfælde mislykkedes faseudpakningen tæt pånyre, hvilket fører til unøjagtige modtagelighedsværdier (d, hvid pil). Eksempel på alvorlige artefakter på grund af luft i lungerne (e, sorte pile), som var til stede hos to raske frivillige. Begge datasæt blev fjernet fra yderligere efterbehandling.

Fig. 5 Pearson korrelationsplot mellemnyreog leverfølsomhedsværdier for de raske frivillige. Der kunne ikke observeres nogen sammenhæng mellem nyre- og lever-QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) værdier (R2=0.035), hvilket indikerer, at de globale efterbehandlingseffekter ikke påvirkede QSM-kvantificeringen.

Fig. 6 Eksempler på følsomhedskort og værdier for variationen af ​​maskedefinitionen til fjernelse af luft udefra hos én rask frivillig. Ingen ændringer af QSM-værdier for højrenyrekunne identificeres i tilfælde af en relativt lille segmenteringsunøjagtighed uden udeluft tilbage efter segmentering (a) og indeholdende en lille mængde udeluft (b). Imidlertid førte større mængder udeluft til unøjagtige følsomhedsværdier (c, d)

Tabel 1 Modtagelighedsværdier for helhedennyre, cortex og medulla af raske frivillige i gennemsnit over alle 17 forsøgspersoner

Den væsentlige forskel i QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) værdier for venstre og højrenyrer(p<0.05) is="" probably="" based="" on="" higher="" motion="" artifacts="" in="" the="" left="" kidney.="" considering="" the="" standard="" deviation,="" the="" susceptibility="" of="" healthy="">nyretissue 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)

Tabel 2 Modtagelighedsværdier for højre nyre og lever hos raske frivillige, i gennemsnit for alle 17 forsøgspersoner og patienten med svær nyrefibrose

QSM-værdien af ​​højrenyreaf patienter med nyrefibrose er signifikant forskellig fra QSM-værdierne målt i højre nyre hos raske frivillige. Lever QSM-værdier målt hos raske frivillige og patienten med nyrefibrose er dog i samme område, eksklusive globale effekter bias nyre-QSM-resultater.

QSM er allerede blevet anvendt i menneskets underliv før [17, 27, 29, 30], hvilket viser lovende resultater som en ny MR-teknik. Metoden frembyder dog nogle tekniske udfordringer, der hidtil har hindret dens in vivo-anvendelse på den menneskelige nyre. Ved at kombinere og optimere allerede etablerede billedefterbehandlingstrin til QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning), nogle af disse problemer er blevet løst med succes i den aktuelle undersøgelse. For det første blev frit åndedræts-inducerede bevægelsesartefakter elimineret ved at indhente data under et enkelt vejrtrækningshold ved slutinspiration. For det andet blev den uønskede kemiske skifteffekt mellem vand og fedt fjernet ved at anvende en avanceret efterbehandlingsrørledning. For det tredje blev passende optagelses- og efterbehandlingsparametre bestemt for at minimere artefakterne og give reproducerbare resultater.

Tabel 3 Reproducerbarhedsresultater.

Middel±standardafvigelsesfølsomhedsværdier for højrenyreog lever blev gennemsnittet af alle fem reproducerbarhedspersoner. God reproducerbarhed for både lever og højre nyre QSM uden signifikant forskel i lever- eller nyrefølsomhedsværdier mellem begge målinger (p=0.48)

Fig. 7 Størrelsesbilleder overlejret med QSM-kortene af højre nyre for en rask frivillig (venstre billede) og patienten med nyrefibrose (højre billede). Den fibrotiskenyreviser en stærk diamagnetisk værdi (− {{0}}.43±− 0.02 ppm), som var væsentligt lavere end QSM-værdien målt hos raskenyrevæv (højre nyre {{0}},04±0,07 ppm)

Så vidt vi ved, er dette den første undersøgelse, der udfører in vivo QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) i mennesketnyrepå et klinisk MR-system. Da der ikke er tilgængelige litteraturværdier for nyre-QSM, var vi kun i stand til at sammenligne følsomhedsværdierne for leveren opnået i vores undersøgelse med dem, der blev rapporteret af de andre grupper. I undersøgelsen af ​​Lin et al. [27], den beregnede leverfølsomhed varierede fra 0,23 til 5,94 ppm. Men deres undersøgelse var fokuseret på patienter med hepatisk jernoverbelastning (hæmokromatose). Personer med mindre jernaflejringer i leveren viste QSM-værdier på ca. 0.34 ppm og blev betragtet som raske. I undersøgelsen af ​​Dong et al. [20], gennemsnitlige leverfølsomhedsværdier på {{10}}.23±0.07 ppm blev bestemt. Samlet set er lever QSM-værdierne målt i den aktuelle undersøgelse (interval 0,01-0,44 ppm) i overensstemmelse med den tidligere forskning, hvilket indikerer, at ingen globale effekter skæmmer vores resultater.

Dårlig maskedefinition kan påvirkenyreQSM værdier. Derfor er optimal nøjagtighed af udeluftfjernelse et vigtigt skridt for QSM-kvantificering. I den aktuelle undersøgelse varierede vi maskedefinitionen af ​​et sundt individ. I dette eksempel er der ingen væsentlige ændringer af QSM-værdier for højrenyrekunne identificeres i tilfælde af en relativt lille segmenteringsunøjagtighed, som det var tilfældet i vores undersøgelse. En systematisk evaluering af maskedefinitionens indflydelse på QSM-værdierne kunne dog være genstand for yderligere simuleringsstudier.

I denne undersøgelse var variabiliteten af ​​QSM-værdier for venstre nyre signifikant højere end for højre nyre (p.<0.05). this="" difference="" might="" be="" due="" to="" higher="" cardiac="" artifacts="" of="" the="" left="">nyre, som vist i flere tidligere renal MR-undersøgelser [28]. Denne effekt kan reduceres med yderligere udvikling af renal QSM.

Cortico-medullær differentiering var ikke mulig ved QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) in the current study (p>0.05), formentlig på grund af metodens moderate opløsning. Forbedring af opløsningen af ​​QSM for at muliggøre cortico-medullær differentiering bør være genstand for yderligere undersøgelser.

At undersøge den potentielle diagnostiske værdi af QSM, en patient mednyrefibrose som et eksempel på en nyrepatologi i slutstadiet blev inkluderet i undersøgelsen. Tidligere er det rapporteret, at nyrefibrose øger det diamagnetiske indhold i nyrevævet [13], sandsynligvis på grund af overskydende aflejring af kollagen, som er stærkt diamagnetisk [31]. I betragtning af standardafvigelsen svinger modtageligheden af ​​sundt nyrevæv omkring 0 i den aktuelle undersøgelse. I vores undersøgelse, den fibrotiskenyreviste en stærk diamagnetisk følsomhedsværdi, som var væsentligt lavere end i det raske nyrevæv. Fremtidig forskning i en større patientkohorte er nødvendig for at vurdere den nøjagtige diagnostiske værdi af den renale QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning).

Der er flere begrænsninger i vores arbejde. For det første var antallet af raske frivillige lavt, og kun én patient blev inkluderet i denne undersøgelse. Vores fokus var imidlertid at udvikle en robust akkvisitionsprotokol og efterbehandlingspipeline til udførelse af in vivo nyre QSM på et klinisk MR-system. For det andet blev SPURS og en T2* IDEAL tilgang brugt til at fjerne den uønskede kemiske skifteffekt mellem vand og fedt og til at beregne de fedtkorrigerede feltkort. Ingen fedtundertrykkelsesteknik blev brugt i denne undersøgelse, da det ville forlænge optagelsestiden. For at løse problemet bør hurtigere billeddannelsesmetoder såsom den volumetriske interpolerede vejrtrækningsundersøgelse (VIBE) [32] eller radiale optagelsesskemaer [33] tages i betragtning ved måling af QSM i maven. For det tredje fjernede de genererede masker kun luft uden for maven. Luften i tarmkanalen og lungerne var stadig til stede i modtagelighedsberegningerne. Dette kan føre til ikke-lokale fejl i de lokale felter på tværs af ROI [34]. Imidlertid viste vi god intrasubjekt reproducerbarhed i den aktuelle undersøgelse, hvilket tyder på, at fejlen på grund af luft inde i maven er negligerbar. Desuden var opløsningen af ​​MR-billederne ret lav, hvilket kunne have ført til følsomhedsundervurdering [35, 36]. For at overvinde denne begrænsning blev rådataene nulfyldt før QSM-efterbehandlingen. Desuden blev QSM-dataene indsamlet i et enkelt vejrtrækningsstop på 33 s, hvilket kan være vanskeligt at udføre for syge og ældre forsøgspersoner. Yderligere optimering af multi-ekko 3D gradient-ekko-sekvensen er derfor nødvendig for at reducere scanningstiden og samtidig bevare billedkvaliteten.

Som konklusion, gennemførligheden af ​​in vivo QSM (kvantitativ følsomhedskortlægning) i mennesketnyreblev med succes demonstreret i den aktuelle undersøgelse med god reproducerbarhed. Den åbenlyse forskel i QSM-værdierne mellem raske nyrer og en fibrotisk nyre indikerer det mulige diagnostiske potentiale af QSM. Yderligere undersøgelser med større patientpopulationer bør udføres for at bevise den diagnostiske relevans af QSM for funktionelnyreMR billeddannelse.

Elektronisk supplerende materiale Onlineversionen af ​​denne artikel (https://doi.org/10.1007/s10334-020-00895-9) indeholder supplerende materiale, som er tilgængeligt for autoriserede brugere.

Forfatterbidrag EB: studieopfattelse og design, indhentning af data, analyse og fortolkning af data, udarbejdelse af manuskriptet og kritisk revision; JS: undersøgelse af koncept og design, indhentning af data og kritisk revision; TT: indhentning af data, analyse og fortolkning af data og kritisk revision; JJ: indhentning af data, analyse og fortolkning af data og kritisk revision; RZ: indhentning af data, analyse og fortolkning af data og kritisk revision; BV: indhentning af data, analyse og fortolkning af data og kritisk revision; HW: undersøgelse af koncept og design, analyse og fortolkning af data og kritisk revision; AL: studieopfattelse og design, indhentning af data, analyse og fortolkning af data, udarbejdelse af manuskriptet og kritisk revision.

Finansiering Open Access-finansiering aktiveret og organiseret af Projekt DEAL.

Cistanche-nyresvigt symptomer

Overholdelse af etiske standarder

Interessekonflikt Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen interessekonflikt. Derudover har alle forfatterne ikke noget økonomisk forhold til nogen organisation. Undersøgelsen var ikke sponsoreret.Etisk standard Undersøgelsen blev godkendt af den lokale etiske komité.Informeret samtykke Skriftligt informeret samtykke blev opnået fra alle emner.Open Access Denne artikel er licenseret under en Creative Commons Attribution 4.0 International License, som tillader brug, deling, tilpasning, distribution og reproduktion i ethvert medie eller format, så længe du giver passende kredit til den eller de originale forfattere og kilden, giver et link til Creative Commons-licensen og angiver, om ændringer var lavet. Billederne eller andet tredjepartsmateriale i denne artikel er inkluderet i artiklens Creative Commons-licens, medmindre andet er angivet i en kreditgrænse til materialet. Hvis materiale ikke er inkluderet i artiklens Creative Commons-licens, og din påtænkte brug ikke er tilladt i henhold til lovbestemmelser eller overskrider den tilladte brug, skal du indhente tilladelse direkte fra indehaveren af ​​ophavsretten. For at se en kopi af denne licens, besøg http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Referencer

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) Tekniske anbefalinger til klinisk oversættelse afnyreMRI: et konsensusprojekt af Cooperation in Science and Technology Action 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) Magnetisk resonansbilleddannelse biomarkører for kroniskenyresygdom: et positionspapir fra European Cooperation in Science and Technology Action PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplant 33:24–214

3. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM (2018) Funktionel magnetisk resonansbilleddannelse af nyrerne: hvor står vi? Perspektivet for den europæiske COST-aktion PARENCHIMA. Nephrol skivetransplantation. 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 thenyrebiopsi: strategier for molekylær diagnose i nefrologi. J Am Soc Nephrol 13:1961-1972

5. Corwin HL, Schwartz MM, Lewis EJ (1988) Betydningen af ​​prøvestørrelse i fortolkningen af ​​nyrebiopsien. Am J Nephrol 8:85-89

6. Haacke EM, Liu S, Buch S, Zheng W, Wu D, Ye Y (2015) Kvantitativ følsomhedskortlægning: nuværende status og fremtidige retninger. Magn Reson Imaging 33:1–25

7. Liu C, Wei H, Gong NJ, Cronin M, Dibb R, Decker K (2015) Kvantitativ følsomhedskortlægning: kontrastmekanismer og kliniske anvendelser. Tomografi 1:3-17

8. Schweser F, Deistung A, Reichenbach JR (2016) Fundamenter for MRI-fasebilleddannelse og -behandling til kvantitativ følsomhedskortlægning (QSM). Z Med Phys 26:6–34

9. Li W, Wu B, Liu C (2011) Kvantitativ kortlægning af følsomhed af menneskelig hjerne afspejler rumlig variation i vævssammensætning. NeuroImage 55:1645-1656

10. Wang Y, Liu T (2015) Quantitative susceptibility mapping (QSM): afkodning af MR-data for en vævsmagnetisk biomarkør. Magn Reson Med 73:82-101

11. Duyn JH, Van Gelderen P, Li TQ, De Zwart JA, Koretsky AP, Fukunaga M (2007) Højfelt MRI af hjernebarksubstruktur baseret på signalfase. Proc Natl Acad Sci USA 104:11796–11801

12. Liu C (2010) Følsomhed tensor billeddannelse. Magn Reson Med 63:1471–1477

13. Xie L, Sparks MA, Li W, Qi Y, Liu C, Cofman TM, Johnson GA (2013) Kvantitativ følsomhedskortlægning afnyrebetændelse og fibrose hos type 1 angiotensin-receptor-mangelfulde mus. 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) Hjernejern ved kvantitativ MRI er forbundet med handicap ved sclerose. Radiologi 289:487–496

15. Li DTH, Hui ES, Chan Q, Yao N, Chua SE, McAlonan GM, Pang SYY, Ho SL, Mak HKF (2018) Kvantitativ følsomhedskortlægning som en indikator for subkortikal og limbisk jernabnormitet ved Parkinsons sygdom med demens. NeuroImage Clin 20:365-373

16. Sun H, Klahr AC, Kate M, Gioia LC, Emery DJ, Butcher KS, Wilman AH (2018) Kvantitativ følsomhedskortlægning for følgende intrakraniel blødning. Radiologi 288:830–839

17. Sharma SD, Hernando D, Horng DE, Reeder SB (2015) Kvantitativ følsomhedskortlægning i maven som en billeddannende biomarkør for hepatisk jernoverbelastning. Magn Reson Med 74:673–683

18. Xie L, Layton AT, Wang N, Larson PEZ, Zhang JL, Lee VS, Liu C, Johnson GA (2016) Dynamisk kontrastforstærket kvantitativ følsomhedskortlægning med ultrakort ekkotid MRI til evalueringnyrefungere. Am J Physiol Ren Physiol 310:F174–F182

19. Xie L, Dibb R, Cofer GP, Li W, Nicholls PJ, Johnson GA, Liu C (2015) Følsomhedstensorbilleddannelse af nyren og dens mikrostrukturelle underbygning. 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) Samtidig faseudpakning og fjernelse af kemisk skift (SPURS) ved hjælp af grafsnit: anvendelse i kvantitativ modtagelighed kortlægning. 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) En metode til at estimere og fjerne stribeartefakter i kvantitativ følsomhedskortlægning. NeuroImage 108:111-122

22. Bechler E, Stabinska J, Wittsack H (2019) Analyse af forskellige faseudpakningsmetoder for at optimere kvantitativ følsomhedskortlægning i maven. Magn Reson Med 82:2077-2089

23. Hernando D, Kramer JH, Reeder SB (2013) Multi peak fedtkorrigeret kompleks R2*-relaksometri: teori, optimering og klinisk validering. Magn Reson Med 70:1319–1331

24. Zhou D, Liu T, Spincemaille P, Wang Y (2014) Fjernelse af baggrundsfelter ved at løse det Laplaciske grænseværdiproblem. 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) Morfologi muliggjorde dipolinversion til kvantitativ følsomhedskortlægning ved hjælp af strukturel konsistens mellem størrelsesbilledet og modtagelighedskortet. NeuroImage 59:2560-2568

26. Wei H, Dibb R, Zhou Y, Sun Y, Xu J, Wang N, Liu C (2015) Streaking artefaktreduktion til kvantitativ følsomhedskortlægning af kilder med stort dynamisk område. 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) Kvantitativ følsomhedskortlægning i kombination med vand-fedtadskillelse for samtidig leverjern og fedt brøkkvantificering. 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) Diffusionstensor MRI afnyreved 3.0 og 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) Hurtig automatiseret lever kvantitativ følsomhedskortlægning. 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) Quantitative susceptibility mapping (QSM) minimerer interferens fra cellulær patologi i R2*-estimering af leverens jernkoncentration. J Magn Reson Imaging 48:1069-1079

31. Luo J, He X, d'Avignon DA, Ackerman JJH, Yablonskiy DA (2010) Protein-induceret vand 1H MR frekvensskift: bidrag fra magnetisk modtagelighed og udvekslingseffekter. J Magn Reson 202:102-108

32. Rofsky NM, Lee VS, Laub G, Pollack MA, Krinsky GA, Thomasson D, Ambrosino MM, Weinreb JC (1999) Abdominal MR-billeddannelse med en volumetrisk interpoleret åndedrætsundersøgelse. Radiology 212:876–884

33. Yedururi S, Kang HC, Wei W, Wagner-Bartak NA, Marcal LP, Staford RJ, Willis BJ, Szklaruk J (2016). undersøgelse magnetisk resonansbilleddannelse af leveren ved 1,5 T. World J Radiol 8:707

34. Schweser F, Robinson S, de Rochefort L, Li W, Bredies K (2017) En illustreret sammenligning af behandlingsmetoder til fase MRI og QSM: fjernelse af baggrundsfeltbidrag fra kilder uden for området af interesse. NMR Biomed. https://doi.org/10.1002/nm.3604

35. Karsa A, Punwani S, Shmueli K (2019) Effekten af ​​lav opløsning og dækning på nøjagtigheden af ​​kortlægning af følsomhed. Magn Reson Med 81:1833–1848

36. Zhou D, Cho J, Zhang J, Spincemaille P, Wang Y (2017) Følsomhedsundervurdering i et højfølsomt fantom: afhængighed af billedopløsning, størrelseskontrast og andre parametre. Magn Reson Med 78:1080-1086

Publisher's Note Springer Nature forbliver neutral med hensyn til jurisdiktionskrav i offentliggjorte kort og institutionelle tilknytninger.