היתכנות של מיפוי רגישות כמותי (QSM) של הכליה האנושית

למידע נוסף:ali.ma@wecistanche.com

אריק בכלר1 · יוליה סטבינסקה1 · תומאס תיל1 · יונאס יאסה1 · רומאנס זוקובס2 · Birte Valentin1 · Hans-Jörg Wittsack1 · Alexandra Ljimani1

תַקצִיר

מטרה להעריך את ההיתכנות של in-vivoמיפוי רגישות כמותי(QSM) של האדםכִּליָה.

שיטות רצף רב-הד תלת-ממדי בנשימה אחת צירית (זמן רכישה 33 שניות) הושלם בסורק T-MRI 3 (Magnetom Prisma, Siemens Healthineers, Erlangen, גרמניה) ב-19 מתנדבים בריאים. פריקה מבוססת חיתוך גרפים בשילוב עם גישת T2*-IDEAL בוצעה כדי להסיר את השינוי הכימי של השומן וכדי לכמת QSM (מיפוי רגישות כמותי)של הבטן העליונה. ערכי רגישות ממוצעים של כל קליפת הכליה והמדולה בשניהםכליותוהכבד נקבעו והשוו. חמישה נבדקים נמדדו פעמיים כדי לבחון את יכולת השחזור. חולה אחד עם חמורשֶׁל הַכְּלָיוֹתפיברוזיס נכלל במחקר כדי להעריך את הרלוונטיות הקלינית הפוטנציאלית של QSM.

תוצאות QSM (מיפוי רגישות כמותי) הצליח ב-17 מתנדבים וחולים עם פיברוזיס בכליות. מבנים אנטומיים בבטן היו מובחנים בבירור על ידי QSM וערכי הרגישות שהתקבלו בכבד היו דומים לאלה שנמצאו בספרות. התוצאות הראו יכולת שחזור טובה. חוץ מזה, הממוצעשֶׁל הַכְּלָיוֹתערכי QSM שהתקבלו אצל מתנדבים בריאים ({{0}}.04±0.07 ppm לימין ו- 0.06±0.19 ppm לשמאלכִּליָה) היו גבוהים משמעותית מזה שנמדד בפיברוטי שנחקרכִּליָה(− {{0}}.43±− 0.02 עמודים לדקה).

מסקנה QSM של האדםכִּליָהיכולה להיות גישה מבטיחה להערכת מידע על מבנה רקמת כליה מיקרוסקופית. לכן, זה עשוי לשפר עוד יותר את הדמיית MR כלייתית תפקודית.

מילות מפתח מיפוי רגישות כמותי · שֶׁל הַכְּלָיוֹתMRI · הדמיית כליות פונקציונלית

מבוא

בשנים האחרונות, גובר העניין המחקרי בפונקציונלישֶׁל הַכְּלָיוֹתMRI. מספר מחקרים קודמים הוכיחו את הפוטנציאל הגדול של סמנים ביולוגיים של MRI לאפיון תהליכים פתולוגיים שונים המעורבים בהתקדמות שלמחלת כליות כרונית(CKD) [1–3]. סימן היכר היסטולוגי של CKD וגורם עיקרי לאובדן תפקוד כלייתי מתקדם בפיברוזיס בין-סטיציאלי כלייתי. לכן, דרגת פיברוזיס אינטרסטיציאלית ברקמת הכליה היא אינדיקטור חשוב בקביעת ההפיכות שלנזק לכליות. עד כה, הכלי הקליני האמין היחיד להערכת מידת הפיברוזיס של tubulointerstitial הוא ביופסיה כלייתית. מכיוון שהליך אבחון זה הוא פולשני, פגום על ידי הטיית דגימה, ואינו ניתן לחזרה שרירותית [4, 5], שיטת הדמיה לא פולשנית המסוגלת להעריך במדויק את מידת הפיברוזיס הבין-סטיציאלית בכליות היא רצויה ביותר.

מיפוי רגישות כמותי(QSM) היא טכניקת MRI חדשנית, המשתמשת בתמונות פאזה כדי לייצר ניגודיות מבנית גבוהה ומידע כמותי של הרגישות המגנטית של הרקמה [6-9]. במחקרים קודמים, QSM רגיש לשינויים במבנה המיקרו של הרקמה או בהרכב הכימי [10-12] ולכן היא גישה מבטיחה, לא פולשנית להערכתשֶׁל הַכְּלָיוֹתפיברוזיס אינטרסטיציאלי [13]

עד כה, QSM יושם בעיקר למדידת משקעים פתולוגיים בגרעיני הבסיס במחלות נוירולוגיות שונות, או כסמן ביולוגי הדמיה של עומס ברזל בכבד [14-17]. מחקרים עדכניים יותר במודלים של בעלי חיים חקרו את הפוטנציאל של QSM להעריךשֶׁל הַכְּלָיוֹתמיקרו-מבנה [13, 18, 19]. בפרט, Xie et al. [13] הדגים את הרגישות של QSM בזיהוי פתולוגיה הנגרמת על ידי דלקת כליות ופיברוזיס בעכברים. עם זאת, למיטב ידיעתנו, לא בוצע מחקר הולם שבוצע in vivo למיפוי רגישות ב-hכליה אומן.

QSM בטן (מיפוי רגישות כמותי) נחשב מאתגר מבחינה טכנית. ראשית, תנועת הנשימה של איברי הבטן העליונה מובילה לניגודיות מבנית מוגבלת ולערכי רגישות מוזלים [17]. שנית, נוכחות של שומן בטני משפיעה לרעה על האומדן של מפת השדה B0, שהיא שלב קריטי באלגוריתם QSM [17, 20]. שלישית, וריאציות הרגישות הגדולות סביב ממשקי אוויר-רקמות גורמות לחפצי פסים חמורים, ולפיכך מפות QSM שגויות [21]. יתר על כן, כפי שהוצג במחקר סימולציה ראשוני קודם על ידי קבוצת המחקר שלנו [22], הדיוק של מפת הרגישות הבטן מושפע מאוד משלב עיבוד השלב, כולל ביטול העטיפה והסרת שדה רקע.

העבודה הנוכחית נועדה להעריך את ההיתכנות של ביצוע QSM in vivo שלכליה אנושיתעל מערכת MRI קלינית. למטרה זו, פרוטוקול רכישת MRI מותאם ו-QSM (מיפוי רגישות כמותי) צינור עיבוד הופעל כדי להשיג מפות QSM של כליות.

לחץ כדיCistanche para que sirve לטיפול במחלת כליות

שיטות

אוכלוסיית המחקר

המחקר אושר על ידי ועדת האתיקה המקומית, והתקבלה הסכמה מדעת בכתב מכל הנבדקים.

תשעה עשר מתנדבים בריאים (גיל ממוצע 28.1±12.9 שנים) ללא כל היסטוריה שלכִּליָהמחלה או כל מחלה מערכתית ידועה שעלולה להיות מעורבת בכליות השתתפו במחקר. חמישה נבדקים נמדדו פעמיים עם מרווח זמן של 10 דקות בין מדידות למיקום מחדש ב-MRI כדי להעריך את יכולת השחזור.

יתר על כן, מטופל בן 78-בן שנה עם מחלה קשהכִּליָהפיברוזיס עקב אנמנזה ארוכה שלשֶׁל הַכְּלָיוֹתאי ספיקה (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=""> (מיפוי רגישות כמותי).

לא נעשו הכנות ספציפיות לפני הבדיקה [1].

רכישת נתונים

רכישת נתונים בוצעה בסורק 3 T (Magnetom Prisma, Siemens AG, Healthineers, Erlangen, גרמניה) באמצעות סליל עמוד שדרה בעל 32 ערוצים בשילוב עם סליל גוף בעל 30 ערוצים. רצף טורבו ספין-הד של חצי פורייה (HASTE) בכל שלושת צירי התמונה (צירי, קורונלי וסאגיטלי) שימש לרכישת תמונות אנטומיות. תמונות אנטומיות אלו שימשו למיקום FOV עבור ה-QSM הבא (מיפוי רגישות כמותי) סדר פעולות. ה-FOV הוצב במרכזכליות(איור 1).

נתוני QSM נרכשו באמצעות רצף אקו שיפוע רב-הד תלת-ממדי יחיד צירי-עצירת נשימה עם הפרמטרים הבאים: מספר הדים=4; TE1/ΔTE/TR=3.1/3.7/17 אלפיות השנייה; זווית היפוך=15 מעלות; מטריצת רכישה=256×192 × 26; גודל ווקסל=1.64×1.64 × 3 מ"מ; רוחב פס=1775 הרץ/פיקסל; קידוד פורייה פרוסה ושלב=6/8; גורם האצת הדמיה מקבילה=2; זמן רכישה 33 ש'. ההגדרות עבורשֶׁל הַכְּלָיוֹתרכישת QSM נקבעה במבחנים מוקדמים כדי להשיג את איכות התמונה האופטימלית בזמן הרכישה הקצר ביותר האפשרי.

איכות עצירת הנשימה במהלך רכישת QSM אומתה באמצעות בקרה חזותית על ידי מצלמת התצפית המשולבת של המטופל. יתר על כן, איכות הנתונים שנרכשו אומתה על ידי שני רדיולוגים מנוסים בהדמיית בטן (AL 10 שנים, BV 4 שנים) לפני עיבוד שלאחר. במקרה של חפצי תנועה משמעותיים בנתונים, ה-QSM (מיפוי רגישות כמותי) הרכישה חזרה מיד או לא נכללה מניתוח נוסף אם החזרה נכשלה.

איור 1 דוגמה למיקום FOV עבורשֶׁל הַכְּלָיוֹתרכישת QSM. FOV הוצב במרכזכליותכדי להבטיח תנאי הדמיה אחידים

לאחר עיבוד

תרשים הזרימה באיור 2 מציג את שלבי השחזור שבוצעו כדי להעריך אתכִּליָהמפות QSM. כל החישובים בוצעו באמצעות MATLAB (R2018a; The MathWorks, Inc., Natick, MA).

בשלב הראשון, הנתונים מולאו באפס והובילו לגודל ווקסל של 0.8×0.8 × 2.25 מ"מ³. העיבוד שלאחר ה-QSM מותאם במקור להדמיית מוח, כאשר תרומת השומן לאות ה-MRI היא מינימלית [20]. עם זאת, יישומים מחוץ למוח במיוחד בבטן דורשים הסרת שומן יעילה כדי למנוע הטיית כימות במפות הרגישות. במחקר זה, ההשפעה הכימית הלא רצויה בין מים לשומן בוטלה בשיטה הנקראת Simultaneous phase unwrapping and removal of chemical shift (SPURS) [20]. SPURS משתמש בפיתוח המבוסס על חיתוך גרף כדי לבטל את עטיפת הפאזה בנתוני הפאזה המלאים באפס. יתרה מכך, גישת T2*-IDEAL [23] יושמה כדי לחשב את מפות השדה מתוקנות השומן שהתקבלו, ששימשו כקלט להסרת שדות הרקע.

במחקר זה, מסכות של כל הבטן נוצרו אוטומטית על התמונות הציריות (Brain Surface Extractor (BSE) מ-BrainSuite, גרסה 18a, אוניברסיטת קליפורניה) מנתוני גודל אפס כדי להסיר את האוויר הלא רצוי מחוץ לבטן. לאחר בקרת איכות חזותית של הפילוח, נעשה שימוש במסכות שנוצרו להסרת שדה הרקע בעזרת האלגוריתם של ערך הגבול של Laplacian (LBV) [24], שהוא חלק מארגז הכלים של MEDI [25].

בשלב אחרון, הבעיה ההפוכה שהיתה לא טובה נפתרה על ידי הפחתת חפצי פסים עבור QSM (מיפוי רגישות כמותי) שיטת (STAR-QSM) [26] מ-STI-Suite [9] וכתוצאה מכך מפות רגישות. גם LBV וגם STAR-QSM הופעלו עם הגדרות ברירת מחדל.

התוכנה ITK-SNAP (גרסה 3.8.0, אוניברסיטת פנסילבניה) שימשה לצייר באופן ידני אזורי עניין (ROIs) ברקמת השריר הפרה-חולייתי (336 פיקסלים), בכבד (900 פיקסלים), כולוכִּליָה(5533±1792 פיקסלים ו-4756±1142 פיקסלים עבור שמאל וימיןכליות, בהתאמה),שֶׁל הַכְּלָיוֹתקליפת המוח (1260±279 פיקסלים ו-1245±265 פיקסלים עבור כליות שמאל וימין, בהתאמה) ומדולה כליה (993±293 פיקסלים ו-962±392 פיקסלים עבור כליות שמאל וימין, בהתאמה) (איור 3). כל ההחזרים על ההשקעה נמשכו על פני שלוש פרוסות רצופות והרגישות הממוצעת וסטיית התקן (SD) חושבו עבור כל איבר ונבדק. רקמת השריר הפרה-חולייתית שימשה כאסמכתא לכימות QSM במחקר הנוכחי כדי להבטיח עקביות של ערכי הרגישות (חומר משלים, טבלה S1) [27].

איור 2 תרשים זרימה המציג את שלבי השחזור של חישוב מפות הרגישות. נקודת ההתחלה של השחזור היא נתוני הגודל והפאזה המלאים באפס. פירוק שלב בו-זמני והסרה של היסט כימי (SPURS) הוחל על נתוני שלב אפס כדי להסיר השפעות הסטות כימיות בין מים לשומן. יתרה מכך, גישת T2*-IDEAL יושמה כדי לחשב את מפות השדה מתוקנות השומן שהתקבלו (שלב לא עטוף). מסכות של כל הבטן נוצרו אוטומטית מנתוני גודל אפס להסרת שדה רקע בעזרת האלגוריתם של ערך הגבול Laplacian (LBV). בשלב אחרון, הבעיה ההפוכה שהיתה לא טובה נפתרה על ידי הפחתת חפצי פסים עבור QSM (מיפוי רגישות כמותי) שיטת (STAR-QSM) מה-STI-Suite וכתוצאה מכך מפות רגישות.

כדי לבחון האם השפעות פוסט-עיבוד גלובליות מוטות את ה-QSM המחושב (מיפוי רגישות כמותי) ערכים, למשל, שגיאות לא מקומיות מהערכת שדה לא מהימנה על פני ה-ROIs, ערכי QSM בכבד נקבעו והושוו לערכי הספרות הזמינים.

יתר על כן, הדיוק של הסרת אוויר חיצוני הוא צעד חשוב לכימות QSM. כדי להעריך את ההשפעה של איכות הגדרת המסכה על ערכי ה-QSM, הגדרת המסכה שונתה בנבדק בריא אחד. לפיכך, ארבע מסכות שונות (ללא אוויר מחוץ לבטן, המכילות כמות קטנה וגדולה של אוויר חיצוני ומכילות שטח תמונה שלם) הוחלו על מערך הנתונים, בהתאמה, וערכי רגישות של ימיןכִּליָההושוו.

איור 3 דוגמה למיקום החזר ROI. תמונת גודל של הבטן עם אזורי עניין למופת (ROIs) מצוירים ברקמת השריר הפרה-חולייתית (336 פיקסלים), בכבד (900 פיקסלים), בכליה כולה (5533±1792 פיקסלים ו-4756±1142 פיקסלים עבור כליות שמאל וימין, בהתאמה. ),שֶׁל הַכְּלָיוֹתקורטקס (1260±279 פיקסלים ו-1245±265 פיקסלים עבור שמאל וימיןכליות, בהתאמה) ומדולה כליה (993±293 פיקסלים ו-962±392 פיקסלים עבור כליות שמאל וימין, בהתאמה)

ניתוח סטטיסטי

ערכי הרגישות של שמאל וימיןכִּליָה, כמו גם קליפת המוח והמדולה בשתי הכליות, של קבוצת הביקורת הבריאה, נערכו ממוצעים בכל הנבדקים והשוו לממוצע ול-SD בתוך הכליה הפיברוטית הימנית כדי להעריך דוגמה לרלוונטיות הקלינית הפוטנציאלית של QSM.

יתר על כן, בדיקת Wilcoxon שימשה להשוואת תוצאות QSM של הכליות השמאלית והימנית וכןשֶׁל הַכְּלָיוֹתקורטקס ומדוללה. חוץ מזה, מתאם פירסון ביןכִּליָהורגישויות הכבד חושבו עבור קבוצת הביקורת הבריאה.

תוצאות

שני נבדקים בריאים לא נכללו בניתוח נוסף עקב חפצים חמורים בגבול בין הריאות לרקמה הסובבת (איור 4ה).

QSM (מיפוי רגישות כמותי) הוכמת בהצלחה ב-17 המתנדבים הבריאים שנותרו והמטופל עםשֶׁל הַכְּלָיוֹתפיברוזיס (חומר משלים, איורים S1-S3). ניתן היה להבחין בבירור באיברי הבטן העליונים, כמו כבד וכליות, במערכים אלה (איור 4). במקרה אחד, פריקת השלב נכשלה באזור קטן קרוב ל-כִּליָה, מה שמוביל לערכי רגישות לא מדויקים באותו אזור (איור 4ד). עם זאת, רק חלק קטן מהכליה הושפע ונלקח בחשבון במהלך מיקום החזר ה-ROI. לא נצפה מתאם בין ערכי ה-QSM של הכליה והכבד (R2=0.035) (איור 5), מה שמצביע על כך שאין השפעות גלובליות שלאחר עיבוד הטיה את ערכי הרגישות המחושבים.

איור 6 מציג את מפות הרגישות והערכים עבור הווריאציה של הגדרת המסכה אצל מתנדב בריא אחד. אין שינויים ב-QSM הכלייתי (מיפוי רגישות כמותי) ניתן לזהות ערכים במקרה של אי דיוק פילוח קטן יחסית (איור 6א, ב). עם זאת, כמויות גדולות יותר של אוויר הובילו לערכי רגישות לא מדויקים (איור 6ג, ד).

המשמעותשֶׁל הַכְּלָיוֹתערכי הרגישות של המתנדבים הבריאים היו {{0}}.04±0.07 ppm (טווח − {{10}} .07 עד 0.16 ppm) עבור הכליה הימנית ו- 0.06±0.19 ppm (טווח - 0.35 עד 0.39 ppm) עבור הכליה השמאלית, בהתאמה (טבלה 1). ערכי הרגישות הממוצעים של ימין ושמאלכליותהיו שונים באופן משמעותי (עמ'<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).

ערכי רגישות לכבד שנמדדו במתנדבים בריאים ובמטופל עםשֶׁל הַכְּלָיוֹתפיברוזיס היו באותו טווח {{0}}.17±0.13 ppm ו-0.15±0.01 ppm עבור מתנדבים בריאים והמטופל עם פיברוזיס כליות, בהתאמה (טבלה 2).

מדידות שחזור בחמישה נבדקים גילו יכולת שחזור טובה הן עבור הכבד והן של הכליה הימנית QSM (מיפוי רגישות כמותי) ללא הבדל משמעותי בערכי הרגישות הכבדית או הכלייתית בין שתי המדידות (p=0.48) (טבלה 3). ערכי הרגישות לימיןכִּליָההיו {{0}}.02±0.06 עמודים לדקה ו- 0.03±{{15} }.11 ppm עבור מדידות הבדיקה והבדיקה החוזרת, בהתאמה. רגישות הכבד הייתה 0.16±0.10 ppm ו-0.12±0.07 ppm, בהתאמה.

איור 7 מציג את מפות ה-QSM על גבי תמונות הגודל עבור מתנדב בריא והחולה הנחקר עם פיברוזיס אינטרסטיציאלי בכליות. הרגישות של הכליה הפיברוטית הימנית הייתה דיאמגנטית מאוד (- 0.43±0.02 ppm).

דִיוּן

QSM (מיפוי רגישות כמותי) היא גישה חדשה ומבטיחה להערכת מידע על מבנה ותפקוד רקמות. בעבודה זו, הדגמנו את ההיתכנות של ביצוע QSM in vivo של הכליה האנושית על מערכת MRI קלינית. סכימת הרכישה שהוצגה ובהמשך צינור עיבוד ה-QSM המיושם, המורכבת משיטות ה-QSM המתקדמות ביותר, הצליחה ב-90 אחוז מהנושאים שנבדקו והובילה לתוצאות הניתנות לשחזור. מבנים אנטומיים בבטן היו מובחנים בבירור במפות QSM ורק כמה חפצים היו קיימים באזור המעיים. חוץ מזה, ההבדל בין ערכי ה-QSM הממוצעים שהתקבלו אצל הבריאיםכליותוהרגישות של הכליה הפיברוטית מראה את הפוטנציאל של QSM (מיפוי רגישות כמותי) להבדיל בין בריא לפתולוגישֶׁל הַכְּלָיוֹתרִקמָה. מכיוון שמימון זה מבוסס על מקרה פיברוטי בודד בלבד, מחקרים נוספים עם אוכלוסיית חולים גדולה יותר אמורים להוכיח את הערך האבחוני של QSM בעתיד.

איור 4 דוגמאות לתמונות פאזה עטופות ולא עטופה וכן מפות שדה ורגישות מקומיות והמסכה המתאימה של הבטן העליונה של חמישה מתנדבים בריאים. ניתן להבחין בבירור בין מבנים אנטומיים ורק מעט חפצים קיימים באזור המעי (a-c). באחד המקרים, פריקת השלב נכשלה קרוב ל-כִּליָה, מה שמוביל לערכי רגישות לא מדויקים (d, חץ לבן). דוגמה לממצאים חמורים עקב אוויר בריאות (ה, חיצים שחורים), שהיו קיימים בשני מתנדבים בריאים. שני מערכי הנתונים הוסרו מהמשך עיבוד נוסף.

איור 5 עלילת מתאם פירסון ביןשֶׁל הַכְּלָיוֹתוערכי רגישות הכבד של המתנדבים הבריאים. לא נצפה מתאם בין QSM כלייתי וכבדי (מיפוי רגישות כמותי) ערכים (R2=0.035), המצביעים על כך שהשפעות הפוסט-עיבוד הגלובליות לא השפיעו על כימת ה-QSM.

איור 6 דוגמאות למפות רגישות וערכים לשונות של הגדרת המסכה להסרת אוויר חיצוני אצל מתנדב בריא אחד. אין שינויים בערכי QSM של הימיןכִּליָהניתן לזהות במקרה של אי דיוק פילוח קטן יחסית ללא אוויר חיצוני שנשאר לאחר פילוח (א) ומכיל כמות קטנה של אוויר חיצוני (ב). עם זאת, כמויות גדולות יותר של אוויר חיצוני הובילו לערכי רגישות לא מדויקים (ג, ד)

טבלה 1 ערכי רגישות של השלםכִּליָה, הקורטקס והמדולה של מתנדבים בריאים היו בממוצע על פני כל 17 הנבדקים

ההבדל המשמעותי ב-QSM (מיפוי רגישות כמותי) ערכים של שמאל וימיןכליות(p<0.05) is="" probably="" based="" on="" higher="" motion="" artifacts="" in="" the="" left="" kidney.="" considering="" the="" standard="" deviation,="" the="" susceptibility="" of="" healthy="">שֶׁל הַכְּלָיוֹתtissue 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)

טבלה 2 ערכי רגישות של הכליה הימנית והכבד של מתנדבים בריאים, בממוצע על פני כל 17 הנבדקים, והמטופל עם פיברוזיס כלייתי חמור

ערך QSM של הימיןכִּליָהשל חולים עם פיברוזיס בכליות שונה באופן משמעותי מערכי QSM שנמדדו בכליה הימנית של מתנדבים בריאים. עם זאת, ערכי QSM בכבד שנמדדו במתנדבים בריאים ובמטופל עם פיברוזיס כלייתי נמצאים באותו טווח, למעט השפעות גלובליות הטיות תוצאות QSM כליות.

QSM כבר יושם בבטן האדם בעבר [17, 27, 29, 30], והראה תוצאות מבטיחות כטכניקת MRI חדשה. עם זאת, השיטה מציבה כמה אתגרים טכניים שהפריעו ליישום שלה in vivo על הכליה האנושית עד כה. על ידי שילוב ואופטימיזציה של שלבי פוסט עיבוד תמונה שכבר הוקמה עבור QSM (מיפוי רגישות כמותי), חלק מהבעיות הללו נפתרו בהצלחה במחקר הנוכחי. ראשית, חפצי תנועה המושרים על ידי נשימה חופשית בוטלו על ידי רכישת נתונים במהלך עצירת נשימה אחת בהשראת הקצה. שנית, אפקט המעבר הכימי הלא רצוי בין מים לשומן הוסר על ידי שימוש בצינור מתקדם לאחר עיבוד. שלישית, פרמטרים הולמים של רכישה ואחרי עיבוד נקבעו כדי למזער את החפצים ולספק תוצאות הניתנות לשחזור.

טבלה 3 תוצאות לשחזור.

ערכי רגישות ממוצעים לסטיית תקן עבור הימיןכִּליָהוהכבד היו ממוצעים על כל חמשת נבדקי ההתרבות. יכולת שחזור טובה עבור הכבד והכליה הימנית QSM ללא הבדל משמעותי בערכי הרגישות הכבדית או הכלייתית בין שתי המדידות (p=0.48)

איור 7 תמונות גודל בציפוי מפות QSM של הכליה הימנית למתנדב בריא (תמונה שמאל) ולמטופל עם פיברוזיס כליות (תמונה ימין). הפיברוטיכִּליָהמציג ערך דיאמגנטי חזק (- {{0}}.43±- 0.02 ppm), שהיה נמוך משמעותית מערך ה-QSM שנמדד בבריאיםשֶׁל הַכְּלָיוֹתרקמה (כליה ימנית {{0}}.04±0.07 ppm)

למיטב ידיעתנו, זהו המחקר הראשון שמבצע QSM in vivo (מיפוי רגישות כמותי) באדםכִּליָהעל מערכת MRI קלינית. מכיוון שאין ספרות ערכי QSM כלייתי זמינים, הצלחנו להשוות רק את ערכי הרגישות של הכבד שהתקבלו במחקר שלנו עם אלה שדווחו על ידי הקבוצות האחרות. במחקר של Lin et al. [27], רגישות הכבד המחושבת נעה בין 0.23 ל-5.94 ppm. עם זאת, המחקר שלהם התמקד בחולים עם עודף ברזל בכבד (המוכרומטוזיס). אנשים עם פחות משקעי ברזל בכבד הראו ערכי QSM של כ-0.34 ppm ונחשבו בריאים. במחקר של Dong et al. [20], נקבעו ערכי רגישות ממוצעים לכבד של {{10}}.23±0.07 ppm. בסך הכל, ערכי ה-QSM של הכבד שנמדדו במחקר הנוכחי (טווח 0.01-0.44 ppm) תואמים את המחקר הקודם, מה שמצביע על כך שאין השפעות גלובליות מוטות את התוצאות שלנו.

הגדרה לקויה של מסכה עלולה להשפיע עלשֶׁל הַכְּלָיוֹתערכי QSM. לכן, דיוק אופטימלי של הסרת אוויר חיצוני הוא צעד חשוב לכימות QSM. במחקר הנוכחי, שינינו את הגדרת המסכה של נבדק בריא אחד. בדוגמה זו, אין שינויים משמעותיים בערכי QSM של הימיןכִּליָהניתן לזהות במקרה של אי דיוק פילוח קטן יחסית, כפי שהיה במחקר שלנו. עם זאת, הערכה שיטתית של השפעת הגדרת המסכה על ערכי QSM יכולה להיות מושא למחקרי סימולציה נוספים.

במחקר זה, השונות של ערכי QSM של הכליה השמאלית הייתה גבוהה משמעותית מאלה של הכליה הימנית (p<0.05). this="" difference="" might="" be="" due="" to="" higher="" cardiac="" artifacts="" of="" the="" left="">כִּליָה, כפי שהוצג במספר מחקרי MRI כליות קודמים [28]. השפעה זו עשויה להיות מופחתת עם התפתחות נוספת של QSM כלייתי.

הבחנה קורטיקו-מדולרית לא הייתה אפשרית על ידי QSM (מיפוי רגישות כמותי) in the current study (p>0.05), ככל הנראה בשל הרזולוציה המתונה של השיטה. שיפור ברזולוציה של QSM כדי לאפשר התמיינות קורטיקו-מדולרית צריך להיות מושא למחקרים נוספים.

לבחון את הערך האבחוני הפוטנציאלי של QSM, מטופל עםשֶׁל הַכְּלָיוֹתפיברוזיס כדוגמה לפתולוגיה כלייתית סופנית נכללה במחקר. בעבר, דווח כי פיברוזיס כלייתי מגביר את התוכן הדיאמגנטי של רקמת הכליה [13], ככל הנראה עקב שקיעת עודף של קולגן, שהוא דיאמגנטי מאוד [31]. בהתחשב בסטיית התקן, הרגישות של רקמת כליה בריאה נעה סביב 0 במחקר הנוכחי. במחקר שלנו, הפיברוטיכִּליָההראה ערך רגישות דיאמגנטית חזק, שהיה נמוך משמעותית מזה שברקמת הכליה הבריאה. יש צורך במחקר עתידי בקבוצת חולים גדולה יותר כדי להעריך את הערך האבחוני המדויק של ה-QSM הכלייתי (מיפוי רגישות כמותי).

ישנן מספר מגבלות של העבודה שלנו. ראשית, מספר המתנדבים הבריאים היה נמוך ורק חולה אחד נכלל במחקר זה. עם זאת, המיקוד שלנו היה לפתח פרוטוקול רכישה חזק וצינור שלאחר עיבוד לביצוע QSM של כליות in vivo במערכת MRI קלינית. שנית, SPURS וגישת T2* IDEAL שימשו כדי להסיר את אפקט המעבר הכימי הלא רצוי בין מים לשומן ולחשב את מפות השדה מתוקנות השומן. לא נעשה שימוש בטכניקת דיכוי שומן במחקר זה, מכיוון שהיא תאריך את זמן הרכישה. כדי לטפל בבעיה, יש לקחת בחשבון שיטות הדמיה מהירות יותר כגון בדיקת עיכוב נשימה נפחית (VIBE) [32] או תוכניות רכישה רדיאליות [33] בעת מדידת QSM בבטן. שלישית, המסכות שנוצרו הסירו רק אוויר מחוץ לבטן. האוויר בדרכי המעיים והריאות עדיין היה קיים בחישובי הרגישות. זה עלול להוביל לשגיאות לא מקומיות בשדות המקומיים על פני החזר ה-ROI [34]. עם זאת, הראינו יכולת שחזור טובה בין הנבדקים במחקר הנוכחי, מה שמרמז על כך שהשגיאה הנובעת מאוויר בתוך הבטן היא זניחה. יתר על כן, הרזולוציה של תמונות ה-MR הייתה נמוכה למדי, מה שעלול היה להוביל להערכת חסר של רגישות [35, 36]. כדי להתגבר על מגבלה זו, הנתונים הגולמיים מולאו באפס לפני העיבוד שלאחר ה-QSM. חוץ מזה, נתוני ה-QSM נרכשו בעצירת נשימה אחת של 33 שניות, מה שעשוי להיות קשה לביצוע עבור נבדקים חולים וקשישים. לפיכך, יש צורך באופטימיזציה נוספת של רצף הד-הד שיפוע תלת-ממדי רב-הד כדי להפחית את זמן הסריקה תוך שמירה על איכות התמונה.

לסיכום, ההיתכנות של QSM in vivo (מיפוי רגישות כמותי) באדםכִּליָההוכח בהצלחה במחקר הנוכחי עם יכולת שחזור טובה. ההבדל הברור בערכי QSM בין כליות בריאות לכליה פיברוטית מצביע על הפוטנציאל האבחוני האפשרי של QSM. יש לבצע מחקרים נוספים עם אוכלוסיות מטופלים גדולות יותר כדי להוכיח את הרלוונטיות האבחנתית של QSM לתפקודשֶׁל הַכְּלָיוֹתהדמיית MR.

חומר משלים אלקטרוני הגרסה המקוונת של מאמר זה (https://doi.org/10.1007/s10334-020-00895-9) מכילה חומר משלים, הזמין למשתמשים מורשים.

תרומות מחבר EB: מחקר תפיסה ועיצוב, רכישת נתונים, ניתוח ופרשנות של נתונים, ניסוח כתב היד ועדכון ביקורתי; JS: לימוד תפיסה ועיצוב, רכישת נתונים ורוויזיה קריטית; TT: רכישת נתונים, ניתוח ופרשנות של נתונים ועדכון קריטי; JJ: רכישת נתונים, ניתוח ופרשנות של נתונים, ועדכון קריטי; RZ: רכישת נתונים, ניתוח ופרשנות של נתונים ועדכון קריטי; BV: רכישת נתונים, ניתוח ופרשנות של נתונים ועדכון קריטי; HW: חקר תפיסה ועיצוב, ניתוח ופרשנות של נתונים ורוויזיה ביקורתית; א"ל: לימוד תפיסה ועיצוב, רכישת נתונים, ניתוח ופרשנות של נתונים, ניסוח כתב היד ועדכון ביקורתי.

מימון מימון בגישה פתוחה מופעל ומאורגן על ידי Projekt DEAL.

סימפטומים של סיסטאנצ'י-אי ספיקת כליות

עמידה בתקנים אתיים

ניגוד עניינים המחברים מצהירים שאין להם ניגוד עניינים. בנוסף, לכל המחברים אין קשר כלכלי עם אף ארגון. המחקר לא ממומן. תקן אתי המחקר אושר על ידי ועדת האתיקה המקומית. הסכמה מדעת התקבלה הסכמה מדעת מכל הנבדקים. Open Access מאמר זה מורשה תחת ייחוס Creative Commons 4.0 רישיון בינלאומי, המאפשר שימוש, שיתוף, עיבוד, הפצה ושכפול בכל מדיום או פורמט, כל עוד אתה נותן קרדיט מתאים למחבר/ים המקוריים ולמקור, מספק קישור לרישיון Creative Commons, ומציין אם השינויים בוצעו עָשׂוּי. התמונות או חומר צד שלישי אחר במאמר זה כלולים ברישיון Creative Commons של המאמר אלא אם צוין אחרת בקו אשראי לחומר. אם החומר אינו כלול ברישיון Creative Commons של המאמר והשימוש המיועד שלך אינו מותר על פי תקנה סטטוטורית או חורג מהשימוש המותר, תצטרך לקבל אישור ישירות מבעל זכויות היוצרים. כדי לצפות בעותק של רישיון זה, בקר בכתובת http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

הפניות

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) המלצות טכניות לתרגום קליני שלשֶׁל הַכְּלָיוֹתMRI: פרויקט קונצנזוס של שיתוף הפעולה במדע וטכנולוגיה 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) סמנים ביולוגיים להדמיית תהודה מגנטית עבור כרוניכִּליָהמחלה: נייר עמדה משיתוף הפעולה האירופי במדע וטכנולוגיה PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplant 33:24–214

3. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM (2018) הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית של הכליות: איפה אנחנו עומדים? נקודת המבט של COST Action האירופי PARENCHIMA. השתלת חוגה של Nephrol. 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 theשֶׁל הַכְּלָיוֹתביופסיה: אסטרטגיות לאבחון מולקולרי בנפרולוגיה. J Am Soc Nephrol 13:1961–1972

5. Corwin HL, Schwartz MM, Lewis EJ (1988) חשיבות גודל המדגם בפירוש הביופסיה הכלייתית. Am J Nephrol 8:85–89

6. Haacke EM, Liu S, Buch S, Zheng W, Wu D, Ye Y (2015) מיפוי רגישות כמותי: מצב נוכחי וכיוונים עתידיים. Magn Reson Imaging 33:1–25

7. Liu C, Wei H, Gong NJ, Cronin M, Dibb R, Decker K (2015) מיפוי רגישות כמותי: מנגנוני ניגוד ויישומים קליניים. טומוגרפיה 1:3–17

8. Schweser F, Deistung A, Reichenbach JR (2016) יסודות הדמיה ועיבוד שלב MRI למיפוי רגישות כמותי (QSM). Z Med Phys 26:6–34

9. Li W, Wu B, Liu C (2011) מיפוי רגישות כמותי של המוח האנושי משקף שונות מרחבית בהרכב הרקמה. NeuroImage 55:1645–1656

10. Wang Y, Liu T (2015) מיפוי רגישות כמותי (QSM): פענוח נתוני MRI עבור סמן ביולוגי מגנטי של רקמה. Magn Reson Med 73:82–101

11. Duyn JH, Van Gelderen P, Li TQ, De Zwart JA, Koretsky AP, Fukunaga M (2007) MRI בשדה גבוה של תת-מבנה קליפת המוח מבוסס על שלב האות. Proc Natl Acad Sci USA 104:11796–11801

12. Liu C (2010) הדמיית טנזור רגישות. Magn Reson Med 63:1471–1477

13. Xie L, Sparks MA, Li W, Qi Y, Liu C, Cofman TM, Johnson GA (2013) מיפוי רגישות כמותי שלכִּליָהדלקת ופיברוזיס בעכברים מסוג 1 חסרי קולטן לאנגיוטנסין. 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 קשורה לנכות בטרשת נפוצה. רדיולוגיה 289:487–496

15. Li DTH, Hui ES, Chan Q, Yao N, Chua SE, McAlonan GM, Pang SYY, Ho SL, Mak HKF (2018) מיפוי רגישות כמותי כאינדיקטור לאנורמליות של ברזל תת-קורטיקלי ולימבי במחלת פרקינסון עם דמנציה. NeuroImage Clin 20:365–373

16. Sun H, Klahr AC, Kate M, Gioia LC, Emery DJ, Butcher KS, Wilman AH (2018) מיפוי רגישות כמותי למעקב אחר דימום תוך גולגולתי. רדיולוגיה 288:830–839

17. Sharma SD, Hernando D, Horng DE, Reeder SB (2015) מיפוי רגישות כמותי בבטן כסמן ביולוגי הדמיה של עומס ברזל בכבד. Magn Reson Med 74:673–683

18. Xie L, Layton AT, Wang N, Larson PEZ, Zhang JL, Lee VS, Liu C, Johnson GA (2016) מיפוי רגישות כמותי דינמי עם שיפור ניגודיות עם MRI בזמן אקו קצר במיוחד להערכתשֶׁל הַכְּלָיוֹתפוּנקצִיָה. Am J Physiol Ren Physiol 310:F174–F182

19. Xie L, Dibb R, Cofer GP, Li W, Nicholls PJ, Johnson GA, Liu C (2015) הדמיית טנזור רגישות של הכליה והיסודות המיקרו-סטרוקטורליים שלה. 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) פריקת שלב סימולטני והסרה של כימיקלים (SPURS) באמצעות חיתוכים גרפים: יישום ברגישות כמותית מיפוי. 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) שיטה לאומדן והסרה של חפצי פסים במיפוי רגישות כמותי. NeuroImage 108:111–122

22. Bechler E, Stabinska J, Wittsack H (2019) ניתוח של שיטות שונות של פירוק פאזה למיטוב מיפוי רגישות כמותי בבטן. Magn Reson Med 82:2077–2089

23. Hernando D, Kramer JH, Reeder SB (2013) R2* רילקולומטריה מורכבת מתוקנת בשומן רב-שיא: תיאוריה, אופטימיזציה ואימות קליני. Magn Reson Med 70:1319–1331

24. Zhou D, Liu T, Spincemaille P, Wang Y (2014) הסרת שדות רקע על ידי פתרון בעיית ערך הגבול של Laplacian. 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) מורפולוגיה אפשרה היפוך דיפול למיפוי רגישות כמותי באמצעות עקביות מבנית בין תמונת הגודל ומפת הרגישות. NeuroImage 59:2560–2568

26. Wei H, Dibb R, Zhou Y, Sun Y, Xu J, Wang N, Liu C (2015) הפחתת חפצים פסים למיפוי רגישות כמותי של מקורות עם טווח דינמי גדול. 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) מיפוי רגישות כמותי בשילוב עם הפרדת מים-שומן עבור ברזל ושומן בכבד בו זמנית כימות שבר. 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 MRI of theכִּליָהב-3.0 ו-1.5 טסלה. 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) מיפוי רגישות כמותי מהיר של הכבד. 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) מיפוי רגישות כמותי (QSM) ממזער הפרעות מפתולוגיה תאית בהערכת R2* של ריכוז ברזל בכבד. J Magn Reson Imaging 48:1069–1079

31. Luo J, He X, d'Avignon DA, Ackerman JJH, Yablonskiy DA (2010) משמרות תדירות MR 1H הנגרמות על ידי חלבון: תרומות של רגישות מגנטית והשפעות חליפין. J Magn Reson 202:102–108

32. Rofsky NM, Lee VS, Laub G, Pollack MA, Krinsky GA, Thomasson D, Ambrosino MM, Weinreb JC (1999) הדמיית MR בטן עם בדיקת עצירת נשימה אינטרפולציה נפחית. רדיולוגיה 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-research vs-hold-shoot cartesian volumetric interpolated breath-hold בדיקת הדמיית תהודה מגנטית של הכבד ב-1.5 T. World J Radiol 8:707

34. Schweser F, Robinson S, de Rochefort L, Li W, Bredies K (2017) השוואה מאוירת של שיטות עיבוד לשלב MRI ו-QSM: הסרת תרומות משדה רקע ממקורות מחוץ לאזור העניין. NMR Biomed. https://doi.org/10.1002/nm.3604

35. Karsa A, Punwani S, Shmueli K (2019) ההשפעה של רזולוציה נמוכה וכיסוי על הדיוק של מיפוי רגישות. Magn Reson Med 81:1833–1848

36. Zhou D, Cho J, Zhang J, Spincemaille P, Wang Y (2017) תת-הערכה של רגישות בפאנטום בעל רגישות גבוהה: תלות ברזולוציית הדמיה, ניגודיות גודל ופרמטרים נוספים. Magn Reson Med 78:1080–1086

הערה של המוציא לאור, Springer Nature נותר ניטרלי לגבי תביעות שיפוט במפות שפורסמו ובשיוכים מוסדיים.