Genomförbarhet av kvantitativ känslighetskartläggning (QSM) av den mänskliga njuren

För mer information:ali.ma@wecistanche.com

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

Abstrakt

Mål Att utvärdera genomförbarheten av in-vivokvantitativ känslighetskartläggning(QSM) för människannjure.

Metoder En axiell 3D-multi-ekosekvens med ett enda andetag (insamlingstid 33 s) fullbordades på en 3 T-MRI-skanner (Magnetom Prisma, Siemens Healthineers, Erlangen, Tyskland) hos 19 friska frivilliga. Graph-cut-baserad uppackning kombinerat med T2*-IDEAL-metoden utfördes för att ta bort den kemiska förskjutningen av fett och för att kvantifiera QSM (kvantitativ känslighetskartläggning)av den övre delen av buken. Genomsnittliga känslighetsvärden för hela, njurbarken och märgen i bådanjuraroch levern bestämdes och jämfördes. Fem försökspersoner mättes två gånger för att undersöka reproducerbarheten. En patient med svårnjur-fibros inkluderades i studien för att utvärdera den potentiella kliniska relevansen av QSM.

Resultat QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) var framgångsrik hos 17 frivilliga och patienter med njurfibros. Anatomiska strukturer i buken var tydligt urskiljbara med QSM och känslighetsvärdena som erhölls i levern var jämförbara med de som finns i litteraturen. Resultaten visade god reproducerbarhet. Dessutom medelvärdetnjur-QSM-värden erhållna hos friska frivilliga ({{0}}.04±0,07 ppm för höger och − 0,06±0,19 ppm för vänsternjure) var avsevärt högre än vad som uppmättes i den undersökta fibrotiskanjure(− {{0}},43±−0,02 ppm).

Slutsats QSM av människannjurekan vara ett lovande tillvägagångssätt för bedömning av information om mikroskopisk njurvävnadsstruktur. Därför kan det ytterligare förbättra funktionell renal MR-avbildning.

Nyckelord Kvantitativ känslighetskartläggning · NjurMRT · Funktionell njuravbildning

Introduktion

Under senare år har det funnits ett ökande forskningsintresse för funktionellnjur-MRI. Flera tidigare studier har visat den stora potentialen hos MRI-biomarkörer för att karakterisera olika patologiska processer involverade i utvecklingen avkronisk njursjukdom(CKD) [1–3]. Ett histologiskt kännetecken för CKD och en viktig orsak till progressiv njurfunktionsförlust vid njurinterstitiell fibros. Därför är graden av interstitiell fibros i njurvävnaden en viktig indikator vid bestämning av reversibiliteten avnjurskada. Hittills är det enda tillförlitliga kliniska verktyget för att utvärdera graden av tubulointerstitiell fibros njurbiopsi. Eftersom denna diagnostiska procedur är invasiv, försämrad av provtagningsbias och inte godtyckligt repeterbar [4, 5], är en icke-invasiv avbildningsmodalitet som kan noggrant bedöma graden av njurinterstitiell fibros mycket önskvärd.

Kvantitativ känslighetskartläggning(QSM) är en ny MRT-teknik, som använder fasbilder för att producera hög strukturell kontrast och kvantitativ information om vävnadens magnetiska känslighet [6-9]. I tidigare studier är QSM känsligt för förändringar i vävnadsmikrostruktur eller kemisk sammansättning [10–12] och är därför en lovande, icke-invasiv metod för bedömning avnjur-interstitiell fibros [13]

Hittills har QSM mestadels använts för att mäta patologiska avlagringar i basala ganglier vid olika neurologiska sjukdomar, eller som en avbildande biomarkör för leveröverskott av järn [14–17]. Nyare studier i djurmodeller har utforskat potentialen hos QSM att bedömanjur-mikrostruktur [13, 18, 19]. I synnerhet Xie et al. [13] visade känsligheten hos QSM för att upptäcka patologi orsakad av njurinflammation och fibros hos möss. Men så vitt vi vet har det inte gjorts någon adekvat studie utförd in vivo för att kartlägga känslighet i human njure.

Abdominal QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) anses vara tekniskt utmanande. För det första leder andningsrörelser av de övre bukorganen till begränsad strukturell kontrast och underskattade känslighetsvärden [17]. För det andra påverkar förekomsten av bukfett negativt uppskattningen av B0-fältkartan, vilket är ett kritiskt steg i QSM-algoritmen [17, 20]. För det tredje orsakar de stora känslighetsvariationerna runt luft-vävnadsgränssnitten allvarliga strimmande artefakter och därmed felaktiga QSM-kartor [21]. Dessutom, som visats i en tidigare preliminär simuleringsstudie av vår studiegrupp [22], påverkas noggrannheten av den abdominala känslighetskartan starkt av fasbearbetningssteget, inklusive uppackning och borttagning av bakgrundsfält.

Det nuvarande arbetet syftade till att utvärdera genomförbarheten av att utföra in vivo QSM avmänsklig njurepå ett kliniskt MRT-system. För detta ändamål ett optimerat MRI-insamlingsprotokoll och QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) bearbetningspipeline användes för att erhålla njur-QSM-kartor.

Klicka tillCistanche para que sirve för att behandla njursjukdom

Metoder

Studera befolkning

Studien godkändes av den lokala etiska kommittén och skriftligt informerat samtycke erhölls från alla försökspersoner.

Nitton friska frivilliga (medelålder 28,1±12,9 år) utan någon historia avnjuresjukdom eller någon känd systemisk sjukdom som potentiellt involverar njurarna deltog i studien. Fem försökspersoner mättes två gånger med ett tidsintervall på 10 minuter mellan mätningar och omplacering i MRI för att utvärdera reproducerbarheten.

Dessutom en 78-årig, manlig patient med svårnjurefibros på grund av en lång anamnes avnjur-insufficiens (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 känslighetskartläggning).

Inga specifika förberedelser gjordes före undersökningen [1].

Datainsamling

Datainsamling utfördes på en 3 T-skanner (Magnetom Prisma, Siemens AG, Healthineers, Erlangen, Tyskland) med användning av en 32-kanals ryggradsspole i kombination med en 30-kanals kroppsspole. En halv Fourier single-shot turbo spin-eko (HASTE) sekvens i alla tre bildaxlarna (axiell, koronal och sagittal) användes för att ta anatomiska bilder. Dessa anatomiska bilder användes för FOV-placering för följande QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) sekvens. FOV:en placerades centralt injurar(Figur 1).

QSM-data erhölls med hjälp av en axiell enkel andningshållning 3D multi-eko gradient ekosekvens med följande parametrar: antal ekon=4; TE1/ΔTE/TR=3.1/3.7/17 ms; vändvinkel=15 grad ; förvärvsmatris=256×192 × 26; voxelstorlek=1.64×1.64 × 3 mm3; bandbredd=1775 Hz/pixel; segment och fas Fourier-kodning=6/8; parallell bildaccelerationsfaktor=2; förvärvstid 33 s. Inställningarna förnjur-QSM-förvärv bestämdes i förtester för att uppnå optimal bildkvalitet på kortast möjliga upptagningstid.

Kvaliteten på andningsstoppet under QSM-förvärvet verifierades genom visuell kontroll av den integrerade patientobservationskameran. Vidare verifierades kvaliteten på de insamlade data av två erfarna radiologer inom bukavbildning (AL 10 år, BV 4 år) före efterbehandling. I fallet med betydande rörelseartefakter i data, QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) förvärvet upprepades omedelbart eller uteslöts från vidare analys om upprepningen misslyckades.

Fig. 1 Exempel på FOV-placering förnjur-QSM förvärv. FOV placerades centralt injurarför att säkerställa enhetliga bildförhållanden

Efterbehandling

Flödesschemat i fig. 2 visar rekonstruktionsstegen som genomfördes för att uppskattanjureQSM kartor. Alla beräkningar utfördes med MATLAB (R2018a; The MathWorks, Inc., Natick, MA).

I det första steget nollfylldes data, vilket ledde till en voxelstorlek på 0,8×0,8 × 2,25 mm³. Efterbehandlingen för QSM var ursprungligen optimerad för hjärnavbildning, där fettets bidrag till MRI-signalen är minimalt [20]. Applikationer utanför hjärnan, särskilt i buken, kräver dock effektiv fettborttagning för att undvika kvantifieringsbias i känslighetskartorna. I denna studie eliminerades den oönskade kemiska skifteffekten mellan vatten och fett med en metod som kallas Simultaneous phase unwrapping and removal of chemical shift (SPURS) [20]. SPURS använder en grafklippsbaserad uppryckning för att eliminera fasinpackningarna i den nollfyllda fasdatan. Vidare användes en T2*-IDEAL-metod [23] för att beräkna de resulterande fettkorrigerade fältkartorna, som användes som indata för borttagning av bakgrundsfält.

I denna studie genererades masker av hela buken automatiskt på de axiella bilderna (Brain Surface Extractor (BSE) från BrainSuite, Version 18a, University of California) från nollfyllda magnituddata för att ta bort den oönskade luften utanför buken. Efter visuell kvalitetskontroll av segmenteringen användes de genererade maskerna för att ta bort bakgrundsfältet med hjälp av algoritmen Laplacian boundary value (LBV) [24], som är en del av MEDI-verktygslådan [25].

I ett sista steg löstes det illa ställda omvända problemet genom minskningen av strimmig artefakt för QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) (STAR-QSM) metod [26] från STI-Suite [9] vilket resulterar i känslighetskartor. Både LBV och STAR-QSM kördes med standardinställningar.

Programvaran ITK-SNAP (version 3.8.0, University of Pennsylvania) användes för att manuellt rita områden av intresse (ROI) i den paravertebrala muskelvävnaden (336 pixlar), levern (900 pixlar), helanjure(5533±1792 pixlar och 4756±1142 pixlar för vänster och högernjurar, respektive),njur-cortex (1260±279 pixlar och 1245±265 pixlar för vänster respektive höger njure) och njurmärg (993±293 pixlar och 962±392 pixlar för vänster och höger njure, respektive) (Fig. 3). Alla ROIs drogs över tre på varandra följande skivor och medelkänsligheten och standardavvikelsen (SD) beräknades för varje organ och individ. Den paravertebrala muskelvävnaden användes som referens för QSM-kvantifiering i den aktuella studien för att säkerställa konsistens av känslighetsvärdena (tilläggsmaterial, tabell S1) [27].

Fig. 2 Flödesschema som visar rekonstruktionsstegen och beräkningen av känslighetskartorna. Startpunkten för rekonstruktionen är nollfyllda storleks- och fasdata. Samtidig fasupplindning och avlägsnande av kemikalieskift (SPURS) applicerades på nollfyllda fasdata för att ta bort kemiska förskjutningseffekter mellan vatten och fett. Vidare användes en T2*-IDEAL-metod för att beräkna de resulterande fettkorrigerade fältkartorna (oinpackad fas). Masker för hela buken genererades automatiskt från nollfyllda magnituddata för borttagning av bakgrundsfält med hjälp av algoritmen för Laplacian boundary value (LBV). I ett sista steg löstes det illa ställda omvända problemet genom minskningen av strimmig artefakt för QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) (STAR-QSM) metod från STI-Suite som resulterar i känslighetskartor.

Att undersöka om globala efterbearbetningseffekter påverkar den beräknade QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) värden, t.ex. icke-lokala fel från otillförlitliga fältuppskattningar över ROI, QSM-värden i levern bestämdes och jämfördes med tillgängliga litteraturvärden.

Dessutom är noggrannheten i avlägsnandet av utomhusluft ett viktigt steg för QSM-kvantifiering. För att utvärdera inverkan av maskdefinitionens kvalitet på QSM-värdena varierades maskdefinitionen för en frisk individ. Sålunda applicerades fyra olika masker (utan luft utanför buken, innehållande en liten och en stor mängd utomhusluft och innehållande hela bildytan) på datasetet, respektive känslighetsvärden för högernjurejämfördes.

Fig. 3 Exempel på placering av ROI. Storleksbild av buken med exemplariska områden av intresse (ROI) ritade i den paravertebrala muskelvävnaden (336 pixlar), levern (900 pixlar), hela njuren (5533±1792 pixlar och 4756±1142 pixlar för vänster respektive höger njure) ),njur-cortex (1260±279 pixlar och 1245±265 pixlar för vänster och högernjurar, respektive) och njurmärgen (993±293 pixlar och 962±392 pixlar för vänster respektive höger njure)

Statistisk analys

Mottaglighetsvärdena för vänster och högernjure, såväl som cortex och märg i båda njurarna, i den friska kontrollgruppen, beräknades i medeltal för alla försökspersoner och jämfördes med medelvärdet och SD inuti den högra fibrotiska njuren för att bedöma ett exempel på den potentiella kliniska relevansen av QSM.

Vidare användes Wilcoxon-testet för att jämföra QSM-resultaten för vänster och höger njure samtnjur-cortex och medulla. Dessutom en Pearson korrelation mellannjureoch leverkänslighet beräknades för den friska kontrollgruppen.

Resultat

Två friska försökspersoner uteslöts från ytterligare analys på grund av allvarliga artefakter vid gränsen mellan lungorna och omgivande vävnad (Fig. 4e).

QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) kvantifierades framgångsrikt i de 17 återstående friska frivilliga och patienten mednjur-fibros (tilläggsmaterial, fig. S1–S3). De parenkymatösa övre bukorganen, som lever och njure, var tydligt urskiljbara i dessa datauppsättningar (Fig. 4). I ett fall misslyckades fasupppackningen i ett litet område näranjure, vilket leder till felaktiga känslighetsvärden i den regionen (fig. 4d). Men bara en liten del av njuren var påverkad och övervägdes under ROI-placeringen. Ingen korrelation kunde observeras mellan QSM-värdena för njuren och levern (R2=0.035) (Fig. 5), vilket tyder på att inga globala effekter från efterbearbetning påverkar de beräknade känslighetsvärdena.

Figur 6 visar känslighetskartorna och värdena för variationen av maskdefinitionen hos en frisk frivillig. Inga förändringar i renal QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) värden kunde identifieras i fallet med en relativt liten segmenteringsoexakthet (fig. 6a, b). Men större mängder luft ledde till felaktiga känslighetsvärden (fig. 6c, d).

Den elakanjur-känslighetsvärdena för de friska frivilliga var {{0}}.04±0.07 ppm (intervall − {{10}} .07 till 0,16 ppm) för höger njure respektive -0,06±0,19 ppm (intervall - 0,35 till 0,39 ppm) för vänster njure (tabell 1). Medelkänslighetsvärdena för höger och vänsternjurarvar väsentligt olika (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).

Leverkänslighetsvärden uppmätt hos friska frivilliga och patienten mednjur-fibros var i samma intervall {{0}}.17±0.13 ppm och 0.15±0.01 ppm för friska frivilliga respektive patienten med njurfibros (tabell 2).

Reproducerbarhetsmätningar i fem försökspersoner visade en god reproducerbarhet för både lever och höger njure QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) utan någon signifikant skillnad i lever- eller njurkänslighetsvärden mellan båda mätningarna (p=0.48) (tabell 3). Mottaglighetsvärdena för högernjurevar {{0}}.02±0.06 ppm och − 0.03±{{15} }.11 ppm för test- respektive omtestningsmätningarna. Leverkänsligheten var 0,16±0,10 ppm respektive 0,12±0,07 ppm.

Figur 7 visar QSM-kartorna överlagrade på magnitudbilderna för en frisk frivillig och den undersökta patienten med njurinterstitiell fibros. Mottagligheten för den högra fibrotiska njuren var starkt diamagnetisk (− 0.43±0.02 ppm).

Diskussion

QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) är en ny, lovande metod för bedömning av information om vävnadsmikrostruktur och funktion. I detta arbete visade vi möjligheten att utföra in vivo QSM av den mänskliga njuren på ett kliniskt MRI-system. Det presenterade förvärvsschemat och vidare den implementerade QSM-bearbetningspipelinen, sammansatt av de senaste QSM-metoderna, var framgångsrika i 90 procent av de undersökta ämnena och ledde till reproducerbara resultat. Anatomiska strukturer i buken var tydligt urskiljbara på QSM-kartorna och endast ett fåtal artefakter fanns i tarmområdet. Dessutom, skillnaden mellan de genomsnittliga QSM-värdena som erhållits hos friskanjuraroch känsligheten hos den fibrotiska njuren visar potentialen hos QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) för att skilja mellan friska och patologiskanjur-vävnad. Eftersom denna finansiering endast baseras på ett enstaka fibrotiskt fall bör ytterligare studier med en större patientpopulation bevisa det diagnostiska värdet av QSM i framtiden.

Fig. 4 Exempel på lindade och olindade fasbilder samt lokala fält- och känslighetskartor och motsvarande mask i övre delen av buken hos fem friska frivilliga. Anatomiska strukturer är tydligt urskiljbara och endast ett fåtal artefakter finns i tarmområdet (a–c). I ett fall misslyckades fasupppackningen näranjure, vilket leder till felaktiga känslighetsvärden (d, vit pil). Exempel på allvarliga artefakter på grund av luft i lungorna (e, svarta pilar), som fanns hos två friska frivilliga. Båda datamängderna togs bort från ytterligare efterbearbetning.

Fig. 5 Pearson korrelationsdiagram mellannjur-och leverkänslighetsvärden hos de friska frivilliga. Ingen korrelation kunde observeras mellan njur- och lever-QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) värden (R2=0.035), vilket indikerar att de globala efterbearbetningseffekterna inte påverkade QSM-kvantifieringen.

Fig. 6 Exempel på känslighetskartor och värden för variationen av maskdefinitionen för avlägsnande av utomhusluft hos en frisk frivillig. Inga ändringar av QSM-värden för högernjureskulle kunna identifieras i fallet med en relativt liten segmenteringsoexakthet med ingen uteluft kvar efter segmentering (a) och innehållande en liten mängd utomhusluft (b). Men större mängder utomhusluft ledde till felaktiga känslighetsvärden (c, d)

Tabell 1 Mottaglighetsvärden för helhetennjure, cortex och märg hos friska frivilliga i genomsnitt över alla 17 försökspersoner

Den betydande skillnaden i QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) värden för vänster och högernjurar(p<0.05) is="" probably="" based="" on="" higher="" motion="" artifacts="" in="" the="" left="" kidney.="" considering="" the="" standard="" deviation,="" the="" susceptibility="" of="" healthy="">njur-tissue 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)

Tabell 2 Mottaglighetsvärden för höger njure och lever hos friska frivilliga, i genomsnitt över alla 17 försökspersoner, och patienten med svår njurfibros

Rättens QSM-värdenjureav patienter med njurfibros skiljer sig signifikant från QSM-värdena som mäts i den högra njuren hos friska frivilliga. Lever-QSM-värden uppmätta hos friska frivilliga och patienten med njurfibros ligger dock inom samma intervall, exklusive globala effekter bias njur-QSM-resultat.

QSM har redan applicerats i människans buk tidigare [17, 27, 29, 30], vilket visar lovande resultat som en ny MRT-teknik. Metoden innebär dock några tekniska utmaningar som hittills har hindrat dess in vivo-applikation på den mänskliga njuren. Genom att kombinera och optimera redan etablerade bildefterbehandlingssteg för QSM (kvantitativ känslighetskartläggning), några av dessa problem har lösts framgångsrikt i den aktuella studien. Först eliminerades friandningsinducerade rörelseartefakter genom att inhämta data under ett enda andetag vid slutinspiration. För det andra avlägsnades den oönskade kemiska skifteffekten mellan vatten och fett genom att använda en avancerad efterbearbetningspipeline. För det tredje bestämdes adekvata insamlings- och efterbearbetningsparametrar för att minimera artefakterna och ge reproducerbara resultat.

Tabell 3 Reproducerbarhetsresultat.

Medel±standardavvikelsekänslighetsvärden för högernjureoch lever var medelvärde för alla fem reproducerbarhetsämnen. God reproducerbarhet för både lever och höger njure QSM utan signifikant skillnad i lever- eller njurkänslighetsvärden mellan båda mätningarna (p=0.48)

Fig. 7 Magnitudebilder överlagrade med QSM-kartor över höger njure för en frisk frivillig (vänster bild) och patienten med njurfibros (höger bild). Den fibrotiskanjurevisar ett starkt diamagnetiskt värde (− {{0}}.43±− 0.02 ppm), vilket var betydligt lägre än QSM-värdet uppmätt hos friskanjur-vävnad (höger njure {{0}},04±0,07 ppm)

Så vitt vi vet är detta den första studien som utförs in vivo QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) i människannjurepå ett kliniskt MRT-system. Eftersom det inte finns några litteraturvärden för njur-QSM tillgängliga, kunde vi endast jämföra känslighetsvärdena för levern som erhölls i vår studie med de som rapporterats av de andra grupperna. I studien av Lin et al. [27], den beräknade leverkänsligheten varierade från 0,23 till 5,94 ppm. Deras studie var dock fokuserad på patienter med hepatisk järnöverbelastning (hemokromatos). Individer med mindre järnavlagringar i levern visade QSM-värden på cirka 0.34 ppm och ansågs vara friska. I studien av Dong et al. [20], medelvärden för leverkänslighet på {{10}}.23±0.07 ppm bestämdes. Totalt sett överensstämmer lever-QSM-värdena som mäts i den aktuella studien (intervall 0,01–0,44 ppm) med den tidigare forskningen, vilket tyder på att inga globala effekter påverkar våra resultat.

Dålig maskdefinition kan påverkanjur-QSM-värden. Därför är optimal noggrannhet för avlägsnande av utomhusluft ett viktigt steg för QSM-kvantifiering. I den aktuella studien varierade vi maskdefinitionen för en frisk individ. I det här exemplet, inga betydande förändringar av QSM-värden för högernjurekunde identifieras i fallet med en relativt liten segmenteringsfelaktighet, vilket var fallet i vår studie. En systematisk utvärdering av maskdefinitionens inverkan på QSM-värdena skulle dock kunna bli föremål för ytterligare simuleringsstudier.

I denna studie var variationen i QSM-värdena för vänster njure signifikant högre än för höger njure (p<0.05). this="" difference="" might="" be="" due="" to="" higher="" cardiac="" artifacts="" of="" the="" left="">njure, vilket visats i flera tidigare njur-MR-studier [28]. Denna effekt kan minska med ytterligare utveckling av renal QSM.

Cortico-medullär differentiering var inte möjlig med QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) in the current study (p>0.05), förmodligen på grund av metodens måttliga upplösning. Förbättring av upplösningen av QSM för att möjliggöra kortiko-medullär differentiering bör vara föremål för ytterligare studier.

Att undersöka det potentiella diagnostiska värdet av QSM, en patient mednjur-fibros som ett exempel på en njurpatologi i slutstadiet inkluderades i studien. Tidigare har det rapporterats att njurfibros ökar det diamagnetiska innehållet i njurvävnaden [13], troligen på grund av överskottsavlagring av kollagen, som är starkt diamagnetisk [31]. Med tanke på standardavvikelsen fluktuerar känsligheten hos frisk njurvävnad runt 0 i den aktuella studien. I vår studie, den fibrotiskanjurevisade ett starkt diamagnetiskt känslighetsvärde, vilket var väsentligt lägre än det i den friska njurvävnaden. Framtida forskning i en större patientkohort behövs för att bedöma det exakta diagnostiska värdet av den renala QSM (kvantitativ känslighetskartläggning).

Det finns flera begränsningar i vårt arbete. För det första var antalet friska frivilliga lågt och endast en patient inkluderades i denna studie. Vårt fokus var dock att utveckla ett robust förvärvsprotokoll och efterbearbetningspipeline för att utföra in vivo njure QSM på ett kliniskt MRI-system. För det andra användes SPURS och en T2* IDEAL-metod för att ta bort den oönskade kemiska skifteffekten mellan vatten och fett och för att beräkna de fettkorrigerade fältkartorna. Ingen fettundertryckande teknik användes i denna studie, eftersom det skulle förlänga förvärvstiden. För att lösa problemet bör snabbare avbildningsmetoder som den volumetriska interpolerade andningshållningsundersökningen (VIBE) [32] eller radiella insamlingsscheman [33] beaktas vid mätning av QSM i buken. För det tredje avlägsnade de genererade maskerna endast luft utanför buken. Luften i tarmkanalen och lungorna fanns fortfarande kvar i känslighetsberäkningarna. Detta kan leda till icke-lokala fel i de lokala fälten över ROI [34]. Men vi visade god intrasubjekt reproducerbarhet i den aktuella studien, vilket tyder på att felet på grund av luft inne i buken är försumbart. Dessutom var upplösningen på MR-bilderna ganska låg, vilket kan ha lett till underskattning av känsligheten [35, 36]. För att övervinna denna begränsning var rådata nollfyllda före QSM-efterbehandlingen. Dessutom förvärvades QSM-data i ett enda andetag på 33 s, vilket kan vara svårt att utföra för sjuka och äldre försökspersoner. Ytterligare optimering av multi-echo 3D gradient-eko-sekvensen behövs därför för att minska skanningstiden samtidigt som bildkvaliteten bibehålls.

Sammanfattningsvis, genomförbarheten av in vivo QSM (kvantitativ känslighetskartläggning) i människannjuredemonstrerades framgångsrikt i den aktuella studien med god reproducerbarhet. Den uppenbara skillnaden i QSM-värdena mellan friska njurar och en fibrotisk njure indikerar den möjliga diagnostiska potentialen hos QSM. Ytterligare studier med större patientpopulationer bör utföras för att bevisa den diagnostiska relevansen av QSM för funktionellnjur-MR-avbildning.

Elektroniskt tilläggsmaterial Onlineversionen av denna artikel (https://doi.org/10.1007/s10334-020-00895-9) innehåller kompletterande material som är tillgängligt för behöriga användare.

Författarbidrag EB: studieuppfattning och design, insamling av data, analys och tolkning av data, utarbetande av manuskriptet och kritisk revision; JS: studera koncept och design, insamling av data och kritisk revision; TT: inhämtning av data, analys och tolkning av data samt kritisk revision; JJ: inhämtning av data, analys och tolkning av data samt kritisk revision; RZ: insamling av data, analys och tolkning av data, och kritisk revision; BV: inhämtning av data, analys och tolkning av data samt kritisk revision; HW: studera koncept och design, analys och tolkning av data samt kritisk revision; AL: studieuppfattning och design, inhämtning av data, analys och tolkning av data, utarbetande av manuskript och kritisk revision.

Finansiering Open Access-finansiering aktiverad och organiserad av Projekt DEAL.

Cistanche-njursviktsymtom

Efterlevnad av etiska standarder

Intressekonflikt Författarna förklarar att de inte har någon intressekonflikt. Dessutom har alla författarna ingen ekonomisk relation med någon organisation. Studien sponsrades inte.Etisk standard Studien godkändes av den lokala etiska kommittén.Informerat samtycke Skriftligt informerat samtycke erhölls från alla ämnen.Open Access Denna artikel är licensierad under en Creative Commons Attribution 4.0 Internationell licens, som tillåter användning, delning, anpassning, distribution och reproduktion i vilket medium eller format som helst, så länge du ger lämplig kreditering till originalförfattaren/författarna och källan, tillhandahåller en länk till Creative Commons-licensen och anger om ändringar var gjord. Bilderna eller annat material från tredje part i denna artikel ingår i artikelns Creative Commons-licens om inte annat anges i en kreditgräns till materialet. Om material inte ingår i artikelns Creative Commons-licens och din avsedda användning inte är tillåten enligt lagstadgade regler eller överskrider den tillåtna användningen, måste du få tillstånd direkt från upphovsrättsinnehavaren. För att se en kopia av denna licens, besök http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Referenser

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) Tekniska rekommendationer för klinisk översättning avnjur-MRI: ett samförståndsprojekt av 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) Biomarkörer för magnetisk resonanstomografi för kroniskanjuresjukdom: ett positionsdokument från European Cooperation in Science and Technology Action PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplant 33:24–214

3. Caroli A, Pruijm M, Burnier M, Selby NM (2018) Funktionell magnetresonanstomografi av njurarna: var står vi? Perspektivet för den europeiska COST-åtgärden PARENCHIMA. Nephrol Dial Transplantation. 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 thenjur-biopsi: strategier för molekylär diagnostik i nefrologi. J Am Soc Nephrol 13:1961–1972

5. Corwin HL, Schwartz MM, Lewis EJ (1988) Vikten av provstorlek i tolkningen av njurbiopsi. Am J Nephrol 8:85–89

6. Haacke EM, Liu S, Buch S, Zheng W, Wu D, Ye Y (2015) Kvantitativ känslighetskartläggning: nuvarande status och framtida riktningar. Magn Reson Imaging 33:1–25

7. Liu C, Wei H, Gong NJ, Cronin M, Dibb R, Decker K (2015) Kvantitativ känslighetskartläggning: kontrastmekanismer och kliniska tillämpningar. Tomografi 1:3–17

8. Schweser F, Deistung A, Reichenbach JR (2016) Grunderna för MRI-fasavbildning och bearbetning för kvantitativ känslighetskartläggning (QSM). Z Med Phys 26:6–34

9. Li W, Wu B, Liu C (2011) Kvantitativ känslighetskartläggning av mänsklig hjärna återspeglar rumslig variation i vävnadssammansättning. NeuroImage 55:1645–1656

10. Wang Y, Liu T (2015) Kvantitativ känslighetskartläggning (QSM): avkodning av MRI-data för en vävnadsmagnetisk biomarkör. Magn Reson Med 73:82–101

11. Duyn JH, Van Gelderen P, Li TQ, De Zwart JA, Koretsky AP, Fukunaga M (2007) Högfälts-MR av hjärnbarksubstruktur baserad på signalfas. Proc Natl Acad Sci USA 104:11796–11801

12. Liu C (2010) Känslighetstensoravbildning. Magn Reson Med 63:1471–1477

13. Xie L, Sparks MA, Li W, Qi Y, Liu C, Cofman TM, Johnson GA (2013) Kvantitativ känslighetskartläggning avnjureinflammation och fibros hos möss med angiotensinreceptorbrist typ 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) Hjärnjärn vid kvantitativ MRI är förknippat med funktionsnedsättning vid multipel skleros. 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 känslighetskartläggning som en indikator på subkortikal och limbisk järnavvikelse vid Parkinsons sjukdom med demens. NeuroImage Clin 20:365–373

16. Sun H, Klahr AC, Kate M, Gioia LC, Emery DJ, Butcher KS, Wilman AH (2018) Kvantitativ känslighetskartläggning för följande intrakraniell blödning. Radiologi 288:830–839

17. Sharma SD, Hernando D, Horng DE, Reeder SB (2015) Kvantitativ känslighetskartläggning i buken som en avbildande biomarkör för hepatisk järnöverbelastning. 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 kontrastförstärkt kvantitativ känslighetskartläggning med ultrakort ekotid MRI för utvärderingnjur-fungera. Am J Physiol Ren Physiol 310:F174–F182

19. Xie L, Dibb R, Cofer GP, Li W, Nicholls PJ, Johnson GA, Liu C (2015) Känslighetstensoravbildning av njuren och dess mikrostrukturella underlag. 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 fasavveckling och borttagning av kemiskt skift (SPURS) med hjälp av grafsnitt: applicering i kvantitativ känslighet kartläggning. 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 metod för att uppskatta och ta bort strimmiga artefakter i kvantitativ känslighetskartläggning. NeuroImage 108:111–122

22. Bechler E, Stabinska J, Wittsack H (2019) Analys av olika fasinpackningsmetoder för att optimera kvantitativ känslighetskartläggning i buken. Magn Reson Med 82:2077–2089

23. Hernando D, Kramer JH, Reeder SB (2013) Multi peak fettkorrigerat komplex R2*-relaxometri: teori, optimering och klinisk validering. Magn Reson Med 70:1319–1331

24. Zhou D, Liu T, Spincemaille P, Wang Y (2014) Borttagning av bakgrundsfält genom att lösa problemet med gränsvärde i 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) Morfologi möjliggjorde dipolinversion för kvantitativ känslighetskartläggning med hjälp av strukturell överensstämmelse mellan magnitudbilden och känslighetskartan. NeuroImage 59:2560–2568

26. Wei H, Dibb R, Zhou Y, Sun Y, Xu J, Wang N, Liu C (2015) Streaking artefaktreduktion för kvantitativ känslighetskartläggning av källor med stort dynamiskt omfång. 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 känslighetskartläggning i kombination med vatten-fettseparation för samtidig leverjärn och fett bråkkvantifiering. 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 avnjurevid 3.0 och 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) Snabb automatiserad leverkvantitativ känslighetskartläggning. 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) minimerar interferens från cellulär patologi vid R2*-uppskattning av leverjärnkoncentration. J Magn Reson Imaging 48:1069–1079

31. Luo J, He X, d'Avignon DA, Ackerman JJH, Yablonskiy DA (2010) Proteininducerat vatten 1H MR frekvensförskjutningar: bidrag från magnetisk känslighet och utbyteseffekter. 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-avbildning med en volymetrisk interpolerad andningsundersökning. Radiologi 212:876–884

33. Yedururi S, Kang HC, Wei W, Wagner-Bartak NA, Marcal LP, Staford RJ, Willis BJ, Szklaruk J (2016). undersökning magnetisk resonanstomografi av levern vid 1,5 T. World J Radiol 8:707

34. Schweser F, Robinson S, de Rochefort L, Li W, Bredies K (2017) En illustrerad jämförelse av bearbetningsmetoder för fas MRI och QSM: borttagning av bakgrundsfältbidrag från källor utanför området av intresse. NMR Biomed. https://doi.org/10.1002/nm.3604

35. Karsa A, Punwani S, Shmueli K (2019) Effekten av låg upplösning och täckning på noggrannheten av känslighetskartläggning. Magn Reson Med 81:1833–1848

36. Zhou D, Cho J, Zhang J, Spincemaille P, Wang Y (2017) Underskattning av känslighet i ett fantom med hög känslighet: beroende av bildupplösning, magnitudkontrast och andra parametrar. Magn Reson Med 78:1080–1086

Publisher's Note Springer Nature förblir neutral när det gäller jurisdiktionsanspråk i publicerade kartor och institutionella anknytningar.