מבוא למגנט העברה Contrast

מגנטיזציה העברה Contrast (MTC) היא טכניקת MRI מתקדמת שמנצלת את החלפת המגנטיזציה בין פרוטונים מים חינם ופרוטונים הקשורים למאקרו-מולקולטים.בניגוד ל- T1- או T2-משקל הדמיה, MTC מספק חלון ביופי ייחודי לתוך קומפוזיציה רקמות על ידי סלקציה סלקטיבית של מאגר פרוטון.

הטכניקה תוארה לראשונה בסוף שנות ה-80 וניתן למצוא יישומים בנוירולוגיה, שם התוכן המקרו-מולקולי הגבוה של חומר לבן הופך אותו למטרה אידיאלית.בשני העשורים האחרונים, שיפורים בעיצוב החומרה והפס הדופק הפכו את MTC מעשי לשימוש קליני שגרתי.היום, זהו כלי חיוני לאופי שלמות רקמות, מעקב אחר התקדמות המחלה ושיפור הספציפיות.

הפיזיקה שמאחורי העברת המגנטיזציה

מודל שני-Pool

MTC הוא הבין ביותר באמצעות מודל 2-פול סטנדרטי של הרפיה רקמות. במודל זה, פרוטונים מים מחולקים לשתי אוכלוסיות נפרדות:

  • (ב) ,0) מים חינם (A): .FLT:1 , בריכה זו מורכבת ממולקולות מים ניידים לפתרון.פרוטונים אלה יש קווי NMR צרים וזמני הרפיה ארוכים T2, בדרך כלל על מנת של עשרות עד מאות אלפי מ"ר.
  • (FLT:0) בריכה מוגבלת (B): FLT:1 בריכה זו כוללת פרוטונים הקשורים למאקרומולקולות כגון חלבונים, לימפואידים ופוליצרידים.התנועה שלהם מוגבלת מאוד, וכתוצאה מכך קו NMR רחב וקצר מאוד T2 פעמים הרפיה (מיקרו שניות).

התובנה העיקרית של MTC היא ששני בריכות אלה אינן מבודדות - הן מחליפות מגנטיזציה באמצעות תהליכי מעבר לחיתוך וחילופי כימיקלים.על ידי להפריע באופן סלקטיבי לבריכת המוגבלת עם דופק RF מחוץ לזיכרון, ניתן לקבוע באופן עקיף את האות מבריכת המים החופשי.

מכניזם של העברת Saturation

ברצף טיפוסי של MTC, הדופק רדיו הוא מיושם בתדירות מתדירות ההתחדשות של מים חינם (בדרך כלל 1-10 kHz מחוץ לזיכרון) הדופק הזה נועד ליישב את הבריכה המוגבלת (Pool B) תוך השארת הבריכה החינמית (Pool A) במידה רבה לא מושפעת.

באופן קוונטי, מידת דיכוי האות תלויה במספר פרמטרים:

  • גודל ו-T2 של הבריכה המוגבלת
  • שיעור החליפין בין בריכות
  • הכוח וההתפרצות של הדופק השכור

צלמים עם ריכוז גבוה של מאקרו-מולקולטים, כגון חומר לבן ומבנים עשירים קולגן, מציגים אפקטים חזקים MTC. לעומת זאת, נוזלים כמו נוזל המוח (CSF) ודמה כמעט אין בריכה מוגבלת, כך שהם מראים דיכוי אותות מינימלי.הדיכוי שונה זה מה יוצר את הניגוד המעודן שנראה בתמונות MTC.

יישום MTC ב MRI קליני

MTC Pulse Sequences

MTC יכול להיות משולב כמעט כל רצף הדופק סטנדרטי על ידי הוספת prepulse vauration.היישומים הנפוצים ביותר כוללים:

  • (FLT:0) רצף של ⁇ -echo:cioFLT:1) דופק נשכוב מוחל לפני הדופק של קריאה סטנדרטית GRE ( ⁇ -echo) לעתים קרובות עבור הדמיה אנטומית ברזולוציה גבוהה או זמן של טיסה MR angiography כדי לדכא רקמת רקע.
  • (FLT:0) רצף ספין-אוצ'ו:ראהFLT:1 , ניתן להוסיף הדופקים Saturating לרצף ספין-echo מהיר (FSE), המשמש בדרך כלל בפרוטוקולים קליניים למוח ובדמיה משותפת.
  • (FLT:0) רצף 3D מוכן:03FLT (למשל, MP-RAGE או SPACE) יכול לכלול את MTC prepulses כדי לשפר את הניגוד רקמות בסריקות פתרון איזוטרופי.

הבחירה של תדירות הסגירה וכוח השכור חייבת להיות אופטימיזציה בקפידה. מורידה את השמיכות (למשל, 1-2 kHz) לייצר ריצוף חזק יותר, אך גם מסכנת ריצוף ישיר של בריכת המים החופשיים. OUTSets גבוהים יותר (למשל, 5-10 kHz) הם ספציפיים יותר לבריכת המוגבלת, אך דורשים כוח גבוה יותר כדי להשיג ריצוף הולם.

MTC (qMTC)

מעבר הדמיה איכותית, MTC יכול להיות מוגדר כדי לספק ביומרקרים אובייקטיביים.המדד הנפוץ ביותר הוא יחס העברת מגנטיזציה (MTR), המוגדר כ:

(ב) ויקרא י"א): "ה' (ב':2) ויקרא:2 (ב')

שם SentiFLT:0.00earFLT:1 הוא האות ללא הדופק השטחה, ו SentiFLT:2satcioFLT 3 הוא האות עם ריצוף. MTR ערכים בטווח מ 0 (לא העברה) ל- 50-60% ברקמות רגישות MTC.

מודלים כמותיים מתקדמים יותר (למשל, מודל הספין-באת בינארי או הגישה של qMT) יכולים להעריך תכונות רקמה בסיסיות כגון יחסי גודל הבריכה וקצב חליפין.טכניקות אלה דורשות רכישות מרובות-offset וזמני סריקה ארוכים יותר, אבל הם מספקים מידע ביופיסי עשיר יותר.

יישומים קליניים ב Neurology

מספר Sclerosis

מספר רב של sclerosis (MS) הוא אחד הסימנים הנלמדים ביותר עבור MTC. כי Myelin עשיר מאוד במאקרומולקולטים, demyelination להפחית באופן דרמטי את MTR. זה הופך את MTC רגיש ייחודי לשני פלאטים מוקדים ונזק רקמות diffuse.

  • (FLT:0) מחיקתו של דימילאנציה: ⁇ 1) MTC יכול לזהות נגעים של חומר לבן עדין כי הם לעתים קרובות בלתי נראים על תמונות קונבנציונאליות T2-משקל. מחקרים הראו כי אזורים של MTR מופחתים תואמים חזק עם הדהמה המודעת שלו.
  • (FLT:0) התקדמות המחלה: FLT:1 , מדידות MTR החומר הלבן התקין (NAWM) יכול לחזות התפתחות של עול עתידיים ומוגבלות קלינית. A ירידה MTR ב-NAWM היא סימן ביולוגי מוקדם של מחלה מתקדמת.
  • (FLT:0) מניעת של נגעים פעילים לעומת כרוניים: FLT:1 Active דלקתיים les לעתים קרובות להראות עלייה חולפת בשל edema ו infiltration, בעוד חורים שחורים כרוניים (היפותרה חריפה T1 les) יש את הערכים MTR הנמוך ביותר, המציין אובדן חמור.

ה-FLT:0) צפון אמריקה אימינג במספר סקלרוזיס (NAIMS) CooperativeveFLT:1 המליץ MTR כצעד משני בניסויים קליניים, תוך שהיא משקפת את קבלתה הגוברת.

המוח טומור

MTC משפר את הדהור של גידולי המוח, במיוחד גלימות ומטאסטה.המנגנון מבוסס על התוכן המקרומולקולארי שונה של רקמת הגידול לעומת המוח הרגיל:

  • (FLT:0) מחיקת טומור: FLT:1 Contrast-enhanced T1- משקל הדמיה יכול overestimate או לא להמעיט גבולות הגידול עקב הפרעה מחסום הדם-מוח הדם. רצף MTC יכול להפריד את הגידול מדכאה שמסביב כי edema יש MTR נמוך יותר בהשוואה לרקמות גידול מוצקות.
  • (FLT:0) גידול גבוה מגלימות בעלות רמה נמוכה:Felo:FLT:1 גידולים גבוהים יש לעתים קרובות ערכים נמוכים יותר מגידולים נמוכים, אולי בשל ניידות מוגברת וערפיליות הפחתת מאגר המקרומולקולי.
  • (FLT:0)Monitoring תשובה: FLT:1 Pseudoprogression לאחר טיפול תרופתי יכול לחקות התקדמות אמיתית על MRI קונבנציונלי. MTR עשוי לעזור להבדיל את השניים, כפי ש necrosis קרינה בדרך כלל מראה ירידה עמוקה יותר ב MTR מאשר גידול חוזר.

מחלות ניווניות

MTC נחקרת באלצהיימר, מחלת פרקינסון, ו amyotrophic מאוחר יותר sclerosis (ALS) באלצהיימר, מופחת MTR דווח ב hippocampus ו חומר אפור קורטי, סביר להניח לשקף אובדן סינפטי ו β-amyloid deposition. in ALS, MTR של קורטוספינל מתואמים עם נוירון מוטורי גבוה ועשוי לשמש תפקוד ביומטרי של מחלת לב.

דרישות מוסקולקלליות

קרטלז ו- Tendon Imaging

קולגן הוא אחד ממאקרו-מולקולות העיקריים בגוף, מה שהופך את MTC יעיל מאוד עבור דמיון cartilage, נוטה, ligaments, ודיסקים בין-מולאליים. matrix הדחוס והמאורגן ביותר במבנים אלה מייצר אפקטים MTC חזקים.

  • (FLT:0) אסמכה של ניוון קלוש: אנדרופולנס: 1) באוסטאוארתריטיס, אובדן פרוטוגליקנים ושיבוש של אדריכלות קולגן להפחית את MTR. MTC יכול לזהות שינויים ניווניים מוקדמים לפני שריד מורפולוגי הופך להיות ברור.
  • (FLT:0) יובל של פציעות נוטה: ראטאל 1: Tendinopathy ודמעות חלקיות לגרום לירידה ב MTR, אשר מתואמים עם תואר של פירוק קולגן. MTC הוא שימושי במיוחד עבור גילוי חריגות לא קרע ב Achilles נוטהון ו cuffator.
  • (FLT:0Disc degeneration: FLT:1), pulposus של דיסקים בין-מולאליים בריאים יש תוכן פרוטגני גבוה, בעוד האננולוס fibrosus הוא התנגשות עשיר. MTC יכול להבדיל את השכבות האלה לזהות ניוון מוקדם.

(ב) לסקירה מפורטת, ראה (FLT:0) סקירה זו על ScienceDirecteurFLT:1.

Myelin Imaging in Peripheral Nerves

MTC משמש יותר ויותר ב MRI עצבי היקפי.התות של עצבים היקפיים לייצר אפקט MTC מדידה, המאפשר הדמיה של שלמות עצבית.תנאים כגון תסמונת מנהרה carpal ו נוירופתים היקפיים להראות מופחת MTR במגזרי העצב המושפע.טכניקה זו יכולה גם לעזור להבדיל טבולית עצבית נוירוגנית משינויים חד-חמצנייים חריפה בשריר.

יישומים קליניים אחרים

MRI

MTC נחקרה עבור הדמיה לבלב, במיוחד כדי לדכא את אות הדם במהלך ההיתוך המיוקלי או מחקרים מתקדמים. על ידי ריצוף סלקטיבית של הבריכה המקרומולקולרית המיוcardial, MTC יכול לשפר את יחס הניגוד להשוואה בין myocardium לבין רקמות לא מקודמות.

Abdominal ו- Pelvic Imaging

בבטן, MTC שימש לאפיין כבד fibrosis ו cirrhosis.הצטברות של קולגן במהלך fibrogenesis מוביל לעלייה MTR. בדומה, MTC יכול לעזור להבחין שפיר מ נגעים ממאירים הערמונית והכליה, כמו גידולים לעתים קרובות יש MTR נמוך יותר בהשוואה ל parenchyma רגיל.

יתרונות ומגבלות של MTC

יתרונות

  • (FLT:0) אין סוכן ניגודיות הנדרש: FLT:1 MTC מסתמכ לחלוטין על ניגודים מקרומולקולאריים אנדוגניים, תוך חיסול סיכונים של פיברוזיס מערכתי ערפילית או תגובות אלרגיות הקשורות לסוכנים המבוססים על gadolinium.
  • (FLT:0) הפוטנציאל הקניי: FLT:1 MIR ו- qMT פרמטרים מספקים סממנים ביולוגיים אובייקטיביים, הניתנים לשיפוץ שניתן להשתמש בהם לצורך ניטור ארוך טווח וניסויים רב-מרכזיים.
  • (FLT:0)Versatility: FLT:1 ניתן להוסיף רצף סטנדרטי ביותר עם שינויים חומרה מינימלית, מה שהופך אותו נגיש נרחב על סורקים מודרניים.
  • (FLT:0) מידע ראשוני: FLT:1 MTC מוסיף מימד של התגלמות רקמות כי הוא אוטגוני ל T1 ו T2 רגיעה קונבנציונלית, לעתים קרובות חושף פתולוגיה בלתי נראית על תמונות סטנדרטיות.

הגבלות

  • (FLT:0) מגבלות ספיגה (SAR): ההרחבה: ההרחבה של ה-FLT:1 (הפעמוניה) עלולה להפקיד אנרגיה משמעותית של RF, במיוחד ב- 7T או יותר חוזקות שדה.זה עשוי להגביל את מספר פרוסות או לדרוש יותר TR להישאר בתוך הנחיות ה- FDA.
  • (ב) [15] ב-[[1924]]]]]]]], [[1924]]]] ו[[1924]]]]]]]] ו[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]
  • שינויים ב-FLT:0 (Tissue Specity:) ,0 (FLT:1) שינויים MTC אינם ספציפיים למאקרומולקול יחיד - קולגן, Myelin, ו proteoglycans כולם תורמים.לכן, הפחתה MTR יכולה לגרום פתולוגיות מרובות (דema, דלקת, demyelination, fibrosis, Corroboration עם רצפים אחרים היא לעתים קרובות צורך.
  • (FLT:0) רגישות למניעה: 1 משום שרצף MTC הוא לעתים קרובות יותר מאשר קונבנציונאלי, תנועה סבלנית יכולה לדרג את איכות התמונה.טכניקות תיקון התנועה הן תחום פעיל של מחקר.

כיוונים עתידיים והתקדמות

Ultra-Field MTC

ב 7T ו 9.4T, הרזולוציה הגדלה של SNR ו-spectral מאפשרת MTC חזק יותר עם מפרט משופר. חוקרים פיתחו טכניקות MTC שיכולות להפריד את התרומות של בריכות מקרומולקולריות שונות - לדוגמה, להבחין מילין ממרכיבים שאינם מילין במוח.זה מרגש במיוחד למחלות כמו MS, שבו תת-התחול של שינויים מדויקים של MTR יכול להיות מוגדר טוב יותר, בנוסף שיטות שידור.

בינה מלאכותית ו- MTC

אלגוריתמי למידה עמוקה יכולים כעת להעריך את הפרמטרים של QMT מרכישות חד פעמיות של MTC, להפחית באופן דרסטי את זמן הסריקה.לדוגמה, רשתות עצביות מהפכתיות שהוכשרו על נתונים MTC מרובים-offset יכול לחזות MTR ואפילו את יחסי הבריכה מ הדופק יחיד של ריצוף.

שילוב עם מכניזם קונטרסט

MTC משולב יותר ויותר עם טכניקות MRI מתקדמות אחרות.לדוגמה, העברת החלפת כימיקלים (CEST) ו- amide Proton transfer (APT) מסתמכת על עקרונות דומים אך המטרה ספציפית metabolites.סימולציה של MTC-CEST מאפשר זיהוי של תופעות חליפין מרובות ברכישה אחת.

לקבלת פרספקטיבה תובנה על האתגרים הנוכחיים, ראה את זה FLT:0 סקירות ב- NMR ב- BiomedicynveineFLT:1.

מסקנה

מגנטיזציה העברה Contrast היא טכניקה MRI בוגרת אך מתפתחת המציעה תובנות ייחודיות לתוכן מאקרומולקולי של רקמות.מהשימוש המוקדם שלה בטרשת נפוצה כדי לפתח יישומים חדשים ב ניוון, נוירופתיה, וסרטן, MTC הוכיח את הערך הקליני שלה על פני מערכות איברים רבות.היכולת לייצר סמנים ביולוגיים כמותיים ללא ניגודים אקסוגניים הופכת אותו אטרקטיבי במיוחד עבור מחקרים ארוכי טווח ו ניטור המטופל.

ככל שהחוזקות בתחום עלות ושיטות שיקום מונעות בינה מלאכותית בוגרות, MTC תהפוך כנראה למרכיב שגרתי של פרוטוקולים רבים ב-MRI. רדיולוגים ורופאים שמבינים את הבסיס הביופיזי ואת המשמעות הקלינית של MTC יהיה בעל נטייה טובה למנף מנגנון ניגוד רב עוצמה זה לשיפור הדיוק והטיפול בחולים.