מדוע הפרדה במים ב-MRI המודרנית

התחדשות מגנטית (MRI) הפכה חיונית ברפואה המודרנית, המציעה ניגודים רכה שאין כמוהו ללא הקרנה קרינה.בין היכולות החזקות ביותר שלה הוא היכולת להפריד אותות שמקורם שומן ומים בתוך אותו voxel. הבחנה זו אינה רק זיהוי סקרנות טכנית; היא אבן הפינה לאבחון מגוון רחב של פתולוגיות, כולל hepatic stetraicicictraosis, afiling acules, ממולקולות שומן, הוא רקמות.

ההשפעה הקלינית היא עמוקה.לדוגמה, במחלת כבד שומנית לא אלכוהולית (NAFLD), קוונטית מדויקת של שומן כבד חיונית לקידום מחלות ממריץ ונטרול. בדומה, ב- Oncology, הפרדה במים שומניים עוזרת להבחין גידולי שומן שפירים שפירים מנקודות ממין של חומרים שעלולות להכיל שומן מיקרוסקופי.

יסודות הפיזיקה של MRI

כדי להעריך כיצד שומן ומים נבדלים, יש להבין תחילה את העקרונות הבסיסיים של MRI. הידרוגן גרעיני (פרוטונים) יש רגע מגנטי ויישר עם השדה המגנטי סטטי (B0) של הסורק. a radio ⁇ (RF) מקשים אלה מתוך היערכות.כפי שהם לפנים סביב B0, הם פולטים אותות RF שזוהו על ידי מקלטים.

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר ⁇ הוא התדירות הזוויתית (תדירות ההתחדשות), ⁇ הוא היחס הגירומגנטי (קבוע עבור מימן), ו B0 הוא כוח השדה המגנטי. ב-MRI, B0 הוא בדרך כלל 1.5 T או 3 T. לאחר הדופק RF, הפרוטונים חוזרים לאיזון באמצעות שני תהליכים הרפיה עצמאיים: זמן ארוך (T1) ו transverse (T2) הרפיה T1 ו- 2 פעמים של MRI, כמו , כגון בסיס חום-MRI- , כגון , , , קומפקטי, ניגודי באופן משמעותי, , ניגודי, , , קומפקטי, , , כגון , מולקולה קומפקטי , , , קומפקטי , ניגודיות , , קומפקטי , , , , , מולקולה מולקולה קומפקטי , , קומפקטי מולקולה , , , , קומפקטי קומפקטית מים , קומפקטי קומפקטית , קומפקטית , קומפקטית מים קומפקטית מולקולה קומפקטי , , ניגודיות קומפקטי , , קומפקטי קומפקטי קומפקטי קומפקטי קומפקטי קומפקטי קומפקטי קומפקטי , כגון ,

לעומת זאת, ניגודי T1 ו-T2 בלבד אינם יכולים להפריד בין שומן מן המים, משום ששני המרכיבים לעיתים קרובות נמצאים ב-Voxel יחיד.

שינוי כימי Phenomenon

תדירות ההחזרות של גרעין מימן מושפעת הסביבה הכימית שלה.אלקטרונים סביב הגרעין ליצור שדה מגנטי קטן מקומי המגן על הגרעין מ- B0 החיצוני, היקף המגן הזה תלוי במבנה המולקולרי.במולקולות מים (H2O), הבסיס החמצן הוא אלקטרונים מאוד, מחריב את הפרוטונים ולגרום להם לחדש בתדירות גבוהה במקצת מאשר ב- 2Flydicer (בדרך כלל) ב-1.5F1, 3.

טכניקות להפרדה במים

מספר שיטות MRI לנצל את השינוי הכימי לייצר תמונות נפרדות בלבד ומחזור מים בלבד.השימוש הנרחב ביותר הם שיטת Dixon ודמיית שינוי כימי (הדמיית ה- P-of-phase) יותר גישות מתקדמות, כגון פיזור של מים ושומן עם סימטריה ו-quares estimation (AL), לבנות על עקרונות אלה.

שיטת Dixon: גישה קלאסית

(הופנה מהדף תומאס דיקסון ב-1984, השיטה המקורית רוכשת שתי תמונות של ⁇ -echo בזמנים ספציפיים של הד (TE) כאשר אותות שומן ומים Hz הם FLT:0in-phaseFLT:1, הם מוסיפים בונות; כאשר FLT:2 מ"מ של P-phaseFLT 3: 3, הם תת-השלב נובע בגלל השינוי הכימי של כל שלב של 2 ליטרים (כ-1.5 מעלות) ו-1.5 מעלות צלזיוס) ב- 2 ליטרים (ב) ו- 2 ליטרים) בכל שלב.

על ידי רכישת תמונות בזמנים של הד מחוץ לphase ויציאה, ניתן לפתור משוואות ליניאריות פשוטות כדי לחלץ רכיבים שומן ומים:

  • (ב) ויקרא י"א): "ה' (ב"ד): "ה' (ב"ה)" (ב"ב)
  • (ב) ויקרא י"א): "ה' (ב"ד): "ה'" (ב"ה)

הוספת IP ו- OP מניב 2 × מים; תת-התשואה 2 × שומן. עם זאת, שיטת Dixon המקורית רגישה לשדה הראשי בהומוגנים (B0 וריאציות), אשר מציגה שינויים נוספים בשלב זה יש לתקן.

3 נקודות Dixon ו-AlexL

שלוש נקודות Dixon רוכשת הד נוסף ב-TE שונה כדי להפריד את השלב הכימי משלב B0 ב-homogeneity. נקודת הנתונים הנוספת מאפשרת שלב חזק ללא תפוצה ומפת השדה estimation.The FLT:0specal (יחס סורקטיבי של מים ושומן עם אקומטריה ו-Lesquaresestestimation) FLT:0special (יחס סימטרי יותר) כולל הדמיה מדויקת של שומן והשגתי משקל (R) עם סימטריים מדויקים יותר (R) עם סימטריים מדויקים יותר) והשגת אותות מדויקים יותר (R) ו-R) ו-R) עם הדמיה מדויקת יותר עם הדמיה מדויקת יותר עם הדמיה מדויקת יותר עם הדמיה מדויקת יותר עם הדמיה מדויקת יותר עם סימטרית (R) והשגת דיסלקטיבית (R) והשגת דיסלקטיבית של משקל (R) והשגת דיסלקטיבית של משקל (R) והשגת אותות מדויקים יותר עם הדמיה מדויקת יותר עם הדמיה מדויקת יותר עם דיסלקטיבית (R) והשגת דיסלקטיבית של משקל (R) והשגת דיסלקטיבית (R) והשגת אותות מדויקים יותר עם הדמיה מדויקת יותר על ידי שימושים מדויקים יותר על ידי שימוש ב-סימטרית (R) ו

שינוי כימי (CSI): In-Phase ו-Out-of-Phase

לעתים קרובות המכונה נגד פאזה או הדמיה כפולה-echo, טכניקה זו היא קלינית ubiquitous. רצף ⁇ -echo יחיד רוכש שני הדים: אחד בזמן in-phase (למשל, 4.6 ms at 1.5 T) ואחד בתבנית מיקרוסקופית של ⁇ -of-phase (למשל, 2.3 ms או 6.9s, בהתאם ל- t-x-xouts) הוא מזהה את התמונה הדומה מאוד (למשל, כולל ⁇ ) ו-Opicial) או t-D) תכונות אופייניות (למשל, כולל ⁇ ) תכונות של ⁇ ) או t-D) תכונות (למשל, כולל ⁇ d) או ⁇ (למשל, כולל ⁇ d) תכונות רגישות (למשל, כולל ⁇ ) או ⁇ ) או ⁇ (למשל, כולל ⁇ ) או ⁇ ) או ⁇ (למשל, כולל ⁇ xopicial) תכונות דומות (למשל, כולל ⁇ ) או ⁇ ) או ⁇ p.

עם זאת, CSI קונבנציונלי מספק רק מידע איכותי - זה לא יכול לכמת שבריר שומן. עבור קוונטיזציה, שיטות מרובות-echo Dixon עם התאמה מורכבת נדרשים.

תכונות ספציפיות וגישות אחרות

(הופנה מהדף spectroscopy (MRS) מודד ישירות את ספקטרום התדר של voxel, המציג פסגות נפרדות למים ושומן. בעוד MRS מספק קוונטיזציה מדויקת, יש לו פתרון מרחבי נמוך יותר וזמני רכישה ארוכים יותר.FLT:0Chemical Shift משולב הדמיה מבוססת ⁇ (CSE-MRI)FLT:1 הוא הכללה של Dixon המשתמשת מספר כפול של שומן (pic) עבור ספקטרום של LT2D) ו-Fly (D) עם ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של LT2D.

הפיזיקה שבבסיס: למה היא עובדת

ההצלחה של הפרדה במים השומן תלויה בשליטה מדויקת של זמני הד והאבולוציה של השלב של האות. ברצף קידוד סטנדרטי, האות S בזמן הד מסוים ניתן לבטא:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ו) ויקרא י"ד ו"ו, ויקרא י"ד): "וַיָּבְהִיא וּכְלֹא הָאָרֶץ הוּא הוּא וּכְתָּבְתָּבְתָּבְתָּעָה וּכְתָּעָעָעָתוֹ"ל, אִם הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא

השינוי הכימי בין שיא המים העיקריים לבין שיא הmethylene הדומיננטי של השומן הוא -3.5 ppm. בשעה 1.5 T, זה מתורגם ל 220 הרץ.As TE עולה, ההבדל בשלב בין מים ושומן מצטבר: ⁇ = 2 × 220 × TE. at TE = 2.3 מ"מ, ⁇ = ⁇ nans ( ° 180), גרימת ביטול שווה של כמויות שומן ו ⁇ = 2=0=0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עם זאת, ברקמות אמיתיות, שומן יש מרכיבים ספקטרליים מרובים (methyl, methylene, olefinic וכו '), ו B0 הומוגניות מציג שגיאות שלב שונות מרחבית נוספת. אלגוריתמים Multi-echo Dixon מתאימים האות המורכב על פני מספר פעמים, לעתים קרובות באמצעות הספקטרום של שומן (FLT:0Levenberg-FLT:1 או LT:2 ⁇ ) הוא לפחות דגם כפול (Factr)

שם מקור: Where Fat-water Separation Shines

היכולת לייצר תמונות שומן לאמביגואליות בלבד ומחזור מים בלבד שינתה תחומים קליניים רבים. להלן הן יישומים מרכזיים עם הקשר מורחב.

היפנוזה hepatic Steatosis Quantification

מחלת כבד שומני לא אלכוהולית משפיעה על יותר מ-25% מאוכלוסיית העולם. . MRI-derived proton צפיפות שומן שבריר (PDFF) הוא עכשיו ביומרקם מאומת, שאינו פולשני עבור תוכן שמן כבד. רצף Multi-echo Dixon עם תיקון T2* יכול לכמת שומן על פני כל הכבד בנשמת נשימה אחת. מחקרים מראים כי PDFF מתאים מאוד עם בדיקה קלינית (NFapNA) הוא 1.5%) של NLT1.

תאולוגיה: Tumor Characterization

גידולים רבים מכילים כמויות שונות של מאקרוסקופי או שומן מיקרוסקופי.בכבד, הפרדה בין שומן מסייע להבחין steatosis מוקד משומן המכיל hepatocell carcinoma (HCC) או angiomyolipoma. בבלוטות ⁇ , נוכחות של שומן מיקרוסקופי על הדמיה מנוגדת-phase הוא אבחון עבור a ⁇ den, הימנעות biopsyy מיותר, באופן דומה, לזהות קרינה מטבולית (Frantigtigture) או מטבולית (מסוגית) או מ-Figture).

שיבושים קוסמטיים

ב אורתופדים, הפרדה בין מים שומן משפרת את הדמיון של צקת העצם (למשל, בשברי מתח או אוסטאומיאליטיס), כפי שדמה מגבירה את תכולת המים בעוד השומן נעקור.זה גם עוזר באפיון המוני רך-לא-מקלט: לימפומה הן שומן אחיד, בעוד שומנים עשויים להראות רכיבים לא-שומן.

לב וכלי דם

הפרדה בין מים שומן משמשת יותר ויותר ב-MRI לב עבור הערכת הדגה שומן myocardial (למשל, ב arrhythmogenic הימני ventricular cardiomyopathy) ודיכוי שומן אפירדיאלי בסוף גלימת שיפור gadolinium. in כלי שיט, הפרדה שומן perivascular מן הקיר האמנותי משפר את זיהוי דלקת (למשל, באמנות).

המונחים: biomarkers

מעבר ל- PDFF, הפרדה בין מים שומן מאפשרת חישוב של:0R2* (1/T2*) מיפוי 1-FLT, אשר משקפות תוכן ברזל, כי ברזל ושומן לעתים קרובות co-exist (למשל, בכבד ב hemochromatosis עם steatosis), מתאים במקביל לשבר שומן ור 2 * מספק הערכה מקיפה.

אתגרים ומגבלות

למרות כוחו, הפרדה במים שומניים אינה טריוויאלית.

  • (FLT:0) שדה Inhomogeneities: ⁇ 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ בשדה המגנטי לגרום שגיאות שלב שיכול להוביל החלפת מים שומן אם לא מתוקן כראוי אלגוריתמים מתקדמים משתמשים במפת שדה ואת שלב הגדל באזור ללא פיזור.
  • (FLT:0) רעש ו-T2* Decay:cioFLT:1) מהיר T2* דעך בשדות גבוהים יותר או ברקמות מוגזמות ברזל מפחיתות את SNR ודיוק.
  • (FLT:0Partial Volume Effects: 1) בגבולות בין שומן טהור למים טהורים, voxels המכילים שני מרכיבים עשויים להניב שברירי שומן ביניים הדורשים פרשנות זהירה.
  • (FLT:0)Motion and Respiration: FLT:1 ניכוי רכישת נשימה הם סטנדרטי עבור הבטן, אבל חופש נשימה או רצפים מחוסנים עשוי להיות נחוץ עבור חולים לא פעיל. Motion יכול לגרום קידוד וחפצים.
  • (FLT:0)Fat Spectrum Complexity:FearLT:1) מודל 2-peak הפשוט (מים + שיא שומן יחיד) אינו מספיק עבור קוונטיזציה. מודלים רב-פאק (בדרך כלל 6-9 שיאים) נדרשים עבור PDFF מדויק, אבל הם מגבירים את זמן חישוב ורגישות כדי מודלים של שגיאות.

כיוונים עתידיים

הפרדה במים שומניים ממשיכה להתפתח.מגמות מתפתחות כוללות:

  • (הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) Multi-parametric Mapping:cioFLT:1 estimation of PDFF, R2*, T1 ו- ADC מרכישה אחת הוא כעת אפשרי, המציעה הדמיה מקיפה.
  • (FLT:0) Ultra-High Field MRI (7T): irFLT:1 גדול יותר שינוי כימי ב 7T (- 920 Hz) משפר את ההפרדה, אך גם מחמיר פריטים מ B0 ו- B1 בהומוגנים, הדורש רצף מיוחד.
  • (FLT:0) הפרדה בזמן אמת-מים:FreaLT:1) עבור MRI התערבותי ומחקרים ניגודים דינמיים, אלגוריתמים לשיקום מהירים מאפשרים הפרדה כמעט בלתי שפויה.

מסקנה

הפרדה במים ב-MRI היא יישום מתוחכם של עקרונות פיזיקה בסיסיים - שינוי כימי, שלב האבולוציה, ואת אות רב-הכיו מודלים.משיטת Dixon המוקדמת ל- Modern IDEAL וגישות מבוססות למידה עמוקה, טכניקות אלה הפכו חיוניות עבור הדמיה, המאפשרת זיהוי מדויק של שומן ומים כמעט בכל רקמה.