הפיזיקה של מר ספקטרוםטרוסקופיה והשימוש בה במחקרים מטאבוליים

מבוא ל-Anic Resonance Spectroscopy

ספקטרום מגנטי של סימולציות (MRS), המכונה לעתים קרובות spectroscopy MRI, מייצג הרחבה מתוחכמת של הדמיה מגנטית קונבנציונלית כי משנה את המיקוד של מבנה אנטומי לתפקוד ביוכימי, בעוד MRI סטנדרטי מצטיין בייצור תמונות ברזולוציה גבוהה של רקמות מתכתיות רלבנטיות, MRS מספק חלון לא פולשני לתוך התהליכים מטבוליים וכימיקליים המתרחשים בתוך הרקמות האלה, מאפשר זיהוי כלי חיוני של סרטן המעי הגס ואפקטים של פעילות גופנית, כולל מטבולית של חומרים כימיים.

הפיזיקה שמאחורי ספקטרום ה-MRI

בליבתו, ספקטרוסקופיה של MRI מוצפת בעקרונות של התחדשות מגנטית גרעינית (NMR), תופעה פיזית שעולה מהאינטראקציה בין גרעינים מסוימים לבין שדות מגנטיים חיצוניים.כדי להבין כיצד MRS עובד, חיוני לתפוס את הנימוק המכאני הקוונטי של גרעינים עם ספין לא אפס, כגון מימן proton (1H), שהוא הנפוץ ביותר בגרעין של MRS, כאשר הוא ממוקם מולטיאוב של חומר מגנטי (nc) מוליד מגנטי חזק של חומר נפץ, כמו מגנטי) עם סגסוגת של חומרת שדה מגנטי (necticial) עם סגסוגת של חומרת (ncreicial) עם סגסוגת של מגנטית (nTR) עם סגסוגת של מגנטית מגנטית (nt-a) עם סגסוגת של סגסוגת מגנטית (nt- Nuclei-a) עם סגסוגת של סגסוגת של מגנטית (nt-a-R) עם סגסוגת מול סגסוגת מול סגסוגת של סגסוגת מוליד מגנטית (nTR) עם מגנטית (nt- Nuclei עם סגסוגת מול מגנטית (הצורה של סגסוגת מגנטית (המטר) עם מגנטית (ה- Nuclei

שינוי כימי וטביעת אצבע

הרעיון הפיזי המרכזי שמבחין בין MRS מ-MRI קונבנציונלי הוא השינוי הכימי.תדירות ההחזרה של גרעין אינה רק נקבעת על ידי השדה המגנטי החל; היא מושפעת גם מהסביבה האלקטרונית המקומית שנוצרה על ידי אלקטרונים הסובבים אלקטרונס באופן חלקי מגינים על הגרעין מן השדה החיצוני, מה שגורם לתרכובות קלות בשדה המגנטי האפקטיבי שחווה הגרעין.

J-Coupling ו- Spectral Splitting

מעבר לשינוי כימי, תופעה חשובה נוספת ב MRS היא J-coupling, הידוע גם בשם הפיכה קשקשים קשקשים.זה נובע מהאינטראקציה בין ספינים גרעיניים דרך האלקטרונים באג"ח הכימי המחבר אותם. J-coupling גורם פיצול של ספקטרום ספקטרלי לתוך מספרטטים, מתן מידע נוסף על מבנה מולקולרי וקישוריות.

שעות הרגיעה והשפעתם על Spectra

התנהגות הרפיה של ספינים גרעיניים - מאופיין על ידי T1 (ארוךitudinal או ספינ-lattice הרפיה) ו-T2 (transverse orספין-spin רפיה) - גם ממלא תפקיד קריטי ב MRS. metabolites שונים יש פרוטוקולים שונים T1 ו- T2spec פעמים ברקמות שונות, המשפיעים על האינטנסיבינציה שנצפת בספקטרום.

אות-לא-מסומנט Ratio ו-ספאטלטלטלטלטלטלטלטל

אחד האתגרים הבסיסיים ב MRS הוא להשיג יחס אות-ל-אין (SNR) כי ריכוזי חילוף חומרים הם בדרך כלל בטווח מילימטר - הזמנות של גודל נמוך יותר מאשר ריכוז של פרוטונים מים המייצרים אותות MRI קונבנציונליים.SNR ב MRS-8 תלוי בגורמים מרובים, כולל כוח השדה המגנטי, גודל voxel, מספר ממוצעים, ורגישות גבוהה יותר.

כיצד ספקטרום ה-MRI פועל בפועל

היישום המעשי של MRS כרוך ברצף מתוזמר בקפידה של חומרה ופעולות תוכנה, מן המטופל מיקום ניתוח ספקטרלי הסופי.התהליך מתחיל עם הדמיה מקומיתizer לזהות את האזור האנטומי של עניין, ואחריו על ידי shimming כדי לייעל את ההומוגניות השדה המגנטי על נפח כדי להיות נחקר. Shimming הוא קריטי כי שדה הומוגניות מרחיב קווים מרכזיים, צמצום ההחלטה ו עושה אופטימיזציה של טכניקות מכניקה פעיל כולל אלגוריתמים פעיל.

Single-Voxel Spectroscopy וכימיקלים Shift Imaging

שתי גישות עיקריות קיימות לרכישת נתוני MRS: הדמיה חד-מנועית (SVS) ודמיית שינוי כימי (CSI), הידוע גם בשם הדמיה ספקטרום מגנטי (MRSI) בשלב SVS, אותות נרכשים מ-SVS-Clocking זמן קצר יותר, שימוש ב-SPTS של DIxI משתמש ב-Ricropsquaremetexicials (D) או בקיצור DEXD) משתמשים ב-SPTSDOS (D) באופן קבוע ב-DOS-DOS-DOSDOSDOS) משתמשים ב-DOSDOSDOSDOSDOS (DOSDOSDOS (D) באופן קבוע ב-DOSDOS) באופן קבוע ב-SPTSCODOSDOSDOSDOSDOSDOSDOSDOSDOSDOSDOSDOSDOSDOSDOSCOSTCOSTS.

דיכוי מים ועיבוד נתונים

מכיוון שפרוטונים מים נמצאים בריכוזים בערך 10,000 פעמים גבוה יותר מאשר רוב המטבולטים, סימן המים חייב להיות מדוכא כדי לאפשר זיהוי של metabolites ריכוז נמוך ריכוזית.זה מושג בדרך כלל באמצעות הדופק כימי שינוי (CHESS) לעבור על ידי ⁇ תיקון חסום (p) אשר מדגימה את מגנט המים לפני הרצף מתחיל.

המונחים: Metabolite Concentrations

ריכוזי metabolite מ MRS spectra היא משימה מורכבת הדורשת שיקול זהיר של אפקטים הרפיה, רגישות סליל, ואפקטים חלקיים נפח. טכניקות קוונטיות מוחלטות, כגון אלה המשתמשים בסימן המים כגישה פנימית או גישות החלפת phantom, במטרה לספק ריכוזים ביחידות מטבוליות בודדות.

יישומים במחקרים מטאבוליים

ספקטרום של MRI מצא יישום נרחב על פני ספקטרום רחב של מחקרים מטבוליים, מתן תובנות ייחודיות ביוכימיה רקמות שמשלים הדמיה וטכניקות מעבדה אחרות.היכולת ריכוזים לא פולשנית מטבוליט הוכיחה בעל ערך במיוחד בנוירולוגיה, תאולוגיה, ופיזיולוגיה שרירים, בין שדות אחרים.

המוח מטאבוליזם ונוירולוגיה

המוח הוא האיבר המלומד ביותר ב MRS בשל הרכב הרקמות ההומוגניות יחסית והמידע המטבולי העשיר המתקבל על ידי metabolites שזוהו במוח MRS כולל N-acetylaspartate (NAA), סימן של יושרה עצבית ודחיסות; תרכובות המכילות את רמות החנקן (Chocreic) המופחתות בדלקתיות של מחלות דלקת מפרקים (Ocreic) ו-Lic) מטבוליות (Ocreic) מטבוליות) מטבוליות, אשר מושפעות מטבוליות (מסוגפותחתות) הן מטבוליות) הן מטבוליות (Ocrecindic) ו-Lic) מטבוליות (Operic) מטבוליות (Operic) מטבוליות) מטבוליות (Operic) מטבוליות (Ocretraic) מטבוליות (Otracretraic) מטבוליות) מטבוליות) מטבוליות) מטבוליות (Operic) מטבוליות מושפעות מטבוליות מושפעות מטבוליות מושפעות מטבוליות (Operic) מטבוליות מושפעות) ומעורכותל-in) מטבוליות (O

סרטן ו Oncology

MRScho הפך לנספח יקר באבחון סרטן, דירוג, ו ניטור הטיפול.בגידולים במוח, פרופיל מטבולי בדרך כלל מראה גבוה choline (הפניה מוגברת סינתזה של membrane בתאים במהירות חלוקת תאים), מופחת NAA (בשל אובדן עצבי או עקירה), ואת נוכחות של דמנציה ופרימי (מצביע על חילוף חומרים naerobic ו-N) להבדיל בין יתר של סרטן המעי הגסים נמוכים יותר מאשר טיפול תרופתי אחד.

שריר ופחמימות

Phosphorus-31P) MRS הוא אינפורמטיבי במיוחד עבור חקר יישומי שריר ומטבוליזם אנרגיה לב, שכן זה יכול למדוד ישירות פוספט אנרגיה גבוהה כגון adenosine tripus (ATP) ו phosphosphocreatine (PCr), כמו גם דלקת ריאות דלקת בדרכי הנשימה (Pironic pt) ו- pH. במהלך פעילות גופנית, 31P MRS מראה ירידה מהירה במחשבון ולהגדיל את הטיפול ב-pophicial כדי לבדוק את תפקוד דלקת הלחמית.

יישומים נוספים

MRS מוחל יותר ויותר על מחקר חילוף החומרים הכבד, כולל המדידה של תוכן טריגליצרידים hepatic, אשר רלוונטי עבור מחלת כבד שומני לא אלכוהולית (NAFLD) ו steatohepatitis. 1H MRS יכול לכמת שומן כבד עם דיוק גבוה 13 C, ו 31P MRS מספק מידע על מצב אנרגיה hepatic ו phospholipology.

יתרונות ומגבלות של MRS

היתרון העיקרי של ספקטרום MRI הוא האופי הלא פולשני שלה, המאפשר מדידות חוזרות של חילוף החומרים רקמות ללא ionizing קרינה או סוכנים ניגודים אקסוגניים - יתרון משמעותי על פני פליטת פליטה pET (PET) וטכניקות אחרות של תרופות גרעיניות יכולות להשתלב בבדיקת נתונים סטנדרטיים של MRI, עם זאת, מתן מידע חד-פעמי ומטבולי בבדיקה אחת.

כיוונים עתידיים והתקדמות טכנית

העתיד של ספקטרום ה-MRI הוא בהיר, מונע על ידי התקדמות בחומרה, רצף הדופק ועיבוד נתונים.מערכות MRI אולטרה-גבוהות שדה (7T ו 9.4T) מציעים שיפור משמעותי ברזולוציה SNR ו-spectral, המאפשרות זיהוי של metaspecites כי הם קשים לצפות בתחומים נמוכים יותר, כגון גלוקוזט, GABA, ו-Lotulion משופרים טכניקות סימולציה מתקדמות יותר.

מסקנה

הפיזיקה של ספקטרוסקופיה של MRI משלבת באופן אלגנטי את עקרונות של התחדשות מגנטית גרעינית, תורת שינוי כימי, ודינמיקה של רגיעה עם עיבוד אותות מתקדם כדי לחקור את הנוף הכימי של הגוף ברמה המולקולרית. על ידי זיהוי וזיהוי מטבוליטים מפתח לא פולשני, בעוד MRS הופך חלון ייחודי לתוך תהליכים מטבוליים כי תחת בריאות ומחלות.