הקרן הפיזית של התחדשות מגנטית

שחזור מגנטי (MRI) כבר אבן הפינה של אבחון רפואי, המציע תמונות רזולוציה גבוהה, לא פולשניות של רקמות רכות.בבסיסה, MRI מנצל את הנכס מכני הקוונטי של תרדמת מימן Nuclei (פרוטונים) במים ושומן. כאשר ממוקמים בשדה מגנטי חזק, אלה ספינים וטרנסים בתדירות מבנית, כדי לעצור את התדירות גבוהה 2 לאחור).

למרות כוחו, MRI קונבנציונלי הוא בעיקר איכותני.ד.פי תמונה תלוי פרמטרים סריקה (זמן רפה TR, TE זמן הד, זווית ספין), אשר נבחרים להדגיש הבדלים ב T1, T2, או צפיפות פרוטון (PD) התמונות המתקבלות מכילות אטימות אות יחסית שאינן ניתנות להפחתה על פני סורקים, אתרים, או זמן. A נמוך T1 בסריקה אחת עשוי להופיע גבוה במסגרות מורכבות, או רצף, או רצף, או רצף של תכונות מורכבות, או פשטות, או יכולת חישובית.

מגבלות של MRI Qualitative

רדיולוגים מסתמכים על זיהוי דפוס ופרשנות סובייקטיבית של הבדלים ניגודים.שינויים במחלת המחלה - כגון edema, דלקת או מוקדם fibrosis - ניתן להחמיץ אם ניגוד אינו מותאם. יתר על כן, בין-observer variability הוא בעיה ידועה. גישות קוונטיות פותחו בו זמנית (T1 מיפוי, T2 מיפוי, דיפוזיה), אבל רוב הרכישות הרבות, הגרסאות של תכונות של תכונות חד-פריטיפטומטיות, אשר לעיתים קרובות, סריקות, הן תכונות של תכונות חד-פריות, אשר נעלמות אחת, אך הן תכונות של תכונות של תכונות חד-פריות, אך הן תכונות חד-מנטליות, אך הן תכונות חד-פריות, אך לעתים קרובות.

מה זה בעצם טביעת אצבע מגנטית?

טביעת אצבע מגנטית (Blosonance Fingerprinting), שתוארה לראשונה על ידי Ma et al. בשנת 2013 (FLT:0 Nature, 2013FLT:1), מדמיינת MRI כבעיה של זיהוי דפוס ולא בעיה היווצרות תמונה במקום לייצר תמונות עם ניגודים כמותיים, MRF מייצרת את האבולוציה של אות זמני ייחודי - טביעת אצבע - עבור כל voxel על ידי יישום קבוע של רצף של הדופק, לאחר מכן, ולאחר מכן, לאחר מכן, תכונות מורכבות של מוטציות, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, מסטיקה של תכונות מורכבות).

השם "טביעת אצבע" משקף את הרעיון שאבולוציה האותות היא ייחודית כמו טביעת אצבע אנושית - רקמות שונות (למשל, חומר אפור, חומר לבן, נוזל המוח) לייצר דפוסים זמניים נפרדים שניתן לזהות ולסווגם.

עיצוב פיסיקה-Driven Pulse Sequence Design

הלב של MRF שוכן בפיסיקה של דינמיקות ספינים.הרכישה משתמשת ברצף של הדופקים RF משתנים (זווית משולשת מכמעט אפס עד 180 מעלות) עם זמני החזרה משתנים (TRs) והוראות ⁇ .זה אי סדירות מבטיחה כי מגנטיזציה לעולם לא מגיע למצב יציב, גרימת את האבולוציה של האות להיות תלוי לא ליניארית על הפרמטרים הבסיסיים.

משוואות Bloch - המשוואות השונות הבסיסיות המתארות מגנטיזציה גרעינית בתחום מגנטי - משמש כדי לדמות את האבולוציה של האות עבור כל שילוב אפשרי של פרמטרים. מילון זה יכול להכיל מיליוני ערכים.המודל הפיזי משלב אפקטים כגון צורות הדופק RF, הרפיה, דיפוזיה, ואפילו זרימת הדם באמת עושה התאמה ייחודית (Valfusion) על ידי הבטחת רכישה וחלוק את אותם שלבים, המילון יכול לחזות במדויק את התבנית של פורמט זהה (Dposition) באמצעות התאמה מדויקת יותר של פורמט מדויק של פורמט זה יכול להיות מתאים יותר של מערכת מדידה).

Multi-Parameter Encoding

מכיוון שטביעת האצבע משלבת את T1, T2 ו- PD לאבולוציה אחת, MRF יכולה להפיק את כל שלוש המפות מרכישה אחת.זהו יתרון גדול על מיפוי כמותי קונבנציונלי, אשר בדרך כלל דורש רצף נפרד לכל פרמטר (למשל, inversion-recovery עבור T1, multi-echo ספין-echo ספין-ד ל-T2).

כיצד MRF Quantifies Tissue Properties

לאחר רכישת, נתוני שטח גולמי משוחזרים לתוך סדרה של תמונות בזמן באמצעות חלון מזחלות או דחוס שחזור (בשל נתונים מפוסקים) כל voxel יש עכשיו סדרה של ערכי אות, בדרך כלל 100-1000 נקודות זמן.זה נמדד הוא נורמליזציה בהשוואה לכל כניסה במילון.

מכיוון שהמילון נוצר מסימולציות פיזיקליות, הערכים הם מוחלטים וגלויים.לדוגמה, T1 של חומר לבן בריא ב 3T הוא בערך 1000-1100 מ's, T2 סביב 60–70 מ's. גידול עם T1 ארוך ו-T2 ישמר את טביעת האצבע בהתאם.מפת הטמטרי מוצגות לאחר מכן כצבע או תמונות אפורות, המאפשרות לראות את ההפצה המרחבית של כל נכס.

האופי הכמותי של MRF תומך באפיון אובייקטיבי של רקמות.מחקרים הראו כי MRF יכול להבדיל בין רקמת המוח הנורמלית לבין נגעים בטרשת נפוצה, בין ציוני הגידול בגלימות, ובין מיוcardium בריא ופיברטי בדמיית לב. כי הערכים הם מוחלטים, הם יכולים להיות בהשוואה לחולים ולזמן, המאפשר מעקב המחלה והערכה של תגובה.

דוגמה ל-Colleprint Matching

שקול voxel המכיל נוזל מוח טהור (CSF) CSF יש זמן רב מאוד T1 (-3000-4000 מ"ס ב 3T) ו T2 ארוך (~2000 ms) אבולוציה האות תחת רצף MRF יציג התאוששות איטית לאחר כל הדופק ההסתה, ואת דפוס של פסגות ו troughs יהיה ברור מן החומר האפור (קיצור T1, קצר יותר, מוצא את הגרסאות של ה-T2 של ה-T.

יישומים קליניים והטבות

המוח מאיים

MRF נחקרה באופן נרחב ב-Norimaging.It יכול לייצר T1, T2 ו-PD מפות של המוח כולו בתוך דקה אחת, עם פתרון תת-מילימטר.

  • (FLT:0) מרביפל Sclerosis: FIRLT:1 לסים להראות גבוה T1 ו-T2 ערכים בהשוואה לחומר לבן רגיל. MRF יכול לכמת נטל ולבודד פעיל ממושגים כרוניים.
  • (FLT:0)Brain Tumors:FLT:1 Glioblastoma multiforme לעתים קרובות מדגים T1 ו-T2, בעוד גלימות בעלות רמה נמוכה עשויים להיות חתימות שונות. MRF עוזר ב- grading ו להבדיל בין הישנות הגידול מערפילית קרינה.
  • (FLT:0)Neurodegenerative Diseases: FLT:103) שינויים ב-T1 ו-T2 בחומר אפור עמוק, גרעין עשוי להתאים לירידה קוגניטיבית במחלת האלצהיימר.

לב-Imaging

בלב, Myocardial T1 ו-T2 הם סמנים של fibrosis, edema, ועומס ברזל.פרוטוקול טיפול ב-MRI דורש נשימות נשימה ארוכות ורכישות מרובות. MRF יכול למפות את myocardium בנשחת נשימה אחת (כ-15 פעימות לב), מתן סימולטניות T1 ו-T2 מפות. זה חשוב במיוחד עבור זיהוי דלקת מפרקים חריפה (meronicycard) (בדומה עם T1 Tlevocard) ו-T1, עם Tlevated, עם T1, עם T1, עם T1, 000 , 000 ®T1, עם T1, 000 גבוה, 000 ®, עם T1, 000 , עם T1, 000 גבוה, 000) ו-T2.

Abdominal ו- Pelvic Imaging

Liver MRF יכול למדוד T1 ו-T2 כדי להעריך fibrosis ו steatosis. Prostate סרטן גילוי עשוי ליהנות ממפות מרקם MRF כי להבחין גידול מרקמות שפיר. MRF כבר מיושם ב 3T ו 1.5T, ומאמצים הם להמשיך סטנדרטיזציה פרוטוקולים על פני ספקים.

היתרון העיקרי של MRF בכל היישומים הוא חידוש. כי התפוקה של הרצף היא עצמאית של הגדרות המפעילה וריאציות יום-יומיות של הסורק, MRF מאפשר ניסויים קליניים רב-מרכזיים אמיתיים ו ניטור סבלני ארוך טווח.זה גם מקטין זמן סריקה - רכישת מוח טיפוסי MRF היא 30-60 שניות לעומת 10-15 דקות עבור מיפויים פרמטריים קונבנציונליים רבים.

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה שלה, MRF עומד כמה מכשולים.המילון יכול להיות עצום כאשר כולל פרמטרים מרובים (למשל, T1, T2, PD, B0, B1) מילון 5D נאיבי עם 100 ערכים כל אחד מהם היה מכיל 1010 ערכים, אשר הוא חישובי intracence intracing או בקיצור DCA) יישום מעשי מופחת באמצעות ספמנטליות (למשל, רק שילוב של תת-דלקתיות נמוכה) כמו בדיקות דם קצרות (Dpositions) או לחץ דם).

הגבלה נוספת היא הצורך במודלים פיזיים מדויקים.אם המילון אינו אחראי למערכת אי-ידיות (למשל, זרמי אדדי, ⁇ לא לינאריות, פגמים בגלי הדופק), ההתאמה יכולה להניב הערכות מוטות.כתובת ספציפית של Vendor-specific calibrations ואופטימיזציה רצף הם הכרחיים יותר, האלגוריתם ההתאמה רגיש לרעש; ביחסי אות נמוכים מאוד לרעש (SR) לטביעה לטביעה עמוקה (prems).

סטנדרטיזציה נותרה אזור פעיל.בעוד MRF הוא כמותי מטבעו, הערכים המדויקים המתקבלים יכולים להשתנות עם עיצוב רצף (למשל, מספר נקודות זמן, תבניות זוויתיות סטיות) קיימים, אך יוזמות קונצנזוס כמו Quantitative Imaging Biomarkers Alliance (QIBA) פועלים כדי לתקן פרוטוקולי MRF. לבסוף, החזר ואישור רגולטורי עבור הדמיה כמותית חדשה של ביומרקרים עדיין מאחורי מחקר קליני.

כיוונים עתידיים

MRF אינה טכנולוגיה סטטית; היא ממשיכה להתפתח במהירות.למידה עמוקה החלה להחליף את הצעד המילון תואם עם רשת עצבית שצופה ישירות תכונות רקמות מהאבולוציה האותת.זה מקטין זמן חישוב מ דקות ל- מילימטרים ויכול לשלב ידע קודם לכן, כיוון נוסף הוא "מגשר מחוספסת" (MRF), שבו גורמים מגובה של 20-50 מושגים באמצעות ספארי לפני הספירה לאחור, עשויים לאפשר איברים דיפראליים או דיפראליים מהירים.

הרחבות מרובות-parametric נחקרות: MRF עם דיפוזיה (D-MRF) ניתן לשלב בו זמנית את המפה T1, T2, ו- diffusion coefficient (ADC) העברת ריצוף כימי (CEST) כדי למדוד את ה- pH או ריכוזים מטבוליט. MRF עבור מיפוי מינימלי של רגישות (QSM) הוא גם תחת חקירה.

ברמת החומרה, שטח גבוה של 7T MRI מציע גבוה יותר SNR ורזולוציה, אבל גם יותר חמור B1 הומוגניות.חזקות הטבוע של MRF ל B1 בהומוגניות (באמצעות פרמטר estimation) הופך אותו למועמד אידיאלי עבור 7T יישומים. Whole-body MRF (FLT:0eiFweier et al., 2020Falure) מדגים את האפשרות של 1x עבור הקרנה חד-body.

מסקנה

טביעות אצבע מגנטיות מייצגות שינוי פרדיגמה באיכות דימות המבוססות על ניגודיות לאופייה כמותית, בפיסיקה מונחת פיזיקה (על ידי מינוף עקרונות של פיזיקה של התחדשות מגנטית כדי ליצור טביעות אצבע ייחודיות, MRF מספק במקביל T1, T2, ו-PD מפות לתוך רצף קצר, יחיד הנדסה (הטכניקה) כדי להפחית את היעילות, ומאפשר תובנות קליניות חדשות ב- MLTFCC, בעודותרפיה, להמשיך לפתח את האלגוריתם למידה, תוך שיפור יעילות, בעוד שעדיין לארמטית, ועדכונים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים של חומרת, בעוד שעדיין לאו של חומרת, אלגוריתמים מדויקים, אלגוריתמים, אלגוריתמים סטנדרטיים, אלגוריתמים של אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים סטנדרטיים מתקדמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים סטנדרטיים, אלגוריתמים סטנדרטיים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים סטנדרטיים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים,