磁気共鳴画像検証用脂肪水ファントム: 柔軟でスケーラブルなプロトコル

要約

この作業の目的は、実用的な脂肪水ファントム ファントム脂肪をさまざまな割合とボリュームを生成するカスタマイズすることができますを作成するためのプロトコルを記述するためです。

要約

画像脂肪組織に新しい技術を開発すると、そのようなプロトコルの検証を行うメソッドがますます重要になっています。ファントム、組織や臓器、目的の実験的レプリカは、低コスト、柔軟なソリューションを提供します。しかし、高価で特殊な機器へのアクセス、なし高脂肪分数で安定したファントムを構築 (e.g。、> 褐色脂肪組織に見られるものなど 50% 脂肪率レベル) 脂質の疎水性性質のために困難にすることができます。この作業は、0%、25%、50%、75%、100% の基本的な実験室の供給(ホット プレート、ビーカーなど)と簡単にアクセスできるコンポーネント (蒸留水、寒天、水溶性を使用しての脂肪の分数の 5 x 100 mL ファントムを作成するため、低コストで詳細なプロトコルを示す界面活性剤、安息香酸ナトリウム、ガドリニウム-diethylenetriaminepentacetate (DTPA) 造影剤、ピーナッツ油、油溶性界面活性剤)。プロトコルに柔軟に対応する設計されましたそれは脂肪質の異なる画分とボリュームの広い範囲でファントムを作成する使用できます。この手法で作成したファントムは、構築されたファントムのターゲット値に脂肪水磁気共鳴イメージングから脂肪の割合の値を比較した検討で評価しました。今回得られた一致の相関係数は 0.998 (95% 信頼区間: 0.972 1.00)。要約すると、これらの研究は、脂肪ファントム脂肪組織が臨床的に関連する組織や臓器の範囲にわたってイメージング技術を検証するためのユーティリティを示します。

概要

脂肪とトリグリセライドの磁気共鳴画像 (MRI) などの画像診断装置を用いた定量化に興味は多方面にわたってあります。研究分野は、臓器や組織など肝¹膵臓の²、および骨格筋³に白と茶色の脂肪組織の貯蔵庫の調査および脂質の異所性ストレージをなど。脂肪の定量化のためのこれらの新規技術を開発すると、撮像パラメーターが研究および臨床応用に有効であることを確認する方法が必要です。

ファントム、組織や臓器の実験的レプリカ開発し、イメージングのテクニック⁴を検証する低コスト、柔軟性、および制御ツールを提供します。具体的には、脂肪から成り、水比または脂肪体積 (FF) 臨床興味の組織のそれに匹敵するファントムを構築できます。組織や臓器での FF の値が大きく異なることが臨床的に: 褐色脂肪組織での FF が 29.7%、93.9⁵; の間滝平均肝脂肪変性患者で FF は 18.1 ± 9.0⁶;1.6% 22.2⁷と 2 型糖尿病の範囲のリスクで成人の膵 FFあらかじめ病気のいくつかのケースでデュシェンヌ型筋ジストロフィー患者はいくつかの筋肉の⁸FF のほぼ 90% の値を持つことができます。

水などの極性分子から成るソリューションでよく脂質など非極性分子が溶解しない、ために、やりがいのまま高い目標 FF で安定したファントムを作成します。FF までの 50% 多くの既存のメソッド使用できます脂肪水ファントム^9,10、11,12を作成します。通常高い FFs を達成する他の方法には、高価な機器、ホモジナイザー、超音波細胞攪乱^13,14などが必要があります。これらの技法は、高い FF ファントムのためのロードマップを提供、機器の制約と実験方法の変化量制限再現性と堅牢な脂肪水ファントムを作成するための努力。

これらの前の技術を踏まえ、カスタマイズ可能な FF の範囲の値にわたって低コストで安定した脂肪水ファントムを作成する方法を開発しました。このプロトコルの詳細 0%、25%、50%、75%、100% の単一のホット プレートを使用しての FF 値と脂肪のファントムの 5 x 100 mL を作るために必要な手順を実行します。また、さまざまなボリューム (10 に 200 mL) と脂肪の割合 (0 ~ 100%) を作成する簡単に調整できます。ファントムの手法の有効性は、実現可能性研究比較脂肪水 MRI FF 値、ターゲット FF 構築されたファントムで評価した.

プロトコル

1. ワークステーションと材料を準備します。

1. すべての研究室の安全規則に従います。目の保護と手袋を着用します。読み取り化学物質安全性データ シート各試薬の使用し、適切な予防策を講じる。材料と機器リスト、化学処理手順、およびガラス製品の注意事項を確認してください。
   注意: このプロトコルには、高温ホット プレートの使用が必要です。注意を使用し、コンテナーをホットとやり取りし、ホット プレートの表面には触れないで耐熱手袋を着用します。
2. ワークスペースをオフし、消毒剤で表面をきれいします。手を洗うし、グローブを着用してください。
3. すべての楽器と幻の長寿の増加汚染の潜在的な危険性を減らすためにすべてのガラス瓶の内側を殺菌します。
   注: ファントムが数日間以上使用する場合、細菌の増殖を防ぐためにエタノールと完成したファントムの表面を定期的にクリーンアップします。

2. 水ソリューションを準備します。

1. 水ソリューションのワークスペースを準備します。ベンチに次の材料および装置の位置: シリンダー、400 mL ビーカー、攪拌棒、スケール、2 x の重さの船、へら、2 x 1.0 mL 注射器針、蒸留水、ガドリニウム-diethylenetriaminepentacetate (DTPA) 造影剤を卒業水溶性界面活性剤、寒天、安息香酸ナトリウム。
   注: または針なし注射器は使用できます。ただし、針を使用してと、測定精度を向上させるため、内容は、水や油のソリューションに追加されているときにスプラッタを防ぐを助けます。
2. 400 mL のビーカーに攪拌棒を配置します。100 や 200 mL のメスシリンダーのシリンダーを使用して 300 mL の蒸留水を測定し、ビーカーに水を注ぐ。ホット プレートにビーカーを置き、攪拌速度 100 rpm の 90 ° C に設定します。
   注意: 高温は、迅速な結果を達成するためにこのプロトコルで使用されます。解決策は、時間の長い期間、ホット プレートに残っていない、ため、ホット プレートの温度設定はソリューションの温度を反映しません。
3. 校正スケールを使用して重量を量るボートに安息香酸ナトリウムの 0.30 g を測定します。安息香酸ナトリウムを水のソリューションに追加します。
4. 注射器を使用すると、水溶性の界面活性剤の 0.6 mL を測定します。空気の泡がないことを確認してください。ソリューションの中心に数ミリの針を押し、ビーカーの壁にスプラッタを避けるために水溶性の界面活性剤をゆっくりと解放します。
5. 清潔なシリンジ、ガドリニウム DTPA 造影剤の 0.24 mL を測定します。ステップ 2.4 と同じ方法を使用して、ビーカーにそれを追加します。
   メモ: ガドリニウム DTPA は興味のティッシュに匹敵する幻の MRI リラクゼーション プロパティを調整する使用されます。読者は、興味の組織の緩和特性に合わせて追加したガドリニウム DTPA のボリュームを調整できます。
6. 重量を量るボートに寒天の 9.0 g を測定します。ゆっくりと水をビーカーにヘラで寒天をスプーンします。
7. すべてが水ソリューションに追加されて、ホット プレートの温度を 350 ° C 増加し、バーの寒天を溶かすための 5-10 分のための 1100 の rpm に速度をかき混ぜます。
   1. 寒天が溶けているかどうかを確認するには、簡単に水のソリューションをホット プレートから削除、攪拌を停止し、ソリューションの色をチェックします。クリア (のぼりまたは塊)、黄色またはオレンジ色で、溶けた寒天はする必要があります。
8. 寒天が完全に溶けるが、一度注射器を使用したり、小さなバイアルに水ソリューションの約 3.5 mL を注ぐ。テスト ソリューションが設定されていない、5-10 分後分離寒天は溶けていません。350 ° C に戻るホット プレートの温度を高め、ソリューションを加熱を続けます。
9. 正しくテスト バイアル セットで水ソリューションまで 2.8 のステップを繰り返します。
10. 50 ° C、100 rpm でホット プレートに水ソリューションを残します。作業スペースをきれいにし油液の準備します。
    1. ベンチから以下の資料を削除: スケール、重量を量るボート、ヘラ、針 (使用) 2 x 1.0 mL 注射器、蒸留水、ガドリニウム DTPA 造影剤、水溶性界面活性剤、寒天、安息香酸ナトリウム × 2。
    2. ベンチに次の材料および装置の位置: 400 mL ビーカー (クリーン)、撹拌 (クリーン)、2.0 mL 注射器針、ピーナッツ油、油溶性界面活性剤。

3. 油剤

1. きれいな 400 mL ビーカーに新しい攪拌棒を配置します。卒業シリンダーを使用して 300 mL のピーナッツ オイルを測定し、ビーカーに注ぐ。ビーカーの水溶液を含むを削除し、ホット プレートに油ソリューション ビーカーを置きます。1 分 100 rpm の攪拌速度 90 ° C に設定します。
   注:¹⁵ひと脂肪組織でトリグリセリドと比較して同じような核磁気共鳴スペクトルをもっているために、ピーナッツ油が使用されます。
   1. 放置しないでください、オイル、ホット プレートで。油が熱くなりすぎた、煙を開始、ホット プレートからそれを削除し、ホット プレートに油を返す前に温度を下げます。
2. 清潔なシリンジと油溶性の界面活性剤の 3.0 mL を測定します。手順 2.4 で説明した同じ技術を使用して、油溶性の界面活性剤をビーカーに加えます。150 ° C と 1100 rpm 5 分油液を完全に混合するために、ホット プレートを設定します。
3. ホット プレートに油液を取るし、ファントムを作成する下準備としてワークスペースをクリーンアップします。
   1. ベンチから以下の資料を削除: 2.0 mL 注射器針 (使用)、ピーナッツ油、油溶性界面活性剤。
   2. ベンチに次の材料および装置の位置: 250 mL 三角フラスコ、攪拌バー (きれいな)、体積のピペット、ピペット ホルダー、5 × 120 mL ガラス瓶。

4. 幻のエマルジョンを作成します。

1. 水と油のソリューションの体積のピペットを準備します。ピペットは、クロス汚染を防ぐために彼らのそれぞれのソリューションのみ使用ください。
   1. ピペットのプロトコルで使用されているボリュームのサイズに合わせて。たとえば、2 x 50 mL 体積ピペット (50 mL 水溶液 + 50 mL 油液) ターゲット 50% 脂肪の FF で 100 mL のファントムを作成するを使用します。
2. ホット プレートに水ソリューションを配置し、ホット プレートを 300 ° C から 1100 rpm に設定します。4-5 分後、撹拌機をオフにします。
3. ホール ピペットを使用して、部分的にソリューションの少量 (5-10 mL) でピペットを充填し、ビーカーに戻って解放によって水ソリューションを抽出の準備ができてが確認してください。水ソリューションを簡単に削除されてし、ピペットで過度の残りなしでリリースすることができます、それ以外の場合、次のステップに移動、ホット プレートにままにして 2 〜 3 分にもう一度チェックします。
   注: 水ソリューションのコンポーネントは、攪拌および/またはできるだけ頻繁に暖かい水のソリューションを保持することをお勧めしますので設定し、分離することになりやすい。水溶液が加温され、転送する前に攪拌された場合、それは非常に冷却凝固に寒天の傾向のための量を正確に測定することは困難になります。
4. 250 mL 三角フラスコにきれいな攪拌棒を慎重に追加します。ホット プレートに水溶液を取り出して適切な量 (表 2) 測定エルレンマイヤー フラスコに転送。
5. ホット プレートに油液を配置し、90 ° C で設定 1100 rpm 均一、ソリューションにします。1-2 分後、ホット プレートから油液を削除し、三角フラスコを置き換えます。
6. 油液 (表 2) の適切な量を測定し、ゆっくりエルレンマイヤー フラスコの水のソリューションに追加します。
7. すべての油液を追加すると、300 ° C まで温度が上昇し、1100 rpm で攪拌を維持します。4-5 分 (攪拌棒から渦があるはず) のソリューションの組み合わせをかき混ぜます。乳剤は白、クリーミーな質感とする必要があります。
8. 電磁攪拌バー レトリーバーを使用して攪拌棒を削除します。
   注: すべての将来エマルジョンから攪拌バーを削除する攪拌バー レトリーバーを使用ください。それぞれの使用の間に徹底的にきれい。
9. 耐熱手袋を使用すると、慎重に三角フラスコでクリーン 120 mL ガラス瓶に混合物を注ぐ。ゆっくりとそれを冷却、混合物中の気泡を防ぐためにガラス瓶の側面の下混合物を注ぐ。
10. きれいな三角フラスコと攪拌棒、手順 4.2-4.8 すべてファントムが作成されるまで、水と油のソリューションの量を調整することを繰り返します。
    注: クリーニングの前にガラスがクールになっていることを確認します。

結果

水ソリューションを正しく準備されている場合、ソリューションの少量はテスト バイアル (図 1、左) ですぐに凝固する必要があります。ソリューションは、(図 1右) を分離している場合、ソリューションを (プロトコルの 3.8 ステップの手順に従って)、再度準備されるべき。エマルジョンを分離 (?...

ディスカッション

脂肪組織およびトリグリセリドのコンテンツで生体を定量化するために使用の医療画像技術の検証に適した脂肪水ファントムを作成する手法について述べる.2 つの貯水池 (油液と水のソリューションの 1 つ) を作成すると、FF の値が-50% を超える値を含む-の様々 な安定したファントムは、高価な機器を必要とせず建設されました。高い FF ファントム (> 50%) 脂肪の定量化のためのイメー?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Distilled Water	Amazon	B000P9BY38	Base of water solution
Agar	Sigma Aldrich Incorporated	A1296-100G	Gelling agent
Water-Soluble Surfactant	Sigma Aldrich Incorporated	P1379-500ML	Surfactant/emulsifying agent
Gadolinium-DTPA Contrast Agent	Bayer Healthcare	50419-0188-01	Magnetic Resonance Imaging Contrast Agent.
Sodium Benzoate	Sigma Aldrich Incorporated	71300-250G	Preservative
Peanut Oil	Amazon	54782-LOU	Base of oil solution
Oil-Soluble Surfactant	Sigma Aldrich Incorporated	S6760-250ML	Surfactant/emulsifying agent
Hotplate w/ Stirrer	Fisher Scientific	07-770-152
Stir bars (Egg-Shaped)	Sigma Aldrich Incorporated	Z127116-1EA
400 mL Beaker	Sigma Aldrich Incorporated	CLS1003400-48EA
250 mL Erlenmeyer Flask	Sigma Aldrich Incorporated	CLS4450250-6EA
25 mL Glass Volumetric Pipette	Fisher Scientific	13-650-2P	Quantity = 2
50 mL Glass Volumetric Pipette	Fisher Scientific	13-650-2S	Quantity = 2
75 mL Glass Volumetric Pipette	Fisher Scientific	13-650-2T	Quantity = 2
3.0 mL Syringe	Sigma Aldrich Incorporated	Z248002-1PAK
1.0 mL Syringe	Sigma Aldrich Incorporated	Z230723-1PAK
Spatula	Sigma Aldrich Incorporated	S3897-1EA
Scale (100g X 0.01g Resolution)	Amazon	AWS-100-BLK
Weigh Boats	Sigma Aldrich Incorporated	Z740499-500EA
120 mL Glass Jars	McMaster Carr Supply Co	3801T73
Heat Resistant Gloves (pair)	Amazon	B075GX43MN
Syringe Needles	Sigma Aldrich Incorporated	Z192341-100EA
18" stir bar retriver	Fisher Scientific	14-513-70
1 Dram Clear Glass Vial	Fisher Scientific	03-339-25B