Name: quantitative magnetic resonance imaging of skeletal muscle disease
Uploaded: 2016-12-18T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease at JoVE.com

We acknowledge grant support from the National Institutes of Health: NIH/NIAMS R01 AR050101 (BMD), NIH/NIAMS R01 AR057091 (BMD/JHP), NIH/NIBEB K25 EB013659 (RDD), and the Vanderbilt CTSA award RR024975. We also thank the reviewers for the comments and the subject for participating in these studies.

LET OP: De lezer wordt eraan herinnerd dat alle onderzoek met mensen door de lokale Institutional Review Board (IRB) moet worden goedgekeurd voor het gebruik van proefpersonen in het onderzoek. Onderzoek deelnemers moeten worden geïnformeerd over het doel, de procedures, de risico&#39;s en voordelen van het voorgestelde onderzoek; de beschikbaarheid van alternatieve behandelingen of procedures; de beschikbaarheid van de vergoeding; en van hun recht op privacy en om hun toestemming in te trekken en te staken hun deelname. Voorafgaand aan de...

Spierziekten zoals de spierdystrofieën en idiopathische inflammatoire myopathieën uitmaken van de groep van ziekten die heterogene in etiologie en als individuele entiteiten, zeldzaam in de incidentie zijn. Bijvoorbeeld, Duchenne spierdystrofie - de meest voorkomende vorm van spierdystrofie - heeft een incidentie van 1 op de 3500 levend mannelijke geboortes 37,38; dermatomyositis, waarop dit protocol is toegepast, heeft een incidentie van 1 op 100.000 39. De hogere collectieve incidentie van deze...

Kwantitatieve magnetische resonantie beeldvorming (qMRI) beschrijft de ontwikkeling en toepassing van MRI fysische, chemische kwantificeren en / of biologische eigenschappen van levende systemen. QMRI vereist dat men een biofysische model voor het systeem, dat bestaat uit het weefsel van de rente en een MRI-pulssequentie te nemen. De pulssequentie is bedoeld om de foto-signaal intensiteiten sensibiliseren voor de van interesse zijnde parameter in het model. MRI-signaal eigenschappen (signaal magnitude, frequentie en / of fase) worden gemeten en geanalyseerd volgens het model. Het doel is om een ​​onpartijdige, kwantitatieve schatting van een fysische of biologische parameter die continu verdeeld, fysieke meeteenheden te produceren. Vaak zijn de vergelijkingen die het systeem geanalyseerd en gemonteerd op een pixel voor pixel basis het produceren van een beeld waarvan de pixelwaarden de waarde van de variabele directe weergave. Zo&#39;n beeld wordt aangeduid als een parametrische kaart. Een gemeenschappelijk gebruik van qMRI is de development en de toepassing van biomarkers. Biomarkers kunnen worden gebruikt om een ​​ziektemechanisme onderzoeken stellen van een diagnose, prognose te bepalen, en / of een therapeutische reactie te evalueren. Zij kunnen de vorm aannemen van de concentraties of activiteiten van endogene en exogene moleculen, een histologisch monster, een fysieke hoeveelheid, of een interne opname te maken. Enkele algemene eisen van biomarkers zijn dat zij objectief gezien een continu verdeelde variabele meten met behulp van fysische meeteenheden; hebben een duidelijke, goed begrepen relatie met de pathologie van belang; zijn gevoelig voor verbetering en verslechtering van de klinische toestand; en kan worden gemeten met geschikte nauwkeurigheid en precisie. Niet-invasieve of minimaal invasieve biomarkers bijzonder gewenst mocht bevorderen patiëntcomfort en minimaal verstoren de pathologie van belang. Een doelpunt voor het ontwikkelen van image-based biomarkers voor spierziekte is spierziekte op een manier die complementar weerspiegeleny, specifieker dan meer ruimtelijk selectief dan, en / of minder invasief dan bestaande methoden. Een bijzonder voordeel van qMRI hierbij is dat het de mogelijkheid om meerdere soorten informatie integreren en dus potentieel karakteriseren vele aspecten van het ziekteproces. Dit vermogen is zeer belangrijk in spierziekten, die vaak vertonen een ruimtelijk variabele complexe pathologie die ontsteking, necrose en / of atrofie met vetvervanger, fibrose, verstoring van de myofilament rooster ( &quot;Z-disk streaming&quot;) en membraanschade omvat . Een ander voordeel van qMRI methodes is dat kwalitatieve of semi-kwantitatieve beschrijvingen van-contrast op basis van MR-beelden weer te geven niet alleen de pathologie, maar ook verschillen in beeldopname parameters, hardware en menselijke perceptie. Een voorbeeld van dit laatste punt werd gedemonstreerd door Wokke et al., Die aantoonde dat semi-kwantitatieve evaluatie van vetinfiltratie zijn zeer variabel en vaak onjuist, wkip in vergelijking met kwantitatieve vet / water MRI (FWMRI) 1. Het protocol hier beschreven omvat pulssequenties voor het meten van de longitudinale (T 1) en transversale (T2) relaxatietijd constanten, kwantitatieve magnetisatie overdracht (QMT) parameters, water diffusie coëfficiënten gebruikmakend van diffusie tensor MRI (DT-MRI), en spieren structuur met behulp van structurele beelden en FWMRI. T 1 wordt gemeten met een inversie herstel sequentie, waarbij de netto magnetisatie vector wordt omgekeerd en de grootte wordt bemonsterd als het systeem terug naar evenwicht. T 2 wordt gemeten door herhaaldelijk heroriënteren dwarsmagnetisatie behulp van een trein van pulsen heroriëntatie, zoals de Carr-Purcell Meiboom-Gill (CPMG) methode, en bemonstering van de resulterende spin-echo. T 1 en T2 gegevens kunnen worden geanalyseerd met niet-lineaire curve-fitting methoden die uitgaan van een aantal Exponential componenten a priori (gewoonlijk één tot drie) of met een inverse lineaire benadering waarin de waargenomen data past op de som van een groot aantal rottende exponentiële resulteert in een spectrum van signaalamplitudes. Deze benadering vereist een niet-negatieve kleinste kwadraten (NNLS) 3 oplossing, en omvat typisch bijkomende regularisatie stabiele resultaten. T 1 en T2 metingen zijn op grote schaal gebruikt voor spierziekten en schade 4-9 bestuderen. 1 T-waarden worden gewoonlijk afgenomen vet geïnfiltreerde gebieden van spieren en verhoogd in ontstoken gebieden 4-6; T2-waarden worden verhoogd in zowel vet geïnfiltreerd en ontstoken gebieden 10. QMT-MRI is kenmerkend voor de gratis water en solid-achtige macromoleculaire proton zwembaden in de weefsels door het schatten van de verhouding van macromoleculaire om gratis water protonen (de grootte van het zwembad ratio, PSR); de intrinsieke relaxatie tarieven van deze zwembaden; en de wisselkoersen tussen hen. Common QMT benaderingen omvatten gepulseerde verzadiging 11 en selectieve inversie herstel 12,13 methoden. De onderstaande protocol beschrijft het gebruik van gepulseerde verzadiging benadering, waarin ruime lijnbreedte van de macromoleculaire proton signaal ten opzichte van de smalle lijnbreedte van het water proton signaal exploiteert. Door het verzadigen van de macromoleculaire signaal bij resonantiefrequenties voldoende van het watersignaal wordt het watersignaal verlaagd als gevolg van magnetisatie overdracht tussen de vaste en vrije waterproton zwembaden. De gegevens worden geanalyseerd met een kwantitatieve biofysische model. QMT is ontwikkeld en toegepast bij gezonde spieren 14,15, en een recente abstracte verscheen beschrijft de uitvoering ervan in spierziekte 16. QMT is gebruikt om kleine diermodellen van spierontsteking bestuderen, waarbij is aangetoond dat ontsteking vermindert de PSR 17. Aangezien MTweerspiegelt zowel macromoleculaire en water inhoud, kan MT data ook nadenken fibrose 18,19. DT-MRI wordt gebruikt om het anisotrope diffusie gedrag van watermoleculen in weefsels van geordende, langgerekte cellen te kwantificeren. In DT-MRI wordt het water diffusie gemeten in zes of meer verschillende richtingen; Deze signalen worden vervolgens aan een tensor model 20. De diffusie tensor, D, is gediagonaliseerd drie eigenwaarden (waarin de drie voornaamste diffusiviteiten zijn) en drie eigenvectoren (waarvan de richting overeenkomt met de drie diffusiecoëfficiënten geven) te verkrijgen. Deze en andere kwantitatieve indices afgeleid van D geven informatie over weefselstructuur en oriëntatie op een microscopisch niveau. De diffusie-eigenschappen van de spieren, met name de derde eigenwaarde van D en de mate van diffusie anisotropie weerspiegelen spierontsteking 17 en spierschade door experimentele letsel 21, strain injury 22, en de ziekte van 23,24. Andere mogelijke invloeden op de diffusie-eigenschappen van de spier in verandering celdiameter 25 en membraanpermeabiliteit veranderingen. Tenslotte spieratrofie, zonder of zonder macroscopische doorregen, is een pathologisch bestanddeel van vele spierziekten. Spieratrofie kan worden beoordeeld aan de hand van structurele beelden spier doorsnede of volume en FW-MRI meten vettige infiltratie te evalueren. Vetinfiltratie kan kwalitatief worden beschreven in T1 - en T2-gewogen afbeeldingen 26, maar vet en water signalen meet u door het vormen van beelden die de verschillende resonantiefrequenties van vet en water protonen 27-29 benutten. Kwantitatieve vet / water beeldvormende werkwijzen zijn toegepast spierziekten zoals spierdystrofie 1,30,31, en kan het verlies van beweeglijkheid bij deze patiënten 31 voorspellen. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; De qMRI protocol hier beschreven maakt gebruik van al deze metingen te karakteriseren spier voorwaarde in de auto-immune inflammatoire myopathieën dermatomyositis (DM) en polymyositis (PM). Verdere details van het protocol, met inbegrip van de reproduceerbaarheid, in het verleden 32 gepubliceerd. Het protocol bevat standaard pulssequenties evenals radiofrequentie (RF) en magnetisch veld gradiënt objecten specifiek op onze systemen geprogrammeerd. De auteurs verwachten dat het protocol ook bij andere neuromusculaire aandoeningen gekenmerkt door spieratrofie, ontsteking en vetinfiltratie toepassing (zoals spierdystrofieën).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="942">
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:329px;">Name of Reagent/ Equipment</td>
			<td style="width:327px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:329px;">3T human MRI system</td>
			<td style="width:327px;">Philips Medical Systems (Best, the Netherlands)</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Achieva/Intera</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:329px;">Cardiac phased array receive coil</td>
			<td style="width:327px;">Philips Medical Systems</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:329px;">Pillows, straps, bolsters, and other positioning devices</td>
			<td style="width:327px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:329px;">Computer with MATLAB software</td>
			<td style="width:327px;">The Mathworks, Inc (Natick, MA)</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>r. 2014</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantitative magnetic resonance imaging of skeletal muscle disease

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of living systems. Neuromuscular diseases often exhibit a temporally varying, spatially heterogeneous, and multi-faceted pathology. The goal of this protocol is to characterize this pathology using qMRI methods. The MRI acquisition protocol begins with localizer images (used to locate the position of the body and tissue of interest within the MRI system), quality control measurements of relevant magnetic field distributions, and structural imaging for general anatomical characterization. The qMRI portion of the protocol includes measurements of the longitudinal and transverse relaxation time constants (T1 and T2, respectively). Also acquired are diffusion-tensor MRI data, in which water diffusivity is measured and used to infer pathological processes such as edema. Quantitative magnetization transfer imaging is used to characterize the relative tissue content of macromolecular and free water protons. Lastly, fat-water MRI methods are used to characterize fibro-adipose tissue replacement of muscle. In addition to describing the data acquisition and analysis procedures, this paper also discusses the potential problems associated with these methods, the analysis and interpretation of the data, MRI safety, and strategies for artifact reduction and protocol optimization.

Figuur 1 toont representatieve axiale anatomische beelden die op het midden van de dij van een patiënt met polymyositis. Ook getoond is de locatie van de in het vlak projectie van het vulstuk volume. Representatieve parameter kaarten voor elke qMRI methode, allemaal afkomstig van dezelfde patiënt, zijn voorzien van de figuren 2-7. Figuren 2A en 2B tonen de ?...

Watch this Scientific Journal Video about Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease at JoVE.com

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

Neuromusculaire aandoeningen vertonen vaak een tijdelijk wisselend, ruimtelijk heterogene en veelzijdige pathologie. Het doel van dit protocol is om deze pathologie niet-invasieve magnetische resonantie beeldvorming te karakteriseren.

Quantitative Magnetic Resonance Imaging van de skeletspieren Disease

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

Magnetic Resonance Afgeleide myocard Strain Assessment Met behulp van functie Tracking

Purpose: An accurate and practical method to measure parameters like strain in myocardial tissue is of great clinical value, since it has been shown, that ...

Magnetic Resonance Imaging Quantification of Pulmonary Perfusion using Calibrated Arterial Spin Labeling

Magnetic Resonance Imaging Kwantificering van pulmonale perfusie met geijkte Arterial Spin Labeling

This demonstrates a MR imaging method to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow in healthy subjects 
during normoxia (inspired O2, ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in the Analysis of Neurodegenerative Diseases

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in de analyse van neurodegeneratieve ziekten

Diffusion tensor imaging (DTI) techniques provide information on the microstructural processes of the cerebral white matter (WM) in vivo. The present ...

Tracking the Mammary Architectural Features and Detecting Breast Cancer with Magnetic Resonance Diffusion Tensor Imaging

Het volgen van de Mammary architectonische kenmerken en het opsporen van borstkanker met Magnetic Resonance Diffusion Tensor Imaging

Breast cancer is the most common cause of cancer among women worldwide. Early detection of breast cancer has a critical role in improving the quality of ...

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Gelijktijdige PET / MRI beeldvorming Tijdens Mouse Cerebral hypoxie-ischemie

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

Fosfor-31 magnetische resonantie spectroscopie: een instrument voor het meten<em&gt; In Vivo</em&gt; Mitochondrial Oxydatieve Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle

Skeletal muscle mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) capacity, which is critically important in health and disease, can be measured in vivo ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla

Cardiale magnetische resonantie beeldvorming bij 7 Tesla

CMR at an ultra-high field (magnetic field strength B0&#160;&#8805; 7 Tesla) benefits from the signal-to-noise ratio (SNR) advantage inherent at higher ...

In Vivo Morphometric Analysis of Human Cranial Nerves Using Magnetic Resonance Imaging in Meni&#232;re's Disease Ears and Normal Hearing Ears

In Vivo Morphometric Analysis of Human Cranial Nerves Using Magnetic Resonance Imaging in MeniÃƒÆ’Ã†'Ãƒâ€šÃ‚Â¨re's Disease Ears and Normal Hearing Ears

In Vivo Morfometrische analyse van menselijke craniale zenuwen met behulp van magnetische resonantie beeldvorming in Menière de ziekte oren en normaal gehoor oren

Analysis of neural structures in Meni&#232;re's Disease (MD) is of importance, since a loss of such structures has previously been proposed for this ...

Phase Contrast Magnetic Resonance Imaging in the Rat Common Carotid Artery

Fase Contrast magnetische resonantie beeldvorming in de gemeenschappelijke halsslagader Rat

Phase contrast magnetic resonance imaging (PC-MRI) is a noninvasive approach that can quantify flow-related parameters such as blood flow. Previous ...

Skeletal Muscle Neurovascular Coupling, Oxidative Capacity, and Microvascular Function with 'One Stop Shop' Near-infrared Spectroscopy

Skeletal Muscle neurovasculaire koppeling, oxidatieve capaciteit en microvasculaire functie met 'One Stop Shop' nabij-infrarood spectroscopie

Exercise represents a major hemodynamic stress that demands a highly coordinated neurovascular response in order to match oxygen delivery to metabolic ...