Name: fat-water phantoms for magnetic resonance imaging validation: a flexible and scalable protocol
Uploaded: 2018-09-07T13:45:00
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Soutien financier pour cette recherche a été pourvue le National Institutes of Health (NIH) et de l’Institut National du diabète et digestif Kidney Diseases (NIDDK) / NIH R01-DK-105371. Nous remercions Dr Houchun (Harry) Hu pour conseils et suggestions sur création fantôme de graisse de l’eau.

1. préparer le poste de travail et des matériaux
<ol><li>Respecter toutes les règles de sécurité de laboratoire. Porter des gants et des lunettes de protection. Lire la fiche signalétique pour chacun des réactifs utilisés et prendre les précautions appropriées. Examiner les matériaux et liste d’équipement, procédures de gestion des produits chimiques et verrerie précautions. ATTENTION : Ce protocole nécessite l’utilisation d’une plaque de cuisson à haute température. Soyez prudent et porter d...

<ol>
	<li>Franz, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Association+of+proton+density+fat+fraction+in+adipose+tissue+with+imaging-based+and+anthropometric+obesity+markers+in+adults.">Association of proton density fat fraction in adipose tissue with imaging-based and anthropometric obesity markers in adults.</a> Int J Obes. , 1-8 (2017).</li><li>Chai, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+chemical+shift+imaging+of+the+fat+content+of+the+pancreas+and+liver+of+patients+with+type+2+diabetes+mellitus.">MRI chemical shift imaging of the fat content of the pancreas and liver of patients with type 2 diabetes mellitus.</a> Exp Ther Med. 11 (2), 476-480 (2016).</li><li>Hogrel, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NMR+imaging+estimates+of+muscle+volume+and+intramuscular+fat+infiltration+in+the+thigh:+variations+with+muscle,+gender,+and+age.">NMR imaging estimates of muscle volume and intramuscular fat infiltration in the thigh: variations with muscle, gender, and age.</a> Age (Omaha). 37 (3), 1-11 (2015).</li><li>Hoskins, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+and+Validation+of+Arterial+Ultrasound+Imaging+and+Blood+Flow.">Simulation and Validation of Arterial Ultrasound Imaging and Blood Flow.</a> Ultrasound Med Biol. 34 (5), 693-717 (2008).</li><li>Hu, H. H., Perkins, T. G., Chia, J. M., Gilsanz, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+human+brown+adipose+tissue+by+chemical-shift+water-fat+MRI.">Characterization of human brown adipose tissue by chemical-shift water-fat MRI.</a> Am J Roentgenol. 200 (1), 177-183 (2013).</li><li>d'Assignies, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+quantitation+of+human+liver+steatosis+using+magnetic+resonance+and+bioassay+methods.">Noninvasive quantitation of human liver steatosis using magnetic resonance and bioassay methods.</a> Eur Radiol. 19 (8), 2033-2040 (2009).</li><li>Schwenzer, N. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+pancreatic+lipomatosis+and+liver+steatosis+by+MRI:+comparison+of+in/opposed-phase+and+spectral-spatial+excitation+techniques.">Quantification of pancreatic lipomatosis and liver steatosis by MRI: comparison of in/opposed-phase and spectral-spatial excitation techniques.</a> Invest Radiol. 43 (5), 330-337 (2008).</li><li>Wokke, B. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+MRI+and+strength+measurements+in+the+assessment+of+muscle+quality+in+Duchenne+muscular+dystrophy.">Quantitative MRI and strength measurements in the assessment of muscle quality in Duchenne muscular dystrophy.</a> Neuromuscul Disord. 24 (5), 409-416 (2014).</li><li>Fischer, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liver+Fat+Quantification+by+Dual-echo+MR+Imaging+Outperforms+Traditional+Histopathological+Analysis.">Liver Fat Quantification by Dual-echo MR Imaging Outperforms Traditional Histopathological Analysis.</a> Acad Radiol. 19 (10), 1208-1214 (2012).</li><li>Hayashi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Gd-EOB-DTPA+on+proton+density+fat+fraction+using+the+six-echo+Dixon+method+in+3+Tesla+magnetic+resonance+imaging.">Influence of Gd-EOB-DTPA on proton density fat fraction using the six-echo Dixon method in 3 Tesla magnetic resonance imaging.</a> Radiol Phys Technol. , (2017).</li><li>Hines, C. D. G., Yu, H., Shimakawa, A., McKenzie, C. A., Brittain, J. H., Reeder, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=T1+independent,+T2*+corrected+MRI+with+accurate+spectral+modeling+for+quantification+of+fat:+Validation+in+a+fat-water-SPIO+phantom.">T1 independent, T2* corrected MRI with accurate spectral modeling for quantification of fat: Validation in a fat-water-SPIO phantom.</a> J Magn Reson Imaging. 30 (5), 1215-1222 (2009).</li><li>Fukuzawa, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+six-point+modified+dixon+and+magnetic+resonance+spectroscopy+for+fat+quantification:+a+fat-water-iron+phantom+study.">Evaluation of six-point modified dixon and magnetic resonance spectroscopy for fat quantification: a fat-water-iron phantom study.</a> Radiol Phys Technol. , 1-10 (2017).</li><li>Bernard, C. P., Liney, G. P., Manton, D. J., Turnbull, L. W., Langton, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+fat+quantification+methods:+A+phantom+study+at+3.0T.">Comparison of fat quantification methods: A phantom study at 3.0T.</a> J Magn Reson Imaging. , (2008).</li><li>Poon, C., Szumowski, J., Plewes, D., Ashby, P., Henkelman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fat/Water+Quantitation+and+Differential+Relaxation+Time+Measurement+Using+Chemical+Shift+Imagin+Technique.">Fat/Water Quantitation and Differential Relaxation Time Measurement Using Chemical Shift Imagin Technique.</a> Magn Reson Imaging. 7 (4), 369-382 (1989).</li><li>Yu, H., Shimakawa, A., Mckenzie, C. a., Brodsky, E., Brittain, J. H., Reeder, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-Echo+Water-Fat+Separation+and+Simultaneous+R2*+Estimation+with+Multi-Frequency+Fat+Spectrum+Modeling.">Multi-Echo Water-Fat Separation and Simultaneous R2* Estimation with Multi-Frequency Fat Spectrum Modeling.</a> Spectrum. 60 (5), 1122-1134 (2011).</li><li>Peri, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The extra-virgin olive oil handbook. , (2014).</li><li>Kell, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Density,+Thermal+Expansivity,+and+Compressibility+of+Liquid+Water+from+0&#176;+to+150&#176;C:+Correlations+and+Tables+for+Atmospheric+Pressure+and+Saturation+Reviewed+and+Expressed+on+1968+Temperature+Scale.">Density, Thermal Expansivity, and Compressibility of Liquid Water from 0&#176; to 150&#176;C: Correlations and Tables for Atmospheric Pressure and Saturation Reviewed and Expressed on 1968 Temperature Scale.</a> J Chem Eng Data. 20 (1), 97-105 (1975).</li></ol>

Les auteurs décrivent une méthode robuste pour créer les eau graisse fantômes pouvant pour la validation des techniques d’imagerie médicale utilisés pour quantifier le tissu adipeux et triglycérides content in vivo. En créant deux réservoirs (un pour la solution de l’huile) et un pour la solution de l’eau, des fantômes stables avec une variété de valeurs FF, y compris les valeurs dépassant 50 %, ont été construits sans besoin de matériel coûteux. Fantômes de FF élevés (> 50 %) fournisse...

Intérêt pour quantifier le tissu adipeux et du contenu triglycérides des modalités d’imagerie, telles que l’imagerie par résonance magnétique (IRM), s’étend sur plusieurs domaines. Domaines de recherche comprennent l’étude des dépôts de tissus adipeux blanc et brun et ectopique stockage des lipides dans les organes et les tissus tels que le foie1, pancréas2et le muscle squelettique3. Comme ces nouvelles techniques de quantification adipeuse sont développés, méthodes sont nécessaires pour confirmer que les paramètres d’imagerie sont valides pour la recherche et applications cliniques.
Fantômes, répliques expérimentales d’un tissu ou un organe, fournissent un outil flexible et contrôlée de faible coût, pour développer et valider de techniques d’imagerie4. Plus précisément, fantômes peuvent être construits pour se composent de la graisse et l’eau dans un rapport ou la graisse fraction volumique (FF) comparable à celui du tissu d’intérêt clinique. Cliniquement, les valeurs de FF dans les tissus et organes peuvent varier considérablement : FF dans le tissu adipeux brun se situe entre 29,7 % et 93,9 %5; le foie moyen FF chez les patients de stéatose est de 9,0 % 18,1 ±6; le FF pancréatique chez les adultes à risque pour le type 2 diabète se situe entre 1,6 % et 22,2 %7; et dans certains cas de maladie avancée, patients atteints de dystrophie musculaire peuvent avoir des valeurs de la FF de près de 90 % dans certains muscles8.
Parce que les molécules non polaires tels que les lipides ne se dissolvent pas bien dans les solutions composés de molécules polaires tels que l’eau, créant des fantômes stables avec une cible haute FF reste difficile. Pour FF jusqu'à 50 %, nombreuses méthodes existantes peuvent servir à créer les eau graisse fantômes9,10,11,12. Autres méthodes qui atteignent FFs supérieurs généralement nécessitent des équipements coûteux comme un homogénéisateur ou une cellule ultrasonique disruptor13,14. Bien que ces techniques fournissent une feuille de route pour la hautes fantômes FF, contraintes d’équipement et des quantités variables de détails expérimentaux limitent les efforts déployés pour créer des fantômes d’eau graisse robuste et reproductible.
S’appuyant sur ces techniques précédentes, nous avons développé une méthode pour construire des fantômes les eau graisse stable et rentable à travers une valeurs de plage personnalisable de FF. Ce protocole détaille les étapes nécessaires pour faire 5 x 100 mL de graisses fantômes avec des valeurs de la FF de 0 %, 25 %, 50 %, 75 % et 100 % à l’aide d’une plaque unique. Il peut facilement être ajusté pour créer divers volumes (10 à 200 mL) et les pourcentages de graisse (0 à 100 %). L’efficacité de la technique du fantôme a été évaluée dans les valeurs de MRI FF faisabilité étude comparant graisse-eau pour les valeurs cibles de FF dans les fantômes construites.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Distilled Water</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B000P9BY38</td>
			<td>Base of water solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>A1296-100G</td>
			<td>Gelling agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water-Soluble Surfactant</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>P1379-500ML</td>
			<td>Surfactant/emulsifying agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gadolinium-DTPA Contrast Agent</td>
			<td>Bayer Healthcare</td>
			<td>50419-0188-01</td>
			<td>Magnetic Resonance Imaging Contrast Agent.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Benzoate</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>71300-250G</td>
			<td>Preservative</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peanut Oil</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>54782-LOU</td>
			<td>Base of oil solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oil-Soluble Surfactant</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>S6760-250ML</td>
			<td>Surfactant/emulsifying agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hotplate w/ Stirrer</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>07-770-152</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stir bars (Egg-Shaped)</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>Z127116-1EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>400 mL Beaker</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>CLS1003400-48EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>250 mL Erlenmeyer Flask</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>CLS4450250-6EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25 mL Glass Volumetric Pipette</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-650-2P</td>
			<td>Quantity = 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL Glass Volumetric Pipette</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-650-2S</td>
			<td>Quantity = 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>75 mL Glass Volumetric Pipette</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-650-2T</td>
			<td>Quantity = 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3.0 mL Syringe</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>Z248002-1PAK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.0 mL Syringe</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>Z230723-1PAK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatula</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>S3897-1EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scale (100g X 0.01g Resolution)</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>AWS-100-BLK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Weigh Boats</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>Z740499-500EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>120 mL Glass Jars</td>
			<td>McMaster Carr Supply Co</td>
			<td>3801T73</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heat Resistant Gloves (pair)</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B075GX43MN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Needles</td>
			<td>Sigma Aldrich Incorporated</td>
			<td>Z192341-100EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>18&#34; stir bar retriver</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-513-70</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 Dram Clear Glass Vial</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>03-339-25B</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fat-water phantoms for magnetic resonance imaging validation: a flexible and scalable protocol

Comme les nouvelles techniques sont développées à l’image du tissu adipeux, les méthodes pour valider ces protocoles gagnent en importance. Fantômes, répliques expérimentales d’un tissu ou un organe d’intérêt, offrent une solution économique et flexible. Cependant, n’ayant pas accès à l’équipement coûteux et spécialisé, construction stables fantômes avec des fractions de matières grasses élevées (p. ex.., > niveaux 50 % fraction gras tels que ceux observés dans le tissu adipeux brun) peut s’avérer difficile en raison du caractère hydrophobe des lipides. Cet ouvrage présente un protocole détaillé, à faible coût pour la création de fantômes de 5 x 100 mL avec des fractions de matières grasses de 0 %, 25 %, 50 %, 75 % et 100 % à l’aide de fournitures de laboratoire de base (plaque chauffante, gobelets, etc.) et des composants facilement accessibles (eau distillée, agar, soluble dans l’eau agent tensio-actif, benzoate de sodium, agent de contraste gadolinium-diethylenetriaminepentacetate (DTPA), huile d’arachide et liposolubles agent tensio-actif). Le protocole a été conçu pour être flexible ; Il peut être utilisé pour créer des fantômes avec différentes fractions de matières grasses et un large éventail de volumes. Fantômes créées avec cette technique ont été évalués dans l’étude de faisabilité qui a comparé les valeurs de grosse fraction de graisse-eau résonance magnétique aux valeurs cibles dans les fantômes de construit. Cette étude a donné un coefficient de corrélation de concordance de 0,998 (intervalle de confiance à 95 % : 0.972-1,00). En résumé, ces études démontrent l’utilité de graisses fantômes pour la validation de tissu adipeux, techniques d’imagerie dans un éventail de tissus cliniquement pertinentes et les organes.

Si la solution de l’eau a été établie correctement, une petite quantité de la solution doit se figer rapidement dans un flacon d’essai (Figure 1, gauche). Si la solution sépare (Figure 1, droite), la solution doit être préparée à nouveau (en suivant les instructions à l’étape 3.8 du protocole). Si l’émulsion sépare (exemples dans la Figure 2, <st...

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Fat-Water Phantoms for Magnetic Resonance Imaging Validation: A Flexible and Scalable Protocol

Le but de ce travail est de décrire un protocole pour la création d’un fantôme de graisse-eau pratique qui peut être personnalisé pour produire les fantômes avec différents pourcentages de matières grasses et des volumes.

Phantoms de graisse-eau pour la Validation de l’imagerie par résonance magnétique : un protocole Flexible et évolutif

As new techniques are developed to image adipose tissue, methods to validate such protocols are becoming increasingly important. Phantoms, experimental ...

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