Name: fat-water phantoms for magnetic resonance imaging validation: a flexible and scalable protocol
Uploaded: 2018-09-07T13:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fat-Water Phantoms for Magnetic Resonance Imaging Validation: A Flexible and Scalable Protocol at JoVE.com

Sostegno finanziario per questa ricerca è stata fornita il National Institutes of Health (NIH) e Istituto nazionale di diabete e digestivo e malattie renali (NIDDK) / NIH R01-DK-105371. Grazie Dr. Houchun (Harry) Hu per consigli e suggerimenti su creazione fantasma acqua grassa.

1. preparare le Workstation e i materiali
<ol><li>Rispettare tutte le regole di sicurezza di laboratorio. Indossare guanti e occhiali di protezione. Leggi il foglio di dati materiale di sicurezza per ciascuno dei reagenti utilizzati e prendere le opportune precauzioni. Esaminare i materiali ed elenco delle attrezzature, procedure di manipolazione di prodotti chimici e cristalleria precauzioni. Attenzione: Questo protocollo richiede l'uso di una piastra riscaldante a temperature elevate. Usare cautela e indossare gua...

<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. 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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>

Descriviamo un metodo affidabile per creare fantasmi acqua grasso adatto per convalidare le tecniche di imaging mediche utilizzate per quantificare il contenuto del trigliceride e del tessuto adiposo in vivo. Creando due serbatoi (uno per la soluzione di olio) e uno per la soluzione di acqua, fantasmi stabili con una varietà di valori FF – compresi i valori superiori al 50% – sono stati costruiti senza bisogno di costose attrezzature. Fantasmi di FF alti (> 50%) forniscono l'utilità affinché le tecniche d...

Interesse nella quantificazione del tessuto adiposo e trigliceridi contenuti utilizzando modalità di imaging, come la formazione immagine a risonanza magnetica (MRI), si estende in molti campi. Aree di ricerca includono l'indagine dei depositi di tessuto adiposo bianco e Bruno e deposito ectopico del lipido in organi e tessuti quali il fegato1, pancreas2e muscolo scheletrico3. Queste nuove tecniche per la quantificazione adiposi sono sviluppati, i metodi sono necessari per confermare che parametri di imaging sono validi per la ricerca e applicazioni cliniche.
Fantasmi, repliche sperimentali di un tessuto o organo, fornire uno strumento di basso costo, flessibile e controllato per sviluppare e validare imaging tecniche4. In particolare, i fantasmi possono essere costruiti per consistono di grasso e acqua in un rapporto o grasso frazione di volume (FF) paragonabile a quella del tessuto di interesse clinico. Clinicamente, i valori di FF in tessuti e organi possono variare ampiamente: FF in tessuto adiposo marrone cade tra il 29,7% e 93,9%5; il fegato medio FF in pazienti di steatosi è 18,1 ± 9,0%6; la FF del pancreas negli adulti a rischio per le gamme di diabete di tipo 2 tra 1,6% e 22,2%7; e in alcuni casi della malattia avanzata, pazienti con distrofia muscolare di Duchenne possono avere valori di FF di quasi il 90% in alcuni muscoli8.
Perché le molecole non polari quali i lipidi non si dissolvono bene in soluzioni composte da molecole polari come l'acqua, creando fantasmi stabili con un target alto FF rimane impegnativo. Per FF fino al 50%, molti metodi esistenti possono essere utilizzati per creare acqua grasso fantasmi9,10,11,12. Altri metodi che ottenere maggiore FFs in genere richiedono attrezzature costose come un omogeneizzatore o una cella ultrasonica disruptor13,14. Anche se queste tecniche forniscono una tabella di marcia per alti fantasmi di FF, vincoli di attrezzature e diverse quantità di dettagli sperimentali limitare gli sforzi per creare fantasmi acqua grasso riproducibile e robusto.
Sulla base di queste tecniche precedenti, abbiamo sviluppato un metodo per costruire fantasmi acqua grassa conveniente e stabile attraverso un valori di gamma personalizzabile di FF. Questo protocollo dettagli i passaggi necessari per fare 5 x 100 mL di grassi fantasmi con valori FF di 0%, 25%, 50%, 75% e 100% utilizzando una singola piastra. Può essere regolato facilmente per creare vari volumi (10-200 mL) e percentuale di grasso (da 0 a 100%). L'efficacia della tecnica fantasma è stata valutata in valori MRI FF di fattibilità Studio confrontando grasso-acqua ai valori obiettivo FF nei fantasmi costruiti.

<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

Mentre al tessuto adiposo immagine vengono sviluppate nuove tecniche, metodi per convalidare tali protocolli stanno diventando sempre più importante. Fantasmi, repliche sperimentali di un tessuto o organo di interesse, fornire una soluzione a basso costo, flessibile. Tuttavia, senza accesso ad attrezzature costose e specializzate, costruzione stabili fantasmi con alte frazioni di grasso (ad es., > livelli 50% frazione grassa come quelli visti in tessuto adiposo marrone) può essere difficile dovuto la natura idrofobica dei lipidi. Questo lavoro presenta un protocollo dettagliato, a basso costo per la creazione di fantasmi di 5 x 100 mL con grasse frazioni di 0%, 25%, 50%, 75% e 100% utilizzando componenti facilmente accessibili (acqua distillata, agar, solubile in acqua e forniture di base del laboratorio (piastra, bicchieri, ecc.) tensioattivo, benzoato di sodio, agente di contrasto gadolinio-diethylenetriaminepentacetate (DTPA), olio di arachidi e tensioattivo solubile nell'olio). Il protocollo è stato progettato per essere flessibile; può essere utilizzato per creare fantasmi con diverse frazioni di grasso e una vasta gamma di volumi. Fantasmi creati con questa tecnica sono stati valutati nello studio di fattibilità che rispetto i valori di frazione grassa da imaging a risonanza magnetica di grasso-acqua per i valori di destinazione nei fantasmi costruiti. Questo studio ha prodotto un coefficiente di correlazione concordanza di 0,998 (intervallo di confidenza 95%: 0,972-1.00). In sintesi, questi studi dimostrano l'utilità dei fantasmi di grasso per la convalida di tessuto adiposo, tecniche di imaging in tutta una gamma di organi e tessuti clinicamente rilevanti.

Se la soluzione dell'acqua è stata preparata correttamente, una piccola quantità della soluzione dovrebbe congelare rapidamente in una fiala di test (Figura 1, sinistra). Se la soluzione separa (Figura 1, destra), la soluzione deve essere preparata nuovamente (come indicato nel passaggio 3.8 del protocollo). Se l'emulsione separa (esempi in Figura 2, sinist...

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

Lo scopo di questo lavoro è di descrivere un protocollo per la creazione di un pratico grasso-acqua fantasma che possa essere personalizzato per produrre fantasmi con percentuali variabili di grasso e volumi.

Fantasmi di grasso-acqua per la convalida di risonanza magnetica: un protocollo flessibile e scalabile

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

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