Name: fat-water phantoms for magnetic resonance imaging validation: a flexible and scalable protocol
Uploaded: 2018-09-07T13:45:00
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Apoyo financiero para esta investigación fue proporcionada a los institutos nacionales de salud (NIH) e Instituto Nacional de Diabetes y digestivo y enfermedades del riñón (NIDDK) / NIH R01-DK-105371. Agradecemos a Dr. Houchun (Harry) Hu para consejos y sugerencias sobre creación fantasma agua grasa.

1. prepare el sitio de trabajo y materiales
<ol><li>Cumplir todas las normas de seguridad del laboratorio. Use guantes y protección para los ojos. Lea la hoja de datos material de seguridad para cada uno de los reactivos utilizados y tomar las precauciones apropiadas. Revisar los materiales y lista de equipo, procedimientos químicos y precauciones de cristalería. PRECAUCIÓN: Este protocolo requiere el uso de una placa caliente a altas temperaturas. Tenga cuidado y use guantes resistentes al calor cuando interact...

<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>

Se describe un método robusto para crear fantasmas de grasa agua conveniente para la validación de las técnicas de imagen médicas utilizadas para cuantificar el tejido adiposo y triglicéridos contenidos en vivo. Creando dos embalses (uno para la solución de aceite) y otro para la solución de agua, se construyeron fantasmas estables con una variedad de los valores de FF, incluidos los valores superiores al 50%, sin necesidad de equipo costoso. Fantasmas de FF alta (> 50%) ofrecen la utilidad de las técnic...

Interés en la cuantificación de tejido adiposo y triglicéridos el contenido mediante modalidades de imágenes, tales como la proyección de imagen de resonancia magnética (MRI), extiende a través de muchos campos. Áreas de investigación incluyen la investigación de los depósitos de tejido adiposo blanco y marrón y ectópico almacenamiento de lípidos en órganos y tejidos como hígado1,2de páncreas y músculo esquelético3. Desarrollo de estas nuevas técnicas para la cuantificación de grasa, se necesitan métodos para confirmar que los parámetros de proyección de imagen son válidos para la investigación y aplicaciones clínicas.
Fantasmas, réplicas experimentales de un tejido u órgano, proporcionar una herramienta de bajo costo, flexible y controlada para desarrollar y validar técnicas imagen4. Específicamente, los fantasmas pueden construirse consisten en grasa y agua en una proporción o grasa fracción de volumen (FF) comparable a la del tejido de interés clínico. Clínico, los valores de FF en tejidos y órganos pueden variar ampliamente: FF en tejido adiposo marrón cae entre 29,7% y 93.9%5; el hígado promedio FF en pacientes esteatosis es 18,1 ± 9.0%6; el FF pancreático en adultos en riesgo de rangos de diabetes tipo 2 entre 1,6% y 22,2%7; y en algunos casos de enfermedad avanzada, los pacientes con distrofia muscular de Duchenne pueden tener valores FF de casi el 90% en algunos músculos8.
Porque las moléculas no polares como lípidos no se disuelven bien en soluciones compuestas por moléculas polares como el agua, creando fantasmas estables con un alto objetivo FF sigue siendo desafiante. Para FF hasta 50%, muchos métodos existentes pueden utilizarse para crear agua grasa fantasmas9,10,11,12. Otros métodos que logran mayor FFs generalmente requieren equipo costoso como un homogeneizador o una célula ultrasónica disruptor13,14. Aunque estas técnicas proporcionan una hoja de ruta para alta fantasmas de FF, las limitaciones de equipo y cantidades variables de datos experimentales limitan los esfuerzos para crear fantasmas de agua grasa reproducible y robusto.
Basándose en estas técnicas anteriores, se desarrolló un método para la construcción de fantasmas agua grasa estable y rentable a través de un valores personalizables gama de FF. Este protocolo detalla los pasos necesarios para completar 5 x 100 mL de grasa fantasmas con valores FF de 0%, 25%, 50%, 75% y 100% con una sola placa. Puede ajustarse fácilmente para crear varios volúmenes (10 a 200 mL) y porcentajes de grasa (0 a 100%). Se evaluó la eficacia de la técnica de fantasmas de la factibilidad estudio comparando agua grasa MRI FF valores que los valores objetivo de FF en los fantasmas construidos.

<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

Desarrollo de nuevas técnicas de imagen del tejido adiposo, métodos para validar tales protocolos son cada vez más importantes. Fantasmas, réplicas experimentales de un tejido u órgano de interés, proporcionar una solución de bajo costo, flexible. Sin embargo, sin acceso a los equipos caros y especializados, construcción de fantasmas estables con altas fracciones de grasa (por ej., > niveles de 50% fracción de grasa tales como ésos vistos en tejido adiposo marrón) puede ser difícil debido a la naturaleza hidrofóbica de los lípidos. Este trabajo presenta un protocolo detallado y de bajo costo para crear fantasmas 5 x 100 mL con fracciones de grasa de 0%, 25%, 50%, 75% y 100% con componentes fácilmente accesibles (agua destilada, agar, soluble en agua y suministros de laboratorio básico (placa, vasos de precipitado, etcetera.) surfactante, benzoato de sodio, agente de contraste gadolinio-diethylenetriaminepentacetate (DTPA), aceite de cacahuete y surfactante soluble en aceite). El protocolo fue diseñado para ser flexible; puede ser utilizado para crear fantasmas con diferentes fracciones de grasas y una amplia gama de volúmenes. Fantasmas creados con esta técnica se evaluaron en el estudio de viabilidad que en comparación con los valores de la fracción grasa de grasa agua magnética resonancia a los valores de destino de los fantasmas construidos. Este estudio produjo un coeficiente de correlación concordancia de 0.998 (intervalo de confianza del 95%: 1.00 0.972). En Resumen, estos estudios demuestran la utilidad de grasa fantasmas para la validación de técnicas de imagen en una variedad de órganos y tejidos clínicamente relevantes del tejido adiposo.

Si la solución del agua ha sido preparada correctamente, una pequeña cantidad de la solución debe congelar rápidamente en un frasco de prueba (figura 1, izquierda). Si la solución separa (figura 1, derecha), la solución se prepara otra vez (como se indica en el paso 3.8 del Protocolo). Si la emulsión separa (ejemplos en la figura 2, izquierda ...

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

El propósito de este trabajo es describir un protocolo para la creación de un fantasma de grasa agua práctico que puede personalizarse para producir fantasmas con diferentes porcentajes de grasa y volumen.

Fantasmas la grasa del agua para la validación de la proyección de imagen de resonancia magnética: un protocolo Flexible y escalable

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

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