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

Finansiellt stöd för denna forskning var förutsatt National Institutes of Health (NIH) och nationella institutet för Diabetes och mag- och njur sjukdomar (NIDDK) / NIH R01-DK-105371. Vi tackar Dr. Houchun (Harry) Hu för råd och förslag på fett vatten phantom skapandet.

1. Förbered arbetsstation och material
<ol><li>Följa alla laboratorium säkerhetsbestämmelser. Använd skyddsglasögon och skyddshandskar. Läs säkerhetsdatabladet för varje reagens används och ta lämpliga försiktighetsåtgärder. Granska material och utrustningslista, kemisk hantering och glasvaror försiktighetsåtgärder. Varning: Detta protokoll kräver användning av en kokplatta vid höga temperaturer. Försiktig och Använd värmebeständiga handskar när interagerar med varm behållare och rör inte ...

<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>

Vi beskriver en robust metod för att skapa fett vatten fantomer lämpar sig för att validera de medicinska avbildningstekniker som använts för att kvantifiera fettvävnad och triglycerider innehåll i vivo. Genom att skapa två reservoarer (en för oljelösningen) och en för vatten lösningen, konstruerades stabil fantomer med en mängd FF värden – inklusive värden som överstiger 50% – utan behov av dyr utrustning. Hög FF phantoms (> 50%) ger verktyget för att säkerställa avbildningstekniker för...

Intresset för kvantifiering av fettvävnad och triglycerid innehåll med avbildningsmetoder, såsom magnetisk resonanstomografi (MRT), sträcker sig över många områden. Forskningsområden är utredningen av vita och bruna fettvävnaden depåer och ektopisk lagring av lipid i organ och vävnader som lever1, bukspottkörteln2och skelettmuskel3. Eftersom dessa nya tekniker för fett kvantifiering utvecklas, behövs metoder för att bekräfta att imaging parametrar är giltiga för forskning och kliniska tillämpningar.
Fantomer, experimentell repliker av en vävnad eller organ, ger en låg kostnad, flexibla och kontrollerade verktyg att utveckla och validera imaging tekniker4. Specifikt, kan fantomer konstrueras för att bestå av fett och vatten i ett förhållande eller fett volymfraktion (FF) jämförbar med vävnaden i kliniska intresse. Kliniskt, FF värden i vävnader och organ kan variera: FF i Brun fettvävnad faller mellan 29,7% och 93,9%5. genomsnittliga levern FF steatos patienter är 18,1 ± 9,0%6. bukspottskörteln FF hos vuxna med risk för typ 2 diabetes varierar mellan 1,6% och 22,2%7. och i vissa fall av advance sjukdom, patienter med Duchennes muskeldystrofi kan ha FF värden av nästan 90% i vissa muskler8.
Eftersom icke-polära molekyler såsom lipider inte löser sig bra i lösningar som består av polära molekyler som vatten, förblir skapa stabila fantomer med ett högt mål FF utmanande. För FF upp till kan 50%, många befintliga metoder användas för att skapa fett vatten fantomer9,10,11,12. Andra metoder att uppnår högre FFs vanligtvis kräver dyr utrustning såsom en Homogenisatorer eller en ultraljud cell disruptor13,14. Även om dessa tekniker ger en färdplan för hög FF fantomer, begränsa produktionsutrustning begränsningar och varierande mängder av experimentella Detaljer ansträngningarna att skapa reproducerbar och robust fett vatten fantomer.
Bygga vidare på dessa tidigare tekniker, utvecklat vi en metod att konstruera kostnadseffektiva och stabila fett vatten fantomer över en anpassningsbar utbud av FF-värden. Detta protokolldetaljer de steg som behövs för att göra 5 x 100 mL fett fantomer med FF värdena på 0%, 25%, 50%, 75% och 100% med hjälp av en enda kokplatta. Det kan enkelt justeras för att skapa olika volymer (10 till 200 mL) och fett procentsatser (0 till 100%). Effekten av phantom tekniken utvärderades i genomförbarhet studie jämförde fett-vatten MRI FF värden målvärden FF i Byggyta phantoms.

<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

Som nya tekniker utvecklas till bild fettvävnad, blir metoder för att validera dessa protokoll allt viktigare. Fantomer, experimentell repliker av en vävnad eller ett organ av intresse, ger en låg kostnad, flexibel lösning. Dock utan tillgång till dyra och specialiserad utrustning, bygga stabila fantomer med hög fett fraktioner (t.ex., > 50% fettfraktionen nivåer som de sett i Brun fettvävnad) kan vara svårt på grund av lipider hydrofoba. Detta arbete presenterar en detaljerad, låg kostnad protokoll för att skapa 5 x 100 mL fantomer med fett fraktioner av 0%, 25%, 50%, 75% och 100% med hjälp av baslaboratoriet leveranser (kokplatta, bägare, osv.) och lättillgängliga komponenter (destillerat vatten, agar, vattenlösliga tensid, natriumbensoat, gadolinium-diethylenetriaminepentacetate (DTPA) kontrastmedel, jordnötsolja och oljelösliga tensid.) Protokollet var avsedd att vara flexibel. Det kan användas för att skapa fantomer med olika fat fraktioner och ett brett utbud av volymer. Fantomer som skapats med denna teknik utvärderades i den genomförbarhetsstudie som jämförde fettfraktionen värdena från fett-vatten magnetisk resonanstomografi målvärden i Byggyta phantoms. Denna studie gav en concordance korrelationskoefficient på 0.998 (95% konfidensintervall: 0.972-1,00). Sammanfattningsvis visar dessa studier nyttan av fett fantomer för validering av fettvävnad imaging tekniker på en rad kliniskt relevanta vävnader och organ.

Om vatten lösningen har upprättats korrekt, ska en liten mängd av lösningen stelna snabbt i en test injektionsflaska (figur 1, vänster). Om lösningen separerar (figur 1, höger), bör lösningen förberedas igen (enligt instruktionerna i steg 3.8 i protokollet). Om emulsionen separerar (se exempel i figur 2, vänster och höger), phantom är in...

Watch this Scientific Journal Video about Fat-Water Phantoms for Magnetic Resonance Imaging Validation: A Flexible and Scalable Protocol at JoVE.com

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

Syftet med detta arbete är att beskriva ett protokoll för att skapa en praktisk fett-vatten-fantom som kan anpassas för att producera fantomer med varierande fett procentsatser och volymer.

Fett-vatten fantomer för magnetisk resonanstomografi validering: en flexibel och skalbar protokoll

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

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

Magnetic Resonance Härledda Myocardial Sila Uppskattning med hjälp av funktionen Spåra

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 Kvantifiering av pulmonell perfusion med kalibrerad Arteriell Spin Labeling

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

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

Spårning bröst arkitektoniska särdrag och upptäcka bröstcancer med 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 ...

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

Kvantitativ Magnetic Resonance Imaging av skelettmuskulatur sjukdom

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

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Samtidig PET / MR Imaging Under Mouse Cerebral Hypoxi-ischemi

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

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

In vivo- spårning av ödemutveckling och mikrovaskulär patologi i en modell av experimentell cerebral malaria med användning av magnetisk resonansbildning

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla

Hjärt magnetisk resonanstomografi på 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 ...

Phase Contrast Magnetic Resonance Imaging in the Rat Common Carotid Artery

Magnetröntgen i fas kontrast i den gemensamma halspulsådern råtta

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

Quantification of Levator Ani Hiatus Enlargement by Magnetic Resonance Imaging in Males and Females with Pelvic Organ Prolapse

Kvantifiering av Levator Ani Hiatus utvidgningen av magnetisk resonanstomografi hos män och kvinnor med bukorganet framfall

Here we present a protocol to examine the levator ani hiatus in males and females with pelvic organ prolapse, during the Valsalva maneuver and while ...

Cardiac Magnetic Resonance for the Evaluation of Suspected Cardiac Thrombus: Conventional and Emerging Techniques

Hjärtmagnetisk resonans för utvärdering av misstänkt Hjärttromb: konventionell och framväxande teknik

We present the conventional cardiac magnetic resonance (CMR) protocol for evaluating a suspected thrombus and highlight emerging techniques.&#160;The ...