Elastografie magnetickou rezonancí - Magnetic resonance elastography

Elastografie magnetickou rezonancí
Elastografie magnetickou rezonancí mozku. A T1 vážený anatomický obraz je zobrazen vlevo nahoře a odpovídající T2 vážené obrázek z dat MRE je zobrazen vlevo dole. Vlnový obraz použitý k vytvoření elastogramu je zobrazen vpravo nahoře a výsledný elastogram je vpravo dole.
Účel	měří mechanické vlastnosti měkkých tkání

Elastografie magnetickou rezonancí (MRE) je neinvazivní lékařské zobrazování technika, která měří ztuhlost tvorby měkkých tkání smykové vlny v tkáni, zobrazování jejich šíření pomocí MRI a zpracování obrázků pro generování mapy tuhosti (elastogram).^[1] Je to jeden z nejčastěji používaných elastografie techniky.^[2]

MRE poprvé popsali Muthupillai et al. v roce 1995.^[3] Protože nemocné tkáně jsou často tužší než okolní normální tkáň, bylo k vizualizaci různých chorobných procesů, které ovlivňují ztuhlost tkáně v játra, prsa, mozek, srdce, a kosterní sval.^[1][4] Například, nádory prsu jsou mnohem tvrdší než zdravá fibroglandulární tkáň.^[5] MRE je podobný palpace; zatímco palpace je kvalitativní technika prováděná lékaři, MRE je kvantitativní technika prováděná s a radiolog.^[1]

Mechanika měkkých tkání

MRE kvantitativně určuje tuhost biologických tkání měřením její mechanické reakce na vnější stres.^[4] Konkrétně MRE vypočítá tažný modul tkáně z měření posunu smykových vln.^[3] Modul pružnosti kvantifikuje tuhost materiálu nebo to, jak dobře odolává elastické deformaci při působení síly. U elastických materiálů je přetvoření přímo úměrné napětí v elastické oblasti. Modul pružnosti je považován za konstantu proporcionality mezi napětím a přetažením v této oblasti. Na rozdíl od čistě elastických materiálů biologické tkáně jsou viskoelastický, což znamená, že má vlastnosti elastických pevných látek i viskózních kapalin. Jejich mechanické reakce závisí na velikosti aplikovaného napětí i na rychlosti deformace. Křivka napětí-deformace pro viskoelastický materiál vykazuje hystereze. Oblast hysterezní smyčky představuje množství energie ztracené jako teplo, když viskoelastický materiál podléhá aplikovanému napětí a je zdeformován. U těchto materiálů je modul pružnosti složitý a lze jej rozdělit na dvě složky: modul úložiště a modul ztráty. Skladovací modul vyjadřuje příspěvek pružného chování pevné látky, zatímco ztrátový modul vyjadřuje příspěvek chování viskózní kapaliny. Naopak elastické materiály vykazují čistou pevnou odezvu. Při použití síly tyto materiály pružně ukládají a uvolňují energii, což nevede ke ztrátám energie ve formě tepla.^[6]

Přesto MRE a další zobrazovací techniky elastografie obvykle využívají odhad mechanických parametrů, který předpokládá, že biologické tkáně jsou pro účely jednoduchosti lineárně elastické a izotropní.^[1] Efektivní modul smyku ${displaystyle mu}$ lze vyjádřit následující rovnicí:

${displaystyle mu = E / [2 (1 + u)]}$

kde ${displaystyle E}$ je modul pružnosti materiálu a ${displaystyle u}$ je Poissonův poměr.

Poissonův poměr pro měkké tkáně je přibližně roven 0,5, což vede k poměru mezi modulem pružnosti a modulem smyku rovným 3.^[7] Tento vztah lze použít k odhadu tuhosti biologických tkání na základě vypočítaného modulu smyku z měření šíření smykových vln. Řídicí systém produkuje a přenáší akustické vlny nastavené na konkrétní frekvenci (50–500 Hz) do vzorku tkáně. Na těchto frekvencích může být rychlost smykových vln asi 1–10 m / s.^[8][9] Efektivní modul smyku lze vypočítat z rychlosti smykových vln následujícím způsobem:^[10]

${displaystyle mu = ho {v_ {s}} ^ {2}}$

kde ${displaystyle ho}$ je hustota tkání a ${displaystyle v_ {s}}$ je rychlost smykových vln.

Nedávné studie byly zaměřeny na začlenění odhadů mechanických parametrů do inverzních algoritmů po zpracování, které zohledňují komplexní viskoelastické chování měkkých tkání. Vytvoření nových parametrů by mohlo potenciálně zvýšit specificitu měření MRE a diagnostických testů.^[11][12]

Aplikace

Játra

Játra fibróza je častým výsledkem mnoha chronická onemocnění jater; progresivní fibróza může vést k cirhóza. MRE jater poskytuje kvantitativní mapy ztuhlosti tkáně ve velkých oblastech jater. Tato neinvazivní technika je schopna detekovat zvýšenou tuhost jater parenchyma, což je přímý důsledek jaterní fibrózy. Pomáhá stanovit fibrózu jater nebo diagnostikovat mírnou fibrózu s přiměřenou přesností.^{[13][14][12][15]}

Mozek

MRE mozku byl poprvé představen na počátku 2000s.^[16][17] Měření elastogramu byly korelovány s paměťovými úkoly,^[18] fitness opatření,^[19] a progresi různých neurodegenerativních stavů. Například u regionů byl pozorován regionální a globální pokles viskoelasticity mozku Alzheimerova choroba^[20][21] a roztroušená skleróza.^[22][23] Bylo zjištěno, že jak mozek stárne, ztrácí své viskoelastický integrita v důsledku degenerace neurony a oligodendrocyty.^[24][25] Nedávná studie zkoumala izotropní i anizotropní ztuhlost mozku a zjistila korelaci mezi těmito dvěma a s věkem, zejména v šedé hmotě.^[26]

MRE může mít také aplikace pro pochopení puberťák mozek. Nedávno bylo zjištěno, že dospívající mají regionální rozdíly ve viskoelasticitě mozku ve srovnání s dospělými.^[27][28]

MRE byl také aplikován na funkční neuroimaging. Zatímco funkční magnetická rezonance (fMRI) odvozuje mozkovou aktivitu detekcí relativně pomalých změn v průtoku krve, funkční MRE je schopen detekovat neuromechanické změny v mozku související s neuronální aktivitou vyskytující se na stupnici 100 milisekund.^[29]

Viz také

• Kmenově kódované zobrazování magnetickou rezonancí

Reference