Định lượng H217O bằng hình ảnh 1H-MR ở 3 T: một nghiên cứu khả thi

Springer Science and Business Media LLC - Tập 5 - Trang 1-9 - 2021
Luis Martí-Bonmatí1, Alejandro Rodríguez-Ortega1, Amadeo Ten-Esteve1, Ángel Alberich-Bayarri1,2, Bernardo Celda3, Eduardo Ferrer4
1Biomedical Imaging Research Group (GIBI230) at La Fe Health Research Institute and Imaging La Fe node at Distributed Network for Biomedical Imaging (ReDIB) Unique Scientific and Technical Infrastructures (ICTS), La Fe University and Polytechnic Hospital, Valencia, Spain
2Quantitative Imaging Biomarkers in Medicine (QUIBIM SL), Valencia, Spain
3Physical Chemistry Department, University of Valencia, Valencia, Spain
4Radiotherapy Department, Hospital Clínico Universitario, Valencia, Spain

Tóm tắt

Hình ảnh cộng hưởng từ (MR) 1H gián tiếp của nước gắn nhãn 17O cho phép hình ảnh hóa những thay đổi động học trong sự phân chia nước trong cơ thể sống. Mục tiêu của chúng tôi là mô tả tính khả thi của các phương pháp MR 1H gián tiếp để đánh giá ảnh hưởng của H217O lên các tỷ lệ hồi phục MR bằng cách sử dụng thiết bị 3-T thông thường và các tỷ lệ hồi phục theo voxel. Hình ảnh MR đã được sử dụng để tính toán các tỷ lệ hồi phục R1, R2 và R2* trong các mô hình (19 lọ với nồng độ H217O khác nhau, dao động từ 0,039 đến 5,5%). Sau đó, một nghiên cứu thí nghiệm trên động vật (8 con chuột) đã được thiết kế để đánh giá những thay đổi động học R2 tương đối trong não liên quan đến việc tiêm tĩnh mạch nước gắn nhãn 17O ở chuột. Không có sự thay đổi đáng kể nào đối với các giá trị R1 và R2* từ các mô hình. Giá trị R2 đạt được với chuỗi T2-weighted turbo spin-echo với khoảng thời gian hồi âm 20 ms cho thấy sự khác biệt thống kê cao hơn (0.67 s−1, khoảng interquartile 0.34, p < 0.001) và tương quan Spearman (rho 0.79). Sự gia tăng R2 được điều chỉnh theo một đường thẳng giữa 0,25 và 5,5%, được đại diện bằng phương trình R2 = 0.405 nồng độ + 0.3215. Sự khác biệt đáng kể nhất được ghi nhận cho các nồng độ cao hơn (3,1–5,5%). Thí nghiệm MR trên não chuột cho thấy sự thay đổi trung bình 10% trong giá trị R2 sau khi tiêm H217O với sự bình thường hóa tiến triển. Phương pháp hình ảnh MR 1H gián tiếp có khả năng đo nồng độ H217O bằng việc sử dụng các giá trị R2 và thiết bị MR 3-T thông thường. Sự thay đổi động học R2 tương đối đã được bình thường hóa sau khi tiêm tĩnh mạch dung dịch saline H217O mở ra cơ hội độc đáo để lập bản đồ sinh lý bệnh nước trong cơ thể sống, mở ra việc phân tích trạng thái và sự thay đổi của aquaporins do bệnh tật tại các máy quét MR proton 3-T có sẵn lâm sàng.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Hoffmann SH, Begovatz P, Nagel AM, et al (2011) A measurement setup for direct 17O MRI at 7 T. Magn Reson Med 66:1109–1115. https://doi.org/10.1002/mrm.22871 Alder F, Yu FC (1951) On the spin and magnetic moment of O17. Phys Rev. 81:1067–1068. https://doi.org/10.1103/PhysRev.81.1067 Zhu XH, Zhang N, Zhang Y, Zhang X, Ugurbil K, Chen W (2005) In vivo 17O NMR approaches for brain study at high field. NMR Biomed 18:83–103. https://doi.org/10.1002/nbm.930 Gordji-Nejad A, Möllenhoff K, Oros-Peusquens AM, Pillai DR, Shah NJ (2014) Characterizing cerebral oxygen metabolism employing oxygen-17 MRI/MRS at high fields. MAGMA 27:81–93. https://doi.org/10.1007/s10334-013-0413-4 Zhang N, Zhu XH, Lei H, Ugurbil K, Chen W (2004) Simplified methods for calculating cerebral metabolic rate of oxygen based on 17O magnetic resonance spectroscopic imaging measurement during a short 17O2 inhalation. J Cereb Blood Flow Metab 24:840–848. https://doi.org/10.1097/01.WCB.0000125885.54676.82 Mellon EA, Beesam RS, Elliott MA, Reddy R (2010) Mapping of cerebral oxidative metabolism with MRI. Proc Natl Acad Sci U S A 107:11787–11792. https://doi.org/10.1073/pnas.1006951107 Kurzhunov D, Borowiak R, Reisert M, Joachim Krafft A, Caglar Özen A, Bock M (2017) 3D CMRO2 mapping in human brain with direct 17O MRI: comparison of conventional and proton-constrained reconstructions. Neuroimage 155:612–624. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.05.029 Möllenhoff K (2016) Novel methods for the detection of functional brain activity using 17O MRI. PhD Université de Liège, Liège. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.4077.9127 Paech D, Nagel AM, Schultheiss MN, et al (2020) Quantitative dynamic oxygen 17 MRI at 7.0 T for the cerebral oxygen metabolism in glioma. Radiology 295:181–189. https://doi.org/10.1148/radiol.2020191711 Ronen I, Merkle H, Ugurbil K, Navon G (1998) Imaging of H217O distribution in the brain of a live rat by using proton-detected 17O MRI. Proc Natl Acad Sci U S A 95:12934–12939. https://doi.org/10.1073/pnas.95.22.12934 Taoka T, Naganawa S (2020) Glymphatic imaging using MRI. J Magn Reson Imaging 51:11–24. https://doi.org/10.1002/jmri.26892 Kudo K, Harada T, Kameda H, et al (2018) Indirect MRI of 17O-labeled water using steady-state sequences: signal simulation and preclinical experiment. J Magn Reson Imaging 47:1373–1379. https://doi.org/10.1002/jmri.25848 Ronen I, Navon G (1994) A new method for proton detection of H217O with potential applications for functional MRI. Magn Reson Med 32:789–793. https://doi.org/10.1002/mrm.1910320616 Kudo K, Harada T, Kameda H, et al (2018b) Indirect proton MR imaging and kinetic analysis of 17O-labeled water tracer in the brain. Magn Reson Med Sci 17:223–230. https://doi.org/10.2463/mrms.mp.2017-0094 Tamma G, Valenti G, Grossini E, et al (2018) Aquaporin membrane channels in oxidative stress, cell signaling, and aging: recent advances and research trends. Oxid Med Cell Longev 2018:1501847–1501814. https://doi.org/10.1155/2018/1501847 Dajani S, Saripalli A, Sharma-Walia N (2018) Water transport proteins–aquaporins (AQPs) in cancer biology. Oncotarget 9:36392–36405. https://doi.org/10.18632/oncotarget.26351 Fram EK, Herfkens RJ, Johnson GA, et al (1987) Rapid calculation of T1 using variable flip angle gradient refocused imaging. Magn Reson Imaging 5:201–208. https://doi.org/10.1016/0730-725X(87)90021-X Fatemi Y, Danyali H, Helfroush MS, Amiri H (2020) Fast T2 mapping using multi-echo spin-echo MRI: a linear order approach. Magn Reson Med 84:2815–2830. https://doi.org/10.1002/mrm.28309 Hopkins AL, Barr RG (1987) Oxygen-17 compounds as potential NMR T2 contrast agents: enrichment effects of H217O on protein solutions and living tissues. Magn Reson Med 4:399–403. https://doi.org/10.1002/mrm.1910040413 Hopkins AL, Haacke EM, Tkach J, Barr RG, Bratton CB (1988) Improved sensitivity of proton MR to oxygen-17 as a contrast agent using fast imaging: detection in brain. Magn Reson Med 7:222–229. https://doi.org/10.1002/mrm.1910070210 Kwong KK, Hopkins AL, Belliveau JW, et al (1991) Proton NMR imaging of cerebral blood flow using H217O. Magn Reson Med 22:154–158. https://doi.org/10.1002/mrm.1910220116 Tailor DR, Poptani H, Glickson JD, Leigh JS, Reddy R (2003) High-resolution assessment of blood flow in murine RIF-1 tumors by monitoring uptake of H217O with proton T(1rho)-weighted imaging. Magn Reson Med 49:1–6. https://doi.org/10.1002/mrm.10375 Tailor DR, Roy A, Regatte RR, et al (2003) Indirect 17O-magnetic resonance imaging of cerebral blood flow in the rat. Magn Reson Med 49:479–487. https://doi.org/10.1002/mrm.10403 Theodorou V, Skobridis K, Alivertis D, Gerothanassis IP (2014) Synthetic methodologies in organic chemistry involving incorporation of [17 O] and [18 O] isotopes. J Label Compd Radiopharm 57:481–508. https://doi.org/10.1002/jlcr.3212 Azad AK, Raihan T, Ahmed J, Hakim A, Emon TH, Chowdhury PA (2021) Human aquaporins: functional diversity and potential roles in infectious and non-infectious diseases. Front Genet 12:654865. https://doi.org/10.3389/fgene.2021.654865
Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Tập 5

1-9

Thông tin tác giả