Fattibilità della mappatura quantitativa della suscettibilità (QSM) del rene umano

Per ulteriori informazioni:ali.ma@wecistanche.com

Eric Bechler1 · Julia Stabinska1 · Thomas Thiel1 · Jonas Jasse1 · Romans Zukovs2 · Birte Valentin1 · Hans‑Jörg Wittsack1 · Alexandra Ljimani1

Astratto

Obiettivo Valutare la fattibilità di in-vivomappatura della suscettibilità quantitativa(QSM) dell'essere umanorene.

Metodi Una sequenza 3D multi-eco assiale a respiro singolo (tempo di acquisizione 33 s) è stata completata su uno scanner 3 T-MRI (Magnetom Prisma, Siemens Healthineers, Erlangen, Germania) in 19 volontari sani. È stato eseguito lo scarto basato sul taglio del grafico combinato con l'approccio T2*-IDEAL per rimuovere lo spostamento chimico del grasso e quantificare il QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità)dell'addome superiore. Valori medi di suscettibilità dell'intera corteccia renale e del midollo in entrambirenie il fegato sono stati determinati e confrontati. Cinque soggetti sono stati misurati due volte per esaminare la riproducibilità. Un paziente con graverenalela fibrosi è stata inclusa nello studio per valutare la potenziale rilevanza clinica del QSM.

Risultati QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) ha avuto successo in 17 volontari e pazienti con fibrosi renale. Le strutture anatomiche nell'addome erano chiaramente distinguibili dal QSM ei valori di suscettibilità ottenuti nel fegato erano paragonabili a quelli trovati in letteratura. I risultati hanno mostrato una buona riproducibilità. Inoltre, la mediarenaleValori QSM ottenuti in volontari sani ({{0}}.04±0.07 ppm per il destro e − 0.06±0.19 ppm per il sinistrorene) erano sostanzialmente superiori a quelli misurati nel fibrotico studiatorene(− {{0}}.43±− 0,02 ppm).

Conclusione QSM dell'essere umanorenepotrebbe essere un approccio promettente per la valutazione delle informazioni sulla struttura del tessuto renale microscopico. Pertanto, potrebbe migliorare ulteriormente l'imaging RM renale funzionale.

Parole chiave Mappatura quantitativa della suscettibilità · RenaleMRI · Imaging renale funzionale

introduzione

Negli ultimi anni, c'è stato un crescente interesse di ricerca nel funzionalerenalerisonanza magnetica. Diversi studi precedenti hanno dimostrato il grande potenziale dei biomarcatori MRI per la caratterizzazione di diversi processi patologici coinvolti nella progressione dimalattia renale cronica(CKD) [1–3]. Un segno istologico di insufficienza renale cronica e una delle principali cause di progressiva perdita della funzione renale nella fibrosi interstiziale renale. Pertanto, il grado di fibrosi interstiziale nel tessuto renale è un indicatore importante nella determinazione della reversibilità didanno ai reni. Finora, l'unico strumento clinico affidabile per valutare il grado di fibrosi tubulo-interstiziale è la biopsia renale. Poiché questa procedura diagnostica è invasiva, compromessa da bias di campionamento e non ripetibile arbitrariamente [4, 5], è altamente desiderabile una modalità di imaging non invasiva in grado di valutare accuratamente il grado di fibrosi interstiziale renale.

Mappatura quantitativa della suscettibilità(QSM) è una nuova tecnica di risonanza magnetica, che utilizza immagini di fase per produrre un elevato contrasto strutturale e informazioni quantitative sulla suscettibilità magnetica del tessuto [6–9]. In studi precedenti, il QSM è sensibile ai cambiamenti nella microstruttura dei tessuti o nella composizione chimica [10-12] ed è, quindi, un approccio promettente e non invasivo per la valutazione direnalefibrosi interstiziale [13]

Finora, il QSM è stato utilizzato principalmente per misurare i depositi patologici nei gangli della base in varie malattie neurologiche o come biomarcatore di imaging del sovraccarico di ferro epatico [14-17]. Studi più recenti su modelli animali hanno esplorato il potenziale di valutazione del QSMrenalemicrostruttura [13, 18, 19]. In particolare, Xi et al. [13] hanno dimostrato la sensibilità del QSM nel rilevare la patologia causata da infiammazione renale e fibrosi nei topi. Tuttavia, per quanto ne sappiamo, non è stato condotto uno studio adeguato in vivo per mappare la suscettibilità nell'hrene umano.

QSM addominale (mappatura quantitativa della suscettibilità) è considerato tecnicamente impegnativo. In primo luogo, il movimento respiratorio degli organi addominali superiori porta a un contrasto strutturale limitato e a valori di suscettibilità sottostimati [17]. In secondo luogo, la presenza di grasso addominale ha un impatto negativo sulla stima della mappa del campo B0, che è un passaggio critico nell'algoritmo QSM [17, 20]. In terzo luogo, le grandi variazioni di suscettibilità attorno alle interfacce aria-tessuto causano gravi artefatti di striature e quindi mappe QSM errate [21]. Inoltre, come mostrato in un precedente studio di simulazione preliminare del nostro gruppo di studio [22], l'accuratezza della mappa di suscettibilità addominale è fortemente influenzata dalla fase di elaborazione della fase, incluso lo scarto e la rimozione del campo di fondo.

Il presente lavoro mirava a valutare la fattibilità dell'esecuzione in vivo del QSM delrene umanosu un sistema di risonanza magnetica clinica. A tal fine, un protocollo di acquisizione MRI ottimizzato e QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) la pipeline di elaborazione è stata impiegata per ottenere mappe QSM renali.

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Metodi

Popolazione di studio

Lo studio è stato approvato dal comitato etico locale e il consenso informato scritto è stato ottenuto da tutti i soggetti.

Diciannove volontari sani (età media 28,1±12,9 anni) senza alcuna storia direneha partecipato allo studio una malattia o qualsiasi malattia sistemica nota che potenzialmente coinvolge i reni. Cinque soggetti sono stati misurati due volte con un intervallo di tempo di 10 minuti tra le misurazioni e il riposizionamento nella risonanza magnetica per valutare la riproducibilità.

Inoltre, un paziente maschio di 78-anno con graverenefibrosi a causa di una lunga anamnesi direnaleinsufficienza (CKD V (eGFR<15 ml/min/1.73="" m2="" )="" for="" 25="" years,="" state="" after="" kidney="" transplantation="" 20="" years="" ago,="" chronic="" graft="" failure="" and="" dialysis="" for="" the="" last="" 5="" years)="" was="" exemplarily="" included="" in="" the="" study="" to="" evaluate="" the="" potential="" clinical="" relevance="" of=""> (mappatura quantitativa della suscettibilità).

Nessuna preparazione specifica è stata intrapresa prima dell'esame [1].

Acquisizione dei dati

L'acquisizione dei dati è stata eseguita su uno scanner a 3 T (Magnetom Prisma, Siemens AG, Healthineers, Erlangen, Germania) utilizzando una bobina della colonna vertebrale a 32 canali in combinazione con una bobina del corpo a 30 canali. Per acquisire immagini anatomiche è stata utilizzata una sequenza HASTE (Turbo spin-echo) a scatto singolo di mezzo Fourier in tutti e tre gli assi dell'immagine (assiale, coronale e sagittale). Queste immagini anatomiche sono state utilizzate per il posizionamento FOV per il seguente QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) sequenza. Il FOV è stato posizionato centralmente nelreni(Fig. 1).

I dati QSM sono stati acquisiti utilizzando una sequenza di eco gradiente 3D multi-eco assiale a respiro singolo con i seguenti parametri: numero di echi=4; TE1/ΔTE/TR=3.1/3,7/17 ms; angolo di ribaltamento=15 gradi ; matrice di acquisizione=256×192 × 26; dimensione voxel=1.64×1,64 × 3 mm3; larghezza di banda=1775 Hz/pixel; codifica di Fourier per sezioni e fasi=6/8; fattore di accelerazione dell'imaging parallelo=2; tempo di acquisizione 33 s. Le impostazioni perrenaleL'acquisizione QSM è stata determinata nei test preliminari per ottenere la qualità dell'immagine ottimale nel più breve tempo possibile di acquisizione.

La qualità dell'apnea durante l'acquisizione QSM è stata verificata attraverso il controllo visivo della telecamera integrata di osservazione del paziente. Inoltre, la qualità dei dati acquisiti è stata verificata da due radiologi esperti in imaging addominale (AL 10 anni, BV 4 anni) prima della post-elaborazione. Nel caso di artefatti di movimento significativi nei dati, il QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) l'acquisizione è stata ripetuta immediatamente o esclusa da ulteriori analisi se la ripetizione non è riuscita.

Fig. 1 Esempio di posizionamento FOV perrenaleAcquisizione QSM. Il FOV è stato posizionato al centro delreniper garantire condizioni di imaging uniformi

Post produzione

Il diagramma di flusso in Fig. 2 mostra le fasi di ricostruzione che sono state intraprese per stimare ilreneMappe QSM. Tutti i calcoli sono stati eseguiti utilizzando MATLAB (R2018a; The MathWorks, Inc., Natick, MA).

Nella prima fase, i dati sono stati riempiti con zero portando a una dimensione del voxel di 0,8×{3}},8 × 2,25 mm³. La post-elaborazione per QSM è stata originariamente ottimizzata per l'imaging cerebrale, dove il contributo del grasso al segnale MRI è minimo [20]. Tuttavia, le applicazioni al di fuori del cervello, in particolare nell'addome, richiedono un'efficace rimozione del grasso per evitare errori di quantificazione nelle mappe di suscettibilità. In questo studio, l'effetto di spostamento chimico indesiderato tra acqua e grasso è stato eliminato con un metodo chiamato Disimballaggio simultaneo di fase e rimozione dello spostamento chimico (SPURS) [20]. SPURS utilizza uno scartamento basato su taglio grafico per eliminare gli avvolgimenti di fase nei dati di fase con riempimento zero. Inoltre, è stato applicato un approccio T2*-IDEAL [23] per calcolare le risultanti mappe di campo con correzione del grasso, che sono state utilizzate come input per la rimozione del campo di fondo.

In questo studio, le maschere dell'intero addome sono state generate automaticamente sulle immagini assiali (Brain Surface Extractor (BSE) di BrainSuite, versione 18a, Università della California) dai dati di magnitudine zero per rimuovere l'aria indesiderata all'esterno dell'addome. Dopo il controllo visivo della qualità della segmentazione, le maschere generate sono state utilizzate per rimuovere il campo di sfondo con l'aiuto dell'algoritmo del valore limite laplaciano (LBV) [24], che fa parte del MEDI-toolbox [25].

In una fase finale, il problema inverso mal posto è stato risolto dalla riduzione degli artefatti striati per QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) (STAR-QSM) metodo [26] dalla STI-Suite [9] risultante in mappe di suscettibilità. Sia LBV che STAR-QSM sono stati eseguiti con le impostazioni predefinite.

Il software ITK-SNAP (versione 3.8.0, University of Pennsylvania) è stato utilizzato per disegnare manualmente le regioni di interesse (ROI) nel tessuto muscolare paravertebrale (336 pixel), il fegato (900 pixel), l'interorene(5533±1792 pixel e 4756±1142 pixel per sinistra e destrareni, rispettivamente),renalecorteccia (1260±279 pixel e 1245±265 pixel rispettivamente per il rene sinistro e destro) e midollo renale (993±293 pixel e 962±392 pixel rispettivamente per il rene sinistro e destro) (Fig. 3). Tutte le ROI sono state tracciate su tre sezioni consecutive e sono state calcolate la suscettibilità media e la deviazione standard (SD) per ciascun organo e soggetto. Il tessuto muscolare paravertebrale è stato utilizzato come riferimento per la quantificazione del QSM nel presente studio per garantire la coerenza dei valori di suscettibilità (Materiale supplementare, Tabella S1) [27].

Fig. 2 Diagramma di flusso che mostra le fasi di ricostruzione del calcolo delle mappe di suscettibilità. Il punto di partenza della ricostruzione sono i dati di fase e magnitudo riempiti di zero. Lo scarto di fase e la rimozione simultanei dello spostamento chimico (SPURS) sono stati applicati ai dati di fase con riempimento zero per rimuovere gli effetti dello spostamento chimico tra acqua e grasso. Inoltre, è stato applicato un approccio T2*-IDEAL per calcolare le risultanti mappe di campo corrette per il grasso (fase non impacchettata). Le maschere dell'intero addome sono state generate automaticamente da dati di magnitudine riempiti a zero per la rimozione del campo di sfondo con l'aiuto dell'algoritmo del valore limite laplaciano (LBV). In una fase finale, il problema inverso mal posto è stato risolto dalla riduzione degli artefatti striati per QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) (STAR-QSM) dalla STI-Suite con conseguente mappe di suscettibilità.

Per esaminare se gli effetti globali di post-elaborazione distorcono il QSM calcolato (mappatura quantitativa della suscettibilità) valori, ad es. errori non locali derivanti da una stima sul campo inaffidabile attraverso le ROI, i valori QSM nel fegato sono stati determinati e confrontati con i valori della letteratura disponibili.

Inoltre, l'accuratezza della rimozione dell'aria esterna è un passaggio importante per la quantificazione del QSM. Per valutare l'influenza della qualità della definizione della maschera sui valori QSM, la definizione della maschera è stata variata in un soggetto sano. Pertanto, al set di dati sono state applicate rispettivamente quattro diverse maschere (senza aria all'esterno dell'addome, contenenti una piccola e una grande quantità di aria esterna e contenente l'intera area dell'immagine) e i valori di suscettibilità di destrarenesono stati confrontati.

Fig. 3 Esempio di posizionamento della ROI. Immagine di magnitudo dell'addome con regioni di interesse esemplari (ROI) disegnate nel tessuto muscolare paravertebrale (336 pixel), fegato (900 pixel), l'intero rene (5533 ± 1792 pixel e 4756 ± 1142 pixel per il rene sinistro e destro, rispettivamente ),renalecorteccia (1260±279 pixel e 1245±265 pixel per sinistra e destrareni, rispettivamente) e midollo renale (993±293 pixel e 962±392 pixel rispettivamente per il rene sinistro e destro)

analisi statistica

I valori di suscettibilità di sinistra e di destrarene, così come la corteccia e il midollo in entrambi i reni, del gruppo di controllo sano, è stata calcolata la media di tutti i soggetti e confrontata con la media e la DS all'interno del rene fibrotico destro per valutare un esempio della potenziale rilevanza clinica del QSM.

Inoltre, il test di Wilcoxon è stato utilizzato per confrontare i risultati QSM dei reni sinistro e destro nonchérenalecorteccia e midollo. Inoltre, una correlazione di Pearson tra ilrenee la suscettibilità epatica è stata calcolata per il gruppo di controllo sano.

Risultati

Due soggetti sani sono stati esclusi da ulteriori analisi a causa di gravi artefatti al confine tra i polmoni e il tessuto circostante (Fig. 4e).

QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) è stato quantificato con successo nei 17 volontari sani rimasti e nel paziente conrenalefibrosi (materiale supplementare, figg. S1–S3). Gli organi parenchimatosi dell'addome superiore, come fegato e rene, erano chiaramente distinguibili in questi set di dati (Fig. 4). In un caso, la fase di scartamento non è riuscita in una piccola area vicino alrene, portando a valori di suscettibilità imprecisi in quella regione (Fig. 4d). Tuttavia, solo una piccola parte del rene è stata interessata ed è stata presa in considerazione durante il posizionamento della ROI. Non è stata osservata alcuna correlazione tra i valori QSM del rene e del fegato (R2=0.035) (Fig. 5), indicando che nessun effetto globale della post-elaborazione altera i valori di suscettibilità calcolati.

La Figura 6 mostra le mappe di suscettibilità ei valori per la variazione della definizione della maschera in un volontario sano. Nessun cambiamento nel QSM renale (mappatura quantitativa della suscettibilità) i valori potrebbero essere identificati nel caso di un'imprecisione di segmentazione relativamente piccola (Fig. 6a, b). Tuttavia, quantità maggiori di aria hanno portato a valori di suscettibilità imprecisi (Fig. 6c, d).

La mediarenalei valori di suscettibilità dei volontari sani erano {{0}}.04±0.07 ppm (intervallo − {{10}} .07-0,16 ppm) per il rene destro e − 0,06±0,19 ppm (intervallo da -0,35 a 0,39 ppm) per il rene sinistro, rispettivamente (Tabella 1). I valori medi di suscettibilità di destra e sinistrarenierano significativamente differenti (pag<0.05) showing="" a="" wider="" range="" of="" values="" for="" the="" left="" kidney="" (table="" 1).="" no="" significant="" difference="" between="" cortical="" and="" medullary="" qsm="" values="" of="" the="" right="" or="" the="" left="" kidney="" could="" be="" determined="" (p="">0.05).

Valori di suscettibilità epatica misurati nei volontari sani e nel paziente conrenalefibrosi erano nello stesso intervallo {{0}}.17±0.13 ppm e 0.15±0.01 ppm rispettivamente per i volontari sani e il paziente con fibrosi renale (Tabella 2).

Le misurazioni della riproducibilità in cinque soggetti hanno rivelato una buona riproducibilità sia per il QSM del fegato che del rene destro (mappatura quantitativa della suscettibilità) senza differenze significative nei valori di suscettibilità epatica o renale tra le due misurazioni (p=0.48) (Tabella 3). I valori di suscettibilità per la destrareneerano {{0}}.02±0.06 ppm e - 0.03±{{15} }.11 ppm rispettivamente per il test e le misurazioni di nuovo test. La suscettibilità epatica era rispettivamente di 0,16±0,10 ppm e 0,12±0,07 ppm.

La Figura 7 mostra le mappe QSM sovrapposte alle immagini di magnitudo per un volontario sano e un paziente investigato con fibrosi interstiziale renale. La suscettibilità del rene fibrotico destro era fortemente diamagnetica (− 0.43±0.02 ppm).

Discussione

QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) è un approccio nuovo e promettente per la valutazione delle informazioni sulla microstruttura e la funzione dei tessuti. In questo lavoro, abbiamo dimostrato la fattibilità dell'esecuzione di QSM in vivo del rene umano su un sistema di risonanza magnetica clinica. Lo schema di acquisizione presentato e l'ulteriore pipeline di elaborazione QSM implementata, composta dai metodi QSM all'avanguardia, hanno avuto successo nel 90% dei soggetti esaminati e hanno portato a risultati riproducibili. Le strutture anatomiche nell'addome erano chiaramente distinguibili sulle mappe QSM e solo pochi artefatti erano presenti nell'area intestinale. Inoltre, la differenza tra i valori QSM medi ottenuti nel sanorenie la suscettibilità del rene fibrotico mostra il potenziale di QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) per distinguere tra sano e patologicorenalefazzoletto di carta. Poiché questo finanziamento si basa su un solo caso fibrotico, ulteriori studi con una popolazione di pazienti più ampia dovrebbero dimostrare il valore diagnostico del QSM in futuro.

Fig. 4 Esempi di immagini di fase avvolte e non avvolte, nonché mappe locali di campo e di suscettibilità e la maschera corrispondente della parte superiore dell'addome di cinque volontari sani. Le strutture anatomiche sono chiaramente distinguibili e solo pochi manufatti sono presenti nell'area intestinale (a–c). In un caso, la fase di scartamento non è riuscita vicino alrene, portando a valori di suscettibilità imprecisi (d, freccia bianca). Esempio di artefatti gravi dovuti all'aria nei polmoni (ad es. frecce nere), che erano presenti in due volontari sani. Entrambi i set di dati sono stati rimossi dall'ulteriore post-elaborazione.

Fig. 5 Grafico di correlazione di Pearson trarenalee valori di suscettibilità epatica dei volontari sani. Non è stata osservata alcuna correlazione tra QSM renale ed epatico (mappatura quantitativa della suscettibilità) valori (R2=0.035), indicando che gli effetti globali di post-elaborazione non hanno influito sulla quantificazione del QSM.

Fig. 6 Esempi di mappe di suscettibilità e valori per la variazione della definizione della maschera per la rimozione dell'aria esterna in un volontario sano. Nessuna modifica dei valori QSM del dirittorenepotrebbe essere identificato nel caso di un'imprecisione di segmentazione relativamente piccola senza aria esterna rimasta dopo la segmentazione (a) e contenente una piccola quantità di aria esterna (b). Tuttavia, quantità maggiori di aria esterna hanno portato a valori di suscettibilità imprecisi (c, d)

Tabella 1 Valori di suscettibilità dell'insiemerene, la corteccia e il midollo di volontari sani erano in media su tutti i 17 soggetti

La differenza significativa in QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) valori di sinistra e di destrareni(p<0.05) is="" probably="" based="" on="" higher="" motion="" artifacts="" in="" the="" left="" kidney.="" considering="" the="" standard="" deviation,="" the="" susceptibility="" of="" healthy="">renaletissue fluctuates around 0 in the current study. No significant difference between cortical and medullar QSM values of the right or the left kidneys could be determined (p>0.05)

Tabella 2 Valori di suscettibilità del rene destro e del fegato di volontari sani, mediati su tutti i 17 soggetti, e del paziente con fibrosi renale grave

Il valore QSM del dirittorenedei pazienti con fibrosi renale è significativamente diverso dai valori QSM misurati nel rene destro di volontari sani. Tuttavia, i valori del QSM del fegato misurati nei volontari sani e nel paziente con fibrosi renale sono nello stesso intervallo, escludendo i risultati del QSM renale con bias degli effetti globali.

Il QSM è già stato applicato nell'addome umano prima di [17, 27, 29, 30], mostrando risultati promettenti come nuova tecnica di risonanza magnetica. Tuttavia, il metodo pone alcune sfide tecniche che finora hanno ostacolato la sua applicazione in vivo al rene umano. Combinando e ottimizzando le fasi di post-elaborazione delle immagini già stabilite per QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità), alcuni di questi problemi sono stati risolti con successo nel presente studio. In primo luogo, gli artefatti da movimento indotti dalla respirazione libera sono stati eliminati acquisendo dati durante una singola apnea alla fine dell'inspirazione. In secondo luogo, l'effetto di spostamento chimico indesiderato tra acqua e grasso è stato rimosso impiegando un avanzato gasdotto di post-elaborazione. In terzo luogo, sono stati determinati parametri di acquisizione e post-elaborazione adeguati per ridurre al minimo gli artefatti e fornire risultati riproducibili.

Tabella 3 Risultati di riproducibilità.

Media ± valori di suscettibilità della deviazione standard per la destrarenee il fegato sono stati mediati su tutti e cinque i soggetti di riproducibilità. Buona riproducibilità sia per il QSM del fegato che del rene destro senza differenze significative nei valori di suscettibilità epatica o renale tra entrambe le misurazioni (p=0.48)

Fig. 7 Immagini di magnitudo sovrapposte alle mappe QSM del rene destro per un volontario sano (immagine a sinistra) e il paziente con fibrosi renale (immagine a destra). Il fibroticorenemostra un forte valore diamagnetico (− {0}}.43±− 0,02 ppm), che era sostanzialmente inferiore al valore QSM misurato nel sanorenaletessuto (rene destro {{0}}.04±0,07 ppm)

Per quanto ne sappiamo, questo è il primo studio che esegue QSM in vivo (mappatura quantitativa della suscettibilità) nell'umanorenesu un sistema di risonanza magnetica clinica. Poiché non sono disponibili in letteratura valori di QSM renale, siamo stati in grado di confrontare solo i valori di suscettibilità del fegato ottenuti nel nostro studio con quelli riportati dagli altri gruppi. Nello studio di Lin et al. [27], la suscettibilità epatica calcolata variava da 0,23 a 5,94 ppm. Tuttavia, il loro studio si è concentrato su pazienti con sovraccarico di ferro epatico (emocromatosi). Gli individui con meno depositi di ferro epatico hanno mostrato valori QSM di circa 0,34 ppm e sono stati considerati sani. Nello studio di Dong et al. [20], sono stati determinati valori medi di suscettibilità epatica di {{10}},23±{14}},07 ppm. Nel complesso, i valori QSM del fegato misurati nello studio corrente (intervallo 0,01–0,44 ppm) sono coerenti con la ricerca precedente, indicando che nessun effetto globale pregiudica i nostri risultati.

Una scarsa definizione della maschera potrebbe influenzare ilrenaleValori QSM. Pertanto, l'accuratezza ottimale della rimozione dell'aria esterna è un passaggio importante per la quantificazione del QSM. Nel presente studio, abbiamo variato la definizione di maschera di un soggetto sano. In questo esempio, nessuna modifica significativa dei valori QSM del dirittorenepotrebbe essere identificato nel caso di un'imprecisione di segmentazione relativamente piccola, come nel caso del nostro studio. Tuttavia, una valutazione sistematica dell'influenza della definizione della maschera sui valori QSM potrebbe essere oggetto di ulteriori studi di simulazione.

In questo studio, la variabilità dei valori QSM del rene sinistro era significativamente superiore a quelli del rene destro (p<0.05). this="" difference="" might="" be="" due="" to="" higher="" cardiac="" artifacts="" of="" the="" left="">rene, come mostrato in diversi studi precedenti di risonanza magnetica renale [28]. Questo effetto potrebbe essere ridotto con l'ulteriore sviluppo del QSM renale.

La differenziazione cortico-midollare non era possibile con il QSM (mappatura quantitativa della suscettibilità) in the current study (p>0.05), presumibilmente a causa della moderata risoluzione del metodo. Il miglioramento della risoluzione del QSM per consentire la differenziazione cortico-midollare dovrebbe essere oggetto di ulteriori studi.

Per esaminare il potenziale valore diagnostico di QSM, un paziente conrenaleNello studio è stata inclusa la fibrosi come esempio di patologia renale allo stadio terminale. In precedenza, è stato riportato che la fibrosi renale aumenta il contenuto diamagnetico del tessuto renale [13], probabilmente a causa di un'eccessiva deposizione di collagene, che è fortemente diamagnetico [31]. Considerando la deviazione standard, la suscettibilità del tessuto renale sano oscilla intorno a 0 nel presente studio. Nel nostro studio, il fibroticoreneha mostrato un forte valore di suscettibilità diamagnetica, che era sostanzialmente inferiore a quello del tessuto renale sano. Sono necessarie ricerche future in una coorte di pazienti più ampia per valutare l'esatto valore diagnostico del QSM renale (mappatura quantitativa della suscettibilità).

Ci sono diversi limiti del nostro lavoro. In primo luogo, il numero di volontari sani era basso e solo un paziente è stato incluso in questo studio. Tuttavia, il nostro obiettivo era sviluppare un solido protocollo di acquisizione e una pipeline di post-elaborazione per eseguire il QSM renale in vivo su un sistema di risonanza magnetica clinica. In secondo luogo, sono stati utilizzati SPURS e un approccio T2* IDEAL per rimuovere l'effetto di spostamento chimico indesiderato tra acqua e grasso e per calcolare le mappe di campo corrette per il grasso. In questo studio non è stata utilizzata alcuna tecnica di soppressione del grasso, poiché prolungherebbe il tempo di acquisizione. Per affrontare il problema, quando si misura il QSM nell'addome dovrebbero essere presi in considerazione metodi di imaging più veloci come l'esame volumetrico interpolato della sospensione del respiro (VIBE) [32] o schemi di acquisizione radiale [33]. In terzo luogo, le maschere generate rimuovevano solo l'aria al di fuori dell'addome. L'aria nel tratto intestinale e nei polmoni era ancora presente nei calcoli di suscettibilità. Ciò potrebbe portare a errori non locali nei campi locali attraverso il ROI [34]. Tuttavia, abbiamo mostrato una buona riproducibilità intrasoggettiva nello studio attuale, suggerendo che l'errore dovuto all'aria all'interno dell'addome è trascurabile. Inoltre, la risoluzione delle immagini RM era piuttosto bassa, il che avrebbe potuto portare a una sottostima della suscettibilità [35, 36]. Per superare questa limitazione, i dati grezzi sono stati riempiti con zero prima della post-elaborazione QSM. Inoltre, i dati QSM sono stati acquisiti in un'unica apnea di 33 s, che potrebbe essere difficile da eseguire per soggetti malati e anziani. È quindi necessaria un'ulteriore ottimizzazione della sequenza gradiente-eco 3D multi-eco per ridurre il tempo di scansione mantenendo la qualità dell'immagine.

In conclusione, la fattibilità del QSM in vivo (mappatura quantitativa della suscettibilità) nell'umanoreneè stato dimostrato con successo nel presente studio con una buona riproducibilità. L'ovvia differenza nei valori QSM tra reni sani e un rene fibrotico indica il possibile potenziale diagnostico del QSM. Ulteriori studi con popolazioni di pazienti più ampie dovrebbero essere eseguiti per dimostrare la rilevanza diagnostica del QSM per il funzionalerenaleImaging RM.

Materiale supplementare elettronico La versione online di questo articolo (https://doi.org/10.1007/s10334-020-00895-9) contiene materiale supplementare, disponibile per gli utenti autorizzati.

Contributi dell'autore EB: ideazione e progettazione dello studio, acquisizione dei dati, analisi e interpretazione dei dati, stesura del manoscritto e revisione critica; JS: ideazione e progettazione dello studio, acquisizione dati e revisione critica; TT: acquisizione dati, analisi e interpretazione dei dati e revisione critica; JJ: acquisizione dati, analisi e interpretazione dei dati e revisione critica; RZ: acquisizione dati, analisi e interpretazione dei dati e revisione critica; BV: acquisizione dati, analisi e interpretazione dei dati e revisione critica; HW: ideazione e progettazione dello studio, analisi e interpretazione dei dati e revisione critica; AL: ideazione e progettazione dello studio, acquisizione dei dati, analisi e interpretazione dei dati, stesura del manoscritto e revisione critica.

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