stringtranslate.com

Натрий МРТ

Магнитно-резонансные изображения женщины-добровольца с натриевой солью при 3Т (разрешение в плоскости 6 мм x 6 мм, толщина среза 72 мм, снято за 50 минут для пяти сегментов) [1]

Натриевая МРТ (также известная как 23 Na -МРТ) — это специализированная техника магнитно-резонансной томографии , которая использует сильные магнитные поля , градиенты магнитного поля и радиоволны для создания изображений распределения натрия в организме, в отличие от более распространенных форм МРТ , которые используют протоны (или водород), присутствующие в воде ( 1 H-МРТ). [2] [3] Как и протон, натрий естественным образом присутствует в организме в большом количестве, поэтому его можно визуализировать напрямую, без необходимости использования контрастных веществ или гиперполяризации . Кроме того, ионы натрия играют роль в важных биологических процессах посредством их вклада в концентрацию и электрохимические градиенты через клеточные мембраны , что делает его интересным в качестве цели визуализации в области здоровья и болезней. [4]

В отличие от обычной МРТ протона, МРТ натрия осложняется низкой концентрацией ядер Na относительно концентрации молекул H 2 O в биологических тканях [5] (10-45 мМ) и более низким гиромагнитным отношением ядра 23 Na по сравнению с ядром 1 H, [6] [7] Это обуславливает низкую чувствительность ЯМР и необходимость более сильного магнитного поля для эквивалентного пространственного разрешения . Квадрупольное ядро ​​23 Na также имеет более высокие скорости поперечной релаксации и множественные квантовые когерентности по сравнению с ядром 1 H, [7] требуя специализированных и высокопроизводительных последовательностей МРТ для захвата информации до того, как будет потерян контраст, используемый для визуализации тела.

Биологическое значение

Влияние гипоксической микросреды опухоли на внутриклеточный pH

Концентрация натрия в тканях (TSC) жестко регулируется здоровыми клетками и изменяется в зависимости от энергетического статуса и целостности клеток, что делает ее эффективным маркером болезненных состояний. [5] [7] [8] Клетки поддерживают низкую внутриклеточную концентрацию Na + , активно выкачивая ионы Na через канал Na + /K + АТФазы, и любая проблема с метаболизмом клетки, вызывающая низкое снабжение АТФ или нарушение целостности клеточной мембраны, резко увеличит внутриклеточную концентрацию Na + . Например, после изнурительных упражнений 23 Na МРТ может обнаружить резкое повышение уровня Na + в тканях и даже может визуализировать богатую натрием пищу в желудке пациента. Злокачественные опухоли, в частности, резко изменяют свой метаболизм, часто из-за гипоксических внутриопухолевых состояний, что приводит к снижению цитозольного pH. Для компенсации ионы Na + из внеклеточного пространства обмениваются на протоны в антипорте Na + /H + , [7] потеря которого часто ослабляет рост рака. [9] Таким образом, 23 Na МРТ является полезным клиническим инструментом для выявления ряда заболеваний, включая заболевания сердца [10] и рак, а также для мониторинга терапии. Например, было показано , что 23 Na МРТ измеряет клеточность при раке яичников. [11] Повреждение тканей у пациентов с инсультом также можно оценить с помощью 23 Na МРТ, при этом одно исследование показало, что изменение на 50% выше TSC, чем TSC в здоровой ткани мозга, соответствует полному инфаркту [12] и, следовательно, может использоваться для определения жизнеспособности ткани и вариантов лечения для пациента. Злокачественность опухоли также можно оценить на основе увеличения TSC быстро пролиферирующих клеток. Злокачественные опухоли имеют приблизительно 50-60% увеличение TSC по сравнению со здоровыми тканями [12] - однако увеличение TSC не может быть определено как вызванное изменениями внеклеточного объема, внутриклеточного содержания натрия или неоваскуляризацией. Еще одним интересным применением 23 Na МРТ является оценка рассеянного склероза, при котором накопление натрия в аксонах может привести к дегенерации аксонов. [13] Предварительные исследования показали, что существует положительная корреляция между повышенным уровнем TSC и инвалидностью.

Применение при раке простаты

Недавно была проведена работа по оценке полезности использования натриевой МРТ для характеристики поражений рака простаты у мужчин. [14] В этом исследовании пациенты были визуализированы с помощью натриевой МРТ до хирургического удаления простаты. TSC был извлечен из изображений и сравнен с показателем Глисона визуализированных поражений. Эта работа показала статистически значимое увеличение TSC по мере того, как рак простаты увеличивался в агрессивности. Это предварительное исследование предполагает, что натриевая МРТ может точно характеризовать стадию рака простаты. Это предполагает потенциальное использование натриевой МРТ для лучшего ведения и определения стадии пациентов с раком простаты в схемах лечения.

Преимущества

23 Na МРТ измеряет скорость клеточного метаболизма , а также изменения в тканях и органах, связанные с заболеванием. [15] Его продолжительность улучшилась с 45 минут до всего лишь 15 минут при 1,5 Тл. [7] [12] В отличие от других видов МРТ-сканирования, натриевая МРТ фиксирует только сигналы натрия внутри тел. При дегенерации хряща протеогликан деградирует с отрицательным зарядом, а положительно заряженный ион натрия связывается с протеогликаном. [3] Уровень как протеогликана, так и натрия снижается, поэтому при натриевой МРТ наблюдается меньше сигналов. 23 Na МРТ очень чувствительна и специфична к изменениям в протеогликане, поэтому ее хорошо использовать для мониторинга дегенерации протеогликана в хряще. [3] [16]

Ссылки

  1. ^ Веттерлинг, Фридрих; Кортевиль, Доминик; Калайциан, Раффи; Реннингс, Андре; Констандин, Саймон; Нагель, Армин; Старк, Хельмут; Шад, Лотар (2012-06-22). «МРТ всего тела натрия при 3Т с использованием асимметричного резонатора «птичья клетка» и короткой последовательности времени эха: первые изображения мужчины-добровольца». Физика в медицине и биологии . 57 (14): 4555–4567. Bibcode : 2012PMB....57.4555W. doi : 10.1088/0031-9155/57/14/4555. hdl : 2262/108510 . PMID  22722731.
  2. ^ Оуверкерк, Рональд; Морган, Рассел Х. (2007-10-01). "23Na МРТ: от исследований к клиническому использованию". Журнал Американского колледжа радиологии . 4 (10): 739–741. doi :10.1016/j.jacr.2007.07.001. ISSN  1546-1440. PMC 2084082. PMID 17903762  . 
  3. ^ abc Borthakur, A; Shapiro, E. M; Beers, J; Kudchodkar, S; Kneeland, J. B; Reddy, R (2000-07-01). "Чувствительность МРТ к истощению протеогликанов в хряще: сравнение натриевой и протонной МРТ". Остеоартрит и хрящ . 8 (4): 288–293. doi : 10.1053/joca.1999.0303 . PMID  10903883.
  4. ^ Мадлен, Гийом (18 декабря 2012 г.). «Натриевая магнитно-резонансная томография: биомедицинское применение». arXiv : 1212.4400 [physics.med-ph].
  5. ^ аб Романцетти, Сандро; Миркес, Кристиан К.; Файги, Дэниел П.; Челик, Авдо; Фельдер, Йорг; Шах, Н. Джон (1 августа 2014 г.). «Картирование концентрации натрия в тканях головного мозга человека: сравнение последовательностей МР при силе тока 9,4 Тесла». НейроИмидж . 96 : 44–53. doi :10.1016/j.neuroimage.2014.03.079. ISSN  1095-9572. PMID  24721332. S2CID  17913668.
  6. ^ Madelin, Guillaume; Lee, Jae-Seung; Regatte, Ravinder R.; Jerschow, Alexej (2014-05-01). "Sodium MRI: Methods and applications". Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy . 79 : 14–47. Bibcode :2014PNMRS..79...14M. doi :10.1016/j.pnmrs.2014.02.001. PMC 4126172 . PMID  24815363. 
  7. ^ abcde Madelin, Guillaume; Regatte, Ravinder R. (2013-09-01). "Биомедицинское применение натрия МРТ in vivo". Журнал магнитно-резонансной томографии . 38 (3): 511–529. doi :10.1002/jmri.24168. ISSN  1053-1807. PMC 3759542. PMID  23722972 . 
  8. ^ Ouwerkerk, Ronald (2011-01-01). "Sodium MRI". В Modo, Michel; Bulte, Jeff WM (ред.). Магнитно-резонансная нейровизуализация . Методы в молекулярной биологии. Том 711. Humana Press . С. 175–201. doi :10.1007/978-1-61737-992-5_8. ISBN 9781617379918. PMID  21279602.
  9. ^ Алевизопулос, Константинос; Калогеропулу, Теодора; Ланг, Флориан; Стурнарас, Христос (2014-01-01). «Ингибиторы Na+/K+ АТФазы при раке». Current Drug Targets . 15 (10): 988–1000. ISSN  1873-5592. PMID  25198786.
  10. ^ Bottomley, Paul A. (2016-02-01). "МРТ натрия в человеческом сердце: обзор". NMR in Biomedicine . 29 (2): 187–196. doi :10.1002/nbm.3265. ISSN  1099-1492. PMC 4868405. PMID 25683054  . 
  11. ^ Deen, SS; Riemer, F; McLean, MA; Gill, AB; Kaggie, JD; Grist, JT; Crawford, R; Latimer, J; Baldwin, P; Earl, HM; Parkinson, CA; Smith, SA; Hodgkin, C; Moore, E; Jimenez-Linan, M; Brodie, CR; Addley, HC; Freeman, SJ; Moyle, PL; Sala, E; Graves, MJ; Brenton, JD; Gallagher, FA (2019). «МРТ натрия с 3D-конусами как мера клеточности опухоли при серозном раке яичников высокой степени злокачественности». European Journal of Radiology Open . 6 : 156–162. doi : 10.1016/j.ejro.2019.04.001 . PMC 6477161. PMID  31032385 . 
  12. ^ abc Ouwerkerk, Ronald; Bleich, Karen B.; Gillen, Joseph S.; Pomper, Martin G.; Bottomley, Paul A. (2003-05-01). "Концентрация натрия в тканях опухолей человеческого мозга, измеренная с помощью 23Na MR-визуализации". Radiology . 227 (2): 529–537. doi :10.1148/radiol.2272020483. ISSN  0033-8419. PMID  12663825.
  13. ^ Inglese, M.; Madelin, G.; Oesingmann, N.; Babb, JS; Wu, W.; Stoeckel, B.; Herbert, J.; Johnson, G. (2010-03-01). "Концентрация натрия в мозговой ткани при рассеянном склерозе: исследование визуализации натрия при 3 тесла". Brain . 133 (3): 847–857. doi :10.1093/brain/awp334. ISSN  0006-8950. PMC 2842511 . PMID  20110245. 
  14. ^ Broeke, NC.; Peterson, J.; Lee, J.; Martin, PA.; Farag, A.; Gomez, J.; Moussa, M.; Gaed, M.; Chin, J.; Pautler, SE.; Ward, A.; Bauman, G.; Bartha, R.; Scholl, TJ. (2018-08-24). «Характеристика клинических поражений рака простаты у человека с использованием 3,0-Т натриевой МРТ, зарегистрированной для гистопатологии всего препарата с градацией по Глисону». Журнал магнитно-резонансной томографии . 49 (5): 1409–1419. doi :10.1002/jmri.26336. PMID  30430700. S2CID  53425193.
  15. ^ Madelin, Guillaume; Kline, Richard; Walvick, Ronn; Regatte, Ravinder R. (2014-04-23). ​​"Метод оценки внутриклеточной концентрации натрия и внеклеточной объемной доли в мозге in vivo с использованием магнитно-резонансной томографии натрия". Scientific Reports . 4 : 4763. Bibcode :2014NatSR...4E4763M. doi :10.1038/srep04763. PMC 4762219 . PMID  24755879. 
  16. ^ Newbould, RD; Miller, SR; Tielbeek, JAW; Toms, LD; Rao, AW; Gold, GE; Strachan, RK; Taylor, PC; Matthews, PM (2012-01-01). «Воспроизводимость измерений натрия МРТ суставного хряща колена при остеоартрите». Остеоартрит и хрящ . 20 (1): 29–35. doi :10.1016/j.joca.2011.10.007. ISSN  1063-4584. PMC 3270258. PMID 22040861  .