دوره 17، شماره 3 - ( 9-1399 )                   جلد 17 شماره 3 صفحات 71-86 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Rezaeian M R. Analytical determination of the chemical exchange saturation transfer (CEST) contrast in molecular magnetic resonance imaging. JSDP. 2020; 17 (3) :71-86
URL: http://jsdp.rcisp.ac.ir/article-1-994-fa.html
رضاییان محمدرضا. تعیین کنتراست CEST به روش تحلیلی در تصویربرداری مولکولی تشدید مغناطیسی. پردازش علائم و داده‌ها. 1399; 17 (3) :71-86

URL: http://jsdp.rcisp.ac.ir/article-1-994-fa.html


گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی همدان
چکیده:   (184 مشاهده)
تصویربرداری مولکولی به روش تشدید مغناطیسی با ردیابی عامل‌های کنتراست، امکان تشخیص زود‌هنگام بیماری‌ها به شیوه­ای غیر‌تهاجمی را فراهم کرده است. درهمین‌اواخر با طراحی رشته پالس تصویربرداری مناسب بر روی پویش‌گر تشدید مغناطیسی، امکان اندازه‌گیری میزان تبادل شیمیایی بین عامل کنتراست و آب که به پدیده انتقال اشباع به‌واسطه تبادل شیمیایی (CEST) مشهور است، امکان‌پذیر شده است. اثر CEST منجر به کاهش تعداد هیدروژن­های آب و پایین­آمدن شدت روشنایی تصویر تشدید مغناطیسی می‌شود؛ لذا به این اثر کنتراست منفی CEST هم گفته می­شود. وجود رابطه­ای تحلیلی بین نرخ تبادل شیمیایی و شاخص­های بالینی (دما، مصرف گلوکز، pH و موارد دیگر)، علاقه‌مندی به اندازه‌گیری و کمّی­سازی کنتراست CEST را افزایش داده است. این پژوهش یک فرمول ریاضی بسته دقیق از کنتراست CEST در حالت­های گذرا و دایمی ارایه می­دهد. در این مطالعه با شناسایی عوامل تخریبی مزاحم، مانند انتقال مغناطیس شوندگی توسط ماکرومولکول‌ها (MT) و اثر اشباع مستقیم آب، کنتراست CEST در مدل‌های دو و سه‌حوضچه­ای با استفاده از داده­های پارامتری برگرفته از بافت بدن و داده­های ناشی از مشاهدات تجربی، مدل‌سازی می­شود. تطابق کنتراست CEST پیشنهادی با روش اندازه­گیری غیر­متقارن که مورد استناد بسیاری از پژوهش‌گران است، برای عامل‌های کنتراست پارامگنتیک در یک مدل سه‌حوضچه‌ای بررسی شده است. میزان خطای نسبی برازش به‌طور متوسط بر روی سه دسته داده تجربی از چهار درصد کمتر بود؛ علاوه‌بر آن سازگاری مقبولی بین کنتراست CEST پیشنهادی با یک فرمول تجربی بر اساس داده­های مبتنی بر عامل­های دیامگنتیک در مدل دو‌حوضچه­ای هم دیده می­شود. با دست‌یابی به این رابطه تحلیلی از کنتراست CEST، امکان بهینه­سازی و درک نحوه وابستگی آن به پارامترهای اثرگذاری مانند میزان غلظت عامل کنتراست، نرخ تبادل شیمیایی و ویژگی­های پالس الکترومغناطیسی (مانند دامنه و عرض پالس در پالس­های مستطیلی) فراهم می­‌شود.
متن کامل [PDF 4133 kb]   (50 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: مقالات گروه علائم حیاتی ( مرتبط با مهندسی پزشکی)
دریافت: 1398/1/21 | پذیرش: 1398/11/2 | انتشار: 1399/9/15 | انتشار الکترونیک: 1399/9/15

فهرست منابع
1. [1] P. Zijl, and N. Yadav, "Chemical exchange saturation transfer (CEST): what is in a name and what isn't?," Magnetic Resonance Imaging, vol. 65, no. 4, pp. 927-948, 2011. [DOI:10.1002/mrm.22761] [PMID] [PMCID]
2. [2] E. Vinogradov, A. Dean Sherry, and R. E. Lenkinski, "CEST: from basic principles to applications, challenges and opportunities," Journal of Magnetic Resonance, vol. 229, pp. 155-172, 2012. [DOI:10.1016/j.jmr.2012.11.024] [PMID] [PMCID]
3. [3] P. Zijl, W. W. Lam, J. Xu, L. Knutsson and G. J. StanisZ, "MagnetiZation Transfer Contrast and Chemical Exchange Saturation Transfer MRI. Features and analysis of the field-dependent saturation spectrum," Nuroimage, vol. 168, pp. 222-241, 2018. [DOI:10.1016/j.neuroimage.2017.04.045] [PMID] [PMCID]
4. [4] K. L. Desmond and G. J. StanisZ, "Understanding quantitative pulsed CEST in the presence of MT," Magnetic Resonance in Medicine, vol. 67, no. 4, pp. 979-990, 2012. [DOI:10.1002/mrm.23074] [PMID]
5. [5] J.S. Lee, R.R. Regatte, A. Jerschow "Isolating chemical exchange saturation transfer contrast from magnetiZation transfer asymmetry under two-frequency RF irradiation, '' J Magn Reson, vol. 215, pp. 56-63, 2011. [DOI:10.1016/j.jmr.2011.12.012] [PMID] [PMCID]
6. [6] M. Zaiss, and P. Bachert,"Chemical exchange saturation transfer (CEST) and MR Z-spectroscopy in vivo: a review of theoretical approaches and methods," Phys. Med. Biol, vol. 58, no. 22, pp 221-269, 2013. [DOI:10.1088/0031-9155/58/22/R221] [PMID]
7. [7] M.R. ReZaeian, G.A. Hossien-Zadeh and H. Soltanian-Zadeh, "Numerical Solutions to the Bloch-McConnell Equations with Radio Frequency", in: Proceedings of the international society of Electrical Engineering, 20th Con-ference on Electrical Engineering, Tehran, Iran, 2012, pp. 1584-89. [DOI:10.1109/IranianCEE.2012.6292613]
8. [8] M.R. ReZaeian, G.A. Hossien-Zadeh, and H.Soltanian-Zadeh,"Simultaneously ptimiZing power and duration of RF pulse in the paraCEST MRI", Magnetic Resonance Imaging, vol. 34, no. 6, pp. 743-753, 2016. [DOI:10.1016/j.mri.2016.02.001] [PMID]
9. [9] P. Z. Sun, "Simultaneous determination of labile proton concentration and exchange rate utiliZing optimal RF power: radio frequency power (RFP) dependence of chemical exchange saturation transfer (CEST) MRI," Journal of Magnetic Resonance, vol. 202, no. 2, pp. 155-161, 2010. [DOI:10.1016/j.jmr.2009.10.012] [PMID] [PMCID]
10. [10] P.Z. Sun, P.C.M. van Zijl and J. Zhou, "OptimiZation of the irradiation power in chemical exchange dependent saturation transfer experiments," J Magn Reson, vol. 175, no. 2, pp. 193-200, 2005. [DOI:10.1016/j.jmr.2005.04.005] [PMID]
11. [11] P. Z. Sun, T. Benner, A. Kumar, and A. G. Sorensen, "Investigation of optimiZing and translating pH‐sensitive pulsed‐chemical ex-change saturation transfer (CEST) imaging to a 3T clinical scanner," Magnetic Resonance in Medicine, vol. 60, no. 4, pp. 834-841, 2008. [DOI:10.1002/mrm.21714] [PMID] [PMCID]
12. [12] B. Schmitt, M. Zaiß, J. Zhou, and P. Bachert, "OptimiZation of pulse train presaturation for CEST imaging in clinical scanners," Magnetic Resonance in Medicine, vol. 65, no. 6, pp. 1620-1629, 2011. [DOI:10.1002/mrm.22750] [PMID]
13. [13] D. Woeessner, S. Zhang, M.E. Merritt and A.D. Sherry, "Numerical solution of the Bloch equations provides insights into the optimum design of PARACEST agents for MRI," Magn. Reson.Med, vol. 53, no. 4, pp. 790-799, 2005. [DOI:10.1002/mrm.20408] [PMID]
14. [14] R.V. Mulkern and M. L. Williams, "The general solution to the Bloch equation with constant RF and relaxation terms: application to saturation and slice selection," Med Phys, vol. 20, no.1, pp. 5-13, 1993. [DOI:10.1118/1.597063] [PMID]
15. [15] S.A. Roell, W. Dreher and D. LeibfritZ, "A general solution of the standard magnetiZation transfer model," J Magn Reson, vol. 132, no. 1, pp. 96-101, 1998. [DOI:10.1006/jmre.1998.1393]
16. [16] P.K. Madhu and A. Kumar "Direct Cartesian- space solutions of generaliZed Bloch equations in the rotating frame," J Magn Reson A, vol. 114, no. 2, pp. 201-211, 1995. [DOI:10.1006/jmra.1995.1127]
17. [17] K.Murase and N.Tanki, "Numeric solution to the time-dependent Bloch equations revisited," Magnetic Resonance Imaging, vol. 12, no.5, pp. 1-6, 2010. [DOI:10.1016/j.mri.2010.07.003] [PMID]
18. [18] A.X. Li, R.H.E. Hudson, J.W. Barrett, C. K. Jones, S. H. Pasternak and R. Bartha, "Four-pool modeling of proton exchange processes in biological systems in the presence of MRI-paramagnetic chemical exchange saturation transfer (PARACEST) agents," Magn. Reson.Med, vol. 60, no. 5, pp. 1197-1206, 2008. [DOI:10.1002/mrm.21752] [PMID]
19. [19] M. Zaiss, Z. Zu, J. Xu, P. Schuenke, D. F. Gochberg, J. C. Gore, M. E. Ladd, and P. Bachert,"A combined analytical solution for chemical exchange saturation transfer and semi-solid magnetiZation transfer," NMR in Biomed, vol. 28, no. 2, pp 217-230, 2014. [DOI:10.1002/nbm.3237] [PMID] [PMCID]
20. [20] S. Goerke, M. Zaiss, and P. Bachert, "CharacteriZation of creatine guanidium proton exchange by water-exchange (WEX) spectroscopy for absolute pH CEST imaging in vitro," NMR Biomed, vol. 27, no . 5, pp 507-518, 2014. [DOI:10.1002/nbm.3086] [PMID]
21. [21] S.A. Smith, J.A.D. Farrell, C.K Jones, D.S. Reich, P.A. Calabresi and P.C.M van Zijl, "Pulsed magnetiZation transfer imaging with body coil transmission at 3 Tesla: feasibility and application," Magn. Reson.Med, vol. 56, no. 4, pp. 866-875, 2006. [DOI:10.1002/mrm.21035] [PMID]
22. [22] W. T. Dixon, J. Ren, A. J. Lubag, J. Ratnakar,E. Vinogradov, I. Hancu, R. E. Lenkinski and A. D. Sherry, "A concentration-independent method to measure exchange rates in PARACEST agents," Magnetic Resonance in Medicine, vol. 63, no. 3, pp. 625-632, 2010. [DOI:10.1002/mrm.22242] [PMID] [PMCID]
23. [23] T. Jin and S. G. Kim, "Approximated analytical characteriZation of the steady-state chemical exchange saturation transfer (CEST) signals", Magnetic Resonance in Medicine, vol. 82, no. 5, pp.1876-1889, 2019. [DOI:10.1002/mrm.27864] [PMID] [PMCID]
24. [24] J. Kim, Y. Wu, Y. Gue, H. Zheng, and P. Z. Sun, "A review of optimiZation and quantification techniques for chemical exchange saturation transfer (CEST) MRI toward sensitive in vivo imaging," Contrast Media Mol Imaging, vol. 10, no.3, pp.163-178, 2015. [DOI:10.1002/cmmi.1628] [PMID] [PMCID]

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


کلیه حقوق این تارنما متعلق به فصل‌نامة علمی - پژوهشی پردازش علائم و داده‌ها است.