МРТ натрия
МРТ натрия (также известная как 23 Na -MRI) — это специализированный метод магнитно-резонансной томографии , который использует сильные магнитные поля , градиенты магнитного поля и радиоволны для создания изображений распределения натрия в организме, в отличие от более распространенных форм МРТ , в которых используются протоны (или водород) . ) присутствует в воде ( 1 H-МРТ). [2] [3] Как и протон, натрий естественным образом присутствует в организме в изобилии, поэтому его можно визуализировать напрямую, без необходимости использования контрастных веществ или гиперполяризации . натрия Кроме того, ионы играют роль в важных биологических процессах, внося свой вклад в концентрацию и электрохимические градиенты клеточных мембран , что делает их интересными в качестве мишени для визуализации здоровья и болезней. [4]
В отличие от традиционной МРТ протона, МРТ натрия осложнена низкой концентрацией ядер Na по сравнению с концентрацией молекул H 2 O в биологических тканях. [5] (10-45 мМ) и меньшее гиромагнитное отношение 23 Ядро Na по сравнению с 1 Ядро Н,. [6] [7] Это приводит к низкой чувствительности ЯМР и необходимости более сильного магнитного поля для эквивалентного пространственного разрешения . Четверополярный 23 Ядро Na также имеет более высокие скорости поперечной релаксации и множественную квантовую когерентность по сравнению с ядром Na. 1 ядро Н, [7] требуются специализированные и высокопроизводительные последовательности МРТ для сбора информации до того, как контраст , используемый для изображения тела, будет потерян.
Биологическое значение
[ редактировать ]
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 низкий внутриклеточный уровень Na. + концентрация за счет активной откачки ионов Na через Na + /К + АТФазный канал и любое нарушение клеточного метаболизма, вызывающее недостаток АТФ или нарушение целостности клеточной мембраны, резко увеличивает внутриклеточный Na. + концентрации. Например, после изнурительных тренировок. 23 Na МРТ может обнаружить Na + уровни в тканях резко повышаются, и можно даже визуализировать пищу, богатую натрием, в желудке пациента. Злокачественные опухоли, в частности, радикально изменяют свой метаболизм, часто из-за гипоксических внутриопухолевых состояний, что приводит к снижению цитозольного pH. Чтобы компенсировать это, На + ионы из внеклеточного пространства обмениваются на протоны в Na + /ЧАС + антипорт, [7] потеря которого часто ослабляет рост рака. [9] Поэтому, 23 МРТ Na — полезный клинический инструмент для выявления ряда болезненных состояний, включая болезни сердца. [10] и рак, а также мониторинг терапии. Например, 23 Было показано, что Na МРТ позволяет измерить клеточность при раке яичников. [11] Повреждение тканей у пациентов с инсультом также можно оценить с помощью 23 Na МРТ: одно исследование показало, что изменение TSC на 50% выше, чем TSC в здоровой ткани головного мозга, соответствует полному инфаркту, [12] и, следовательно, может использоваться для определения жизнеспособности тканей и вариантов лечения пациента. Злокачественность опухоли также можно оценить по увеличению ОТС быстро пролиферирующих клеток. Злокачественные опухоли имеют увеличение ОТС примерно на 50-60% по сравнению со здоровыми тканями. [12] – однако нельзя определить, что увеличение ОТС связано с изменениями внеклеточного объема, внутриклеточного содержания натрия или неоваскуляризацией. Еще одно интересное использование 23 МРТ Na используется для оценки рассеянного склероза, при котором накопление натрия в аксонах может привести к дегенерации аксонов. [13] Предварительные исследования показали, что существует положительная корреляция между повышенным уровнем ОТС и инвалидностью.
Использование при раке простаты
[ редактировать ]Недавно была предпринята работа по оценке полезности использования МРТ натрия для характеристики поражений рака простаты у мужчин. [14] В этом исследовании пациентам проводилась МРТ натрия перед хирургическим удалением простаты. TSC извлекали из изображений и сравнивали с оценкой Глисона для визуализируемых поражений. Эта работа показала статистически значимое увеличение TSC по мере увеличения агрессии рака простаты. Это предварительное исследование предполагает, что МРТ натрия может точно охарактеризовать стадию рака простаты. Это предполагает потенциальное использование МРТ натрия для лучшего ведения пациентов с раком простаты и их поэтапного лечения.
Преимущества
[ редактировать ]23 МРТ Na измеряет скорость клеточного метаболизма , а также связанные с заболеванием изменения в тканях и органах. [15] Его продолжительность увеличилась с 45 минут до 15 минут при 1,5T. [7] [12] В отличие от других видов МРТ-сканирования, МРТ натрия фиксирует только сигналы натрия внутри тела. При дегенерации хряща протеогликан разлагается, приобретая отрицательный заряд, и положительно заряженный ион натрия связывается с протеогликаном. [3] Уровень протеогликана и натрия снижается, поэтому при МРТ натрия наблюдается меньше сигналов. 23 МРТ Na очень чувствительна и специфична к изменениям протеогликана, поэтому ее хорошо использовать для мониторинга дегенерации протеогликана в хряще. [3] [16]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Веттерлинг, Фридрих; Кортевиль, Доминик; Калайчиян, Раффи; Реннингс, Андре; Константин, Симон; Нагель, Армин; Старк, Гельмут; Шад, Лотар (22 июня 2012 г.). «МРТ натрия всего тела при 3Т с использованием асимметричного резонатора в виде птичьей клетки и короткой временной последовательности эхо: первые изображения мужчины-добровольца» . Физика в медицине и биологии . 57 (14): 4555–4567. Бибкод : 2012PMB....57.4555W . дои : 10.1088/0031-9155/57/14/4555 . hdl : 2262/108510 . ПМИД 22722731 .
- ^ Оуверкерк, Рональд; Морган, Рассел Х. (1 октября 2007 г.). «23Na МРТ: от исследований к клиническому использованию» . Журнал Американского колледжа радиологии . 4 (10): 739–741. дои : 10.1016/j.jacr.2007.07.001 . ISSN 1546-1440 . ПМК 2084082 . ПМИД 17903762 .
- ^ Jump up to: а б с Бортакур, А; Шапиро, Э.М; Бирс, Дж; Кудчодкар, С; Ниланд, Дж. Б.; Редди, Р. (1 июля 2000 г.). «Чувствительность МРТ к истощению протеогликанов в хряще: сравнение натриевой и протонной МРТ» . Остеоартрит и хрящ . 8 (4): 288–293. дои : 10.1053/joca.1999.0303 . ПМИД 10903883 .
- ^ Мадлен, Гийом (18 декабря 2012 г.). «Магнитно-резонансная томография натрия: биомедицинские применения». arXiv : 1212.4400 [ physical.med-ph ].
- ^ Jump up to: а б 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 . ПМИД 24721332 . S2CID 17913668 .
- ^ Мадлен, Гийом; Ли, Джэ Сын; Регатт, Равиндер Р.; Йершов, Алексей (01 мая 2014 г.). «МРТ натрия: Методы и применение» . Прогресс в спектроскопии ядерного магнитного резонанса . 79 : 14–47. Бибкод : 2014PNMRS..79...14M . дои : 10.1016/j.pnmrs.2014.02.001 . ПМК 4126172 . ПМИД 24815363 .
- ^ Jump up to: а б с д и Мадлен, Гийом; Регатт, Равиндер Р. (01 сентября 2013 г.). «Биомедицинское применение МРТ натрия in vivo» . Журнал магнитно-резонансной томографии . 38 (3): 511–529. дои : 10.1002/jmri.24168 . ISSN 1053-1807 . ПМЦ 3759542 . ПМИД 23722972 .
- ^ Оуверкерк, Рональд (1 января 2011 г.). «МРТ натрия». В Модо, Мишель; Булте, Джефф ВМ (ред.). Магнитно-резонансная нейровизуализация . Методы молекулярной биологии. Том. 711. Хумана Пресс . стр. 175–201. дои : 10.1007/978-1-61737-992-5_8 . ISBN 9781617379918 . ПМИД 21279602 .
- ^ Алевизопулос, Константинос; Калогеропулу, Теодора; Ланг, Флориан; Стурнарас, Христос (1 января 2014 г.). «Ингибиторы Na+/K+-АТФазы при раке». Текущие цели по борьбе с наркотиками . 15 (10): 988–1000. ISSN 1873-5592 . ПМИД 25198786 .
- ^ Боттомли, Пол А. (01 февраля 2016 г.). «МРТ натрия в сердце человека: обзор» . ЯМР в биомедицине . 29 (2): 187–196. дои : 10.1002/nbm.3265 . ISSN 1099-1492 . ПМЦ 4868405 . ПМИД 25683054 .
- ^ Дин, СС; Ример, Ф; Маклин, Массачусетс; Гилл, AB; Кэгги, доктор юридических наук; Грист, Дж. Т.; Кроуфорд, Р; Латимер, Дж; Болдуин, П; Эрл, HM; Паркинсон, Калифорния; Смит, Южная Каролина; Ходжкин, К; Мур, Э; Хименес-Линан, М; Броди, ЧР; Адли, ХК; Фриман, С.Дж.; Мойл, Польша; Сала, Э; Грейвс, MJ; Брентон, доктор юридических наук; Галлахер, ФА (2019). «МРТ натрия с 3D-конусами как показатель клеточности опухоли при серозном раке яичников высокой степени» . Европейский журнал радиологии Open . 6 : 156–162. дои : 10.1016/j.ejro.2019.04.001 . ПМК 6477161 . ПМИД 31032385 .
- ^ Jump up to: а б с Оуверкерк, Рональд; Блайх, Карен Б.; Гиллен, Джозеф С.; Помпер, Мартин Г.; Боттомли, Пол А. (1 мая 2003 г.). «Концентрация натрия в тканях опухолей головного мозга человека, измеренная с помощью МРТ с 23 Na». Радиология . 227 (2): 529–537. дои : 10.1148/радиол.2272020483 . ISSN 0033-8419 . ПМИД 12663825 .
- ^ Инглезе, М.; Мэдлин, Г.; Осингманн, Н.; Бэбб, Дж. С.; Ву, В.; Стокель, Б.; Герберт, Дж.; Джонсон, Г. (01 марта 2010 г.). «Концентрация натрия в тканях головного мозга при рассеянном склерозе: исследование визуализации натрия при силе тока 3 Тесла» . Мозг . 133 (3): 847–857. дои : 10.1093/brain/awp334 . ISSN 0006-8950 . ПМЦ 2842511 . ПМИД 20110245 .
- ^ Брук, Северная Каролина; Петерсон, Дж.; Ли, Дж.; Мартин, Пенсильвания; Фараг, А.; Гомес, Дж.; Мусса, М.; Гаед, М.; Чин, Дж.; Паутлер, SE.; Уорд, А.; Бауман, Г.; Барта, Р.; Шолль, Ти Джей. (24 августа 2018 г.). «Характеристика клинических поражений рака предстательной железы человека с использованием МРТ натрия 3,0 Т, зарегистрированной по гистопатологии цельного образца по шкале Глисона». Журнал магнитно-резонансной томографии . 49 (5): 1409–1419. дои : 10.1002/jmri.26336 . ПМИД 30430700 . S2CID 53425193 .
- ^ Мадлен, Гийом; Клайн, Ричард; Уолвик, Ронн; Регатт, Равиндер Р. (23 апреля 2014 г.). «Метод оценки внутриклеточной концентрации натрия и внеклеточной объемной доли в головном мозге in vivo с использованием магнитно-резонансной томографии натрия» . Научные отчеты . 4 : 4763. Бибкод : 2014NatSR...4E4763M . дои : 10.1038/srep04763 . ПМЦ 4762219 . ПМИД 24755879 .
- ^ Ньюбоулд, РД; Миллер, СР; Тилбек, JAW; Томс, Л.Д.; Рао, AW; Золото, GE; Страчан, РК; Тейлор, ПК; Мэтьюз, премьер-министр (01 января 2012 г.). «Воспроизводимость показателей МРТ натрия суставного хряща коленного сустава при остеоартрите» . Остеоартрит и хрящ . 20 (1): 29–35. дои : 10.1016/j.joca.2011.10.007 . ISSN 1063-4584 . ПМК 3270258 . ПМИД 22040861 .