インデンテーションと磁気共鳴エラストグラフィを用いた軟組織模倣ゼラチンファントムの粘弾性特性評価

このプロトコルは、組織の新しいバイオマーカーを理解し発見するために重要な、ex vivoでの組織模倣ゲル機能およびin vivoバイオメカニック特性評価方法を調製する方法を提供し、インデンテーションは小型の組織サンプルを測定することができ、MREを使用して同じサンプルを試験することができる一方で実行が容易であり、in vivo試験シナリオの直接推定を提供する。この方法は、脳、肝臓、腫瘍組織などの柔らかい生物学的サンプルの粘弾性周波数依存の機械的特性に関する洞察を提供する可能性があります。他のサンプルファントムの同様の特性も測定できます。

ゼラチン粉末を水と混合してゼラチン溶液を得ることから始めます。ゼラチン溶液を水浴中で摂氏60度に加熱し、温度を維持しながら溶液にグリセロールを加える。溶液をかき混ぜ、再び摂氏60度に加熱します。

MREおよび圧痕テストに使用する容器に混合溶液を注ぎます。溶液を室温に冷却し、溶液が固まるまで待ちます。ゼラチンファントムをヘッドコイルに配置します。

次に、ゼラチンファントムの上に振動板を置きます。ファントムと振動板の接触がしっかりしていることを確認してください。ゼラチンファントムの周りにスポンジと土嚢を置き、ファントムがしっかりと配置されていることを確認します。

ヘッドコイルに電磁アクチュエータを取り付け、トランスミッションバーを振動板に接続します。アクチュエータの電源ラインをアンプに接続し、次に制御ラインをコントローラーに接続します。波形、振動周波数、振幅を関数発生器で設定します。

パワーアンプを調整して、希望の振動振幅を設定します。次に、関数発生器をトリガ・モードで動作するように設定します。トリガーラインをMRI装置の外部トリガーポートに接続します。

MREスキャン周波数を関数発生器と同じに設定し、モーションエンコーディング勾配が振動板の動きと同期するようにします。次に、反転角度を 30 度、TR と TE を 50 ミリ秒と 31 ミリ秒、視野を 300 ミリメートル、スライスの厚さを 5 ミリメートル、ボクセル サイズを 2.34 x 2.34 平方ミリメートルに設定します。1つの正弦波サイクルの4つの時間点で位相像を測定します。

正と負の両方のモーションを適用し、各時点でグラデーションをコーディングします。取得した位相画像に基づいて、正負符号化位相画像を差し引いて背景位相を除去する。信頼性ソートベースのアルゴリズムでフェーズをアンラップします。

ラップされていない位相画像に高速フーリエ変換を適用して、モーションの主成分を抽出します。デジタルバンドパスフィルタで位相画像をフィルタリングし、2D直接反転アルゴリズムでせん断弾性率を推定して、貯蔵弾性率Gプライムと損失弾性率Gダブル素数を取得します。円形パンチを使用してゼラチンファントムを円筒形サンプルにトリミングし、外科用ブレードを使用して直方体のサンプルにトリミングします。

サンプルの表面を鋭利な刃でトリミングして、くぼみのためにできるだけ滑らかにします。圧痕テスターの電源をオンにし、GUIの[バックオフ]ボタンをクリックして、キャリブレーションプロセスを初期化します。レーザー センサーから値を読み取り、[ベースライン] ボックスに値を入力します。

バッフルプレートにスライドガラスを置き、レーザーセンサーによって示された値を記録します。次に、サンプルをスライドガラスに置き、バッフルプレートに一緒に置きます。レーザー センサーから値を読み取り、この値を [サンプル スライド] ボックスに入力します。

これら2つの値の差は、関心領域におけるサンプルの厚さです。サンプルを下にあるスライドガラスと一緒にインデントのすぐ下に注意深く置き、[接触]ボタンをクリックして、インデンターとサンプル表面の間の自動接触を開始します。測定されたサンプルの厚さに基づいて、厚さにくぼみのある試験ひずみを掛けて、押し込み変位を推定します。

[変位]ボックスに変位値を入力します。[滞留時間]ボックスで緩和時間を180秒に設定し、[インデント]ボタンをクリックします。ランプ/ホールド手順中の変位と反力は自動的に記録され、指定されたファイルパスのファイルに保存されます。

40ヘルツと50ヘルツの2つのゼラチンファントムの波動伝搬画像を以下に示します。4つのフェーズは、1つの正弦波サイクルの4つの時間ポイントに対応します。MREと押し込み実験から測定された粘弾性特性を以下に示します。

代表的な画像は、MREからの2つのゼラチンファントムの40ヘルツと50ヘルツでの典型的な推定GプライムおよびGダブルプライムマップを示しています。ここでは、6 回の繰り返しインデントテストからの 2 つのファントムの G-0 値と G 無限大値の平均と標準偏差を示します。画面に表示されるグラフィック画像は、6回の繰り返しMREテストからの2つのファントムの40ヘルツと50ヘルツでのGプライム値とGダブル素数の平均と標準偏差を表しています。

アスタリスク記号は、有意差を示します。この手順を試みるときは、振動プレートがファントムの上にしっかりと押し付けられ、プレートを押しすぎないようにしてください。サンプルを処理するときは、表面ができるだけ平らであることを確認してください。

この技術は、病理学的研究に関連する生体力学的特性を探索し、疾患の診断と予後のためのバイオメカニクスベースのバイオマーカーを開発する道を開きます。