تخمين آسيب بافت با استفاده از ثابت‌هاي انتقال در تصويربرداري تشديد مغناطيسي

تخمين آسيب بافت با استفاده از ثابت‌هاي انتقال در تصويربرداري تشديد مغناطيسي

يكي از روش‌هاي بررسي آسيب بافت، استفاده از تصويربرداري تشديد مغناطيسي است. در اين نوع تصويربرداري از اثر مغناطش مولكول‌هاي آب و ماده كنتراست استفاده مي‌شود. تبادل آب بر منحني‌هاي مغناطش در پلاسما و بافت و در نتيجه بر زمان طولي موثر (T1eff) اثر دارد. براي بررسي اين تاثير از مدل‌هاي چندبخشي استفاده مي‌شود. در اين مدل‌ها معادلات مغناطش بافت براي زمان استراحت طولي ثابت در پلاسما حل شده و تغييرات زمان استراحت طولي در بخش‌هاي فضاي داخل و خارج سلولي بررسي مي‌شود و ثابت‌هاي انتقال در بافت محاسبه مي‌گردند. زمان استراحت طولي بافت با مقدار ماده كنتراست در بافت متناسب است. تغييرات اين ماده شبيه تابع گاماست. براي بررسي اثر مغناطش لازم است اين تغييرات در معادلات لحاظ شوند كه باعث پيچيدگي حل آنها مي‌شود. در اين مقاله با در نظر گرفتن تغييرات ماده كنتراست در بافت و با استفاده از شبيه‌سازي مونت كارلو و برازش منحني و روش‌هاي عددي هيون، رونگه-كوتا و روش آماري، منحني تغييرات مغناطش و زمان استراحت طولي در قسمت‌هاي مختلف بافت براي مدل‌هاي دو بخشي و سه بخشي بافت مغز موش به دست آمده‌‌ است. ابتدا براي ارزيابي مدل آماري بر اساس قانون بقاي جرم، محاسبات به دو روش عددي و آماري انجام شده و نتايج مقايسه شده‌اند. نتايج مربوط به داده‌هاي حاصل از تصاوير، به روش آماري نيز به دست آمدند؛ زيرا در اين حالت نياز به برازش منحني بر داده‌ها نيست و مي‌توان از آنها به‌طور مستقيم استفاده كرد. با تغيير ثابت‌هاي انتقال بافت مجموعه‌اي از منحني‌هاي مغناطش برحسب زمان تهيه شده و با مقايسه زمان استراحت طولي آنها با منحني‌هاي به دست آمده از تصاوير، ثابت‌هاي انتقال بافت محاسبه شده‌اند. ثابت‌هاي انتقال بافت‌هاي ناسالم نسبت به بافت‌هاي سالم‌ بزرگ‌تر هستند زيرا در اين حالت نفوذپذيري و در نتيجه افزايش تمركز ماده كنتراست و مغناطش در بافت بيشتر است. اين ثابت‌هاي انتقال كه متناسب با شدت آسيب‌‌اند مي‌توانند در تشخيص و درمان مورد استفاده قرار گيرند.

Magnetic resonance imaging (MRI) is a non-ionizing method for identification and evaluation of soft tissue lesions. Perfusion MRI evaluates soft tissues by measuring changes in magnetization of water molecules due to a contrast agent. To this end, concentration curves in the plasma and tissue are estimated by MRI and effective longitudinal relaxation time (T1eff) of the tissue was calculated. To interpret the results, the effects of water exchange on the effective longitudinal relaxation time should be studied. This work presents such a study in which the equations of two- and three-compartmental models of rat brain tissue are solved using Hion and Runge-Kutta numerical methods for different input functions and simulated by Monte Carlo method. Since the exchange of water and contrast agent among different tissue compartments is a diffusion phenomenon, Monte Carlo method is applicable. Results of the numerical methods were compared with those of Monte Carlo simulation. The results of the two methods were almost identical with a maximum relative difference of less than 1%. In this work, concentration of contrast agent in plasma is estimated from MRI of a rat brain tissue. This data is used in the Monte Carlo method to obtain T1eff and exchange rate constants. An advantage of our method is that T1eff is obtained from real data and not from the curve fitting method as commonly used. We derive concentration of contrast agent as a function of time in extravascular space for different constants (K). Then, the curves of simulated and real data were compared to obtain the exchange rate constant of each compartment. The results showed that K of an abnormal tissue was larger than that of the normal tissues. As such, this parameter may be used for diagnosis and treatment of the soft tissue diseases.