22 Tで 医薬トランカチュラ ルーツで実証MRMマイクロコイル性能キャリブレーションと使用

注: このプロトコルは、1.5 mm 内径 (ID) ソレノイドコイルのコイル特性の使用および評価の手順を説明します (図 1)。プロトコルを実証するために使用されるコイルは、感受性に一致した貯水池に収容されていますが、プロトコルは比類のないコイルにも同様に適用可能です。プロトコルは他のサイズおよび異なった分光計のセットアップに合わせることができる。 1. 参考サンプルの準備 100 mLの感度参照溶液を調製し、CuSO4∙ 5H2Oの156.4 mgを、100 mL GL45フラスコに含まれるD2Oの80 mLに溶解する。硫酸銅は、T1とT2の緩和時間を短縮し、より迅速な測定を可能にし、D2Oは放射線減衰および飽和効果を防ぎます。固形物が完全に溶解するまで手動でかき混ぜます。 1 g/L CuSO4 (無水、6.3 mM) の最終濃度のための脱イオン水を使用して、体積を 100 mL に調整します。この濃度は、T1およびT2緩和を短くするのに十分であるが、沈殿の影響を受けるには高すぎない。参照試料をシールして、H2O:D2Oの比率を変化させない。 必要に応じて、プローブをネットワークアナライザに接続し、望ましい共振周波数でコイルが共鳴しているかどうかをテストします。S11 反射率試験を行い、Haaseらら14で詳細に説明したように、チューニングによって達成される周波数範囲およびQ-ファクター測定に対して測定する。同軸ケーブルを使用して、マイクロコイルをネットワークアナライザに接続します。必要に応じてBNCアダプタケーブルを使用します。 コイルの設計対象となる磁場強度に応じて、ネットワークアナライザの中心周波数を希望の共振周波数に設定します。次に、スイープ幅を10 MHzに設定します。 中心周波数の反射率レベルと-7 dBレベルでの周波数f1とf2を記録します。Haaseら14に従って-7 dBレベルでのQ係数を計算するためにこれらを使用します。 2. サンプル準備 コイルキャリブレーション用の参考サンプルを用意する場合は、CuSO4 溶液1 mLを実体顕微鏡下で時計ガラス皿に移します。 生体試料を調製する場合、1 mLのパーフルオロデカリン(PFD)を顕微鏡で時計ガラスに移し、試料を沈水させるために使用します。PFDは、生体細胞に入ることなく、試料中の空気空間を満たすことができるように使用される。また、プロトンMRIでは観察できません。PFDが必要になる前に、すぐにペトリ皿の蓋で時計ガラスを覆い、蒸発損失を防ぎます。注:PFDは非常に揮発性と強力な長期的な温室効果ガス21です。その酸素溶解特性とその低粘度が要求されない場合、観察可能な 1H信号をも与えないパーフルオロエーテルであるFomblinに置換してもよいが、17のように速く蒸発しない。 適切な外径の毛細血管をサイズにカットし、マイクロコイルホルダー(18mm)の直径の内側に収まり、再配置を可能にする(図1C)。セラミックカッターを使用して10〜12mmごとに切開を行い、切開点を慎重に破ります。 参考サンプルを用意する場合は、ピンセットと実体顕微鏡を使用して、CuSO4 溶液の表面に接触する前カットの毛細管を時計ガラスの中に持ち込み、毛細血管を満たします。 生体試料を調製する場合は、ピンセットと実体顕微鏡を使用して、時計ガラスの内部にPFDの表面に接触する前カット毛細管を持ち込み、毛細管を完全に満たすためのキャピラリー作用を可能にする。キャピラリーを時計ガラスに放して完全に水没するようにします。 パーライト土壌置換などの成長基材から5週間前の根系全体を慎重に抽出します。根のサンプルを細心の注意を払って根茎をきれいにしてください。ピンセットを使用して大きな土壌粒子を除去し、より小さな粒子が存在する場合は、蒸留水で根系を洗浄することによってそれらを除去する。将来の参考のために必要な場合は写真。メスを使用して根茎を含まない繊維状根の小さな部分を選択して切除する。 真空処理のために、適切な固定溶液を含む1.5 mLチューブにサンプルを入れる。チューブキャップを外したまま、パラフィルムでチューブを密封してチューブの開口部を密封します。次に、チューブの通気を可能にする鋭利なツールでフィルムに穴を開けます。 サンプルチューブを真空チャンバーに入れ、チャンバーを密封し、ラボの膜真空ポンプをチャンバーに接続します。試料を最大30分間真空処理し、生物学的試料内のエアポケットの存在を低減する。気泡がサンプルから逃げ出さない場合は、真空処理を停止します。 実体顕微鏡を見ながら、ピンセットを使用して、先に作成した浸潤培地中に試料を沈下します。潜在的な破片のサンプルを洗います。 ピンセットを使用して毛細血管にサンプルを挿入し、毛細管とサンプルの両方が完全に水没して気泡が含まれないようにします。より小さい毛細管または注射針の先端を押し出す棒として使用する(図2B)。 ピンセットを使用して、中型時計ガラスからサンプルキャピラリーを取ります。PFDの場合は、ペトリ皿の蓋を覆います。 ティッシュペーパーを細かい点に整え、毛細血管の両端から1mm前後の液体を取り除きます。 ワックスペンを使って少量の毛細管ワックスを溶かします。両面にワックスを塗ります。ワックスは固化すると不透明になります。気を抜く気、毛管から気泡を除外する(図2C)。注:完成したサンプルが冷却されたときに、キャビテーションポケットと同様に爆発的な沸騰を引き起こす可能性があるため、ワックスや毛細血管の過熱は避けてください。 その後、メスを使用して毛細血管の外側から余分なワックスを削り取り、細かいティッシュペーパーできれいに拭きます。 3. サンプルの取り付け 実体顕微鏡の下にマイクロコイルを置き、マイクロコイルを安定したままピンセットを使用してサンプルを挿入します(図2D)。 ソレノイドコイルの内側にキャピラリーをスライドさせて、マイクロコイル内のサンプルを中心にロッドを使用します。 必要に応じて、毛細血管の位置を固定するために粘着テープを適用します。 キャピラリーを検査して、ソレノイドコイルの内部に気泡が見えないようにして、感受性の違いによって生じるMR信号破壊を避けます。 マイクロコイルを直立したまま、プローブベースのソケットにマイクロコイルを取り付けます(図3A,3B)。 3軸の勾配コイルをマイクロコイルの上に慎重にスライドさせながら、勾配の水冷コネクタをプローブベースのコネクタに合わせます(図3C)。プローブベースのねじを回して、勾配を固定します。注: この手順は、Micro5 プローブにのみ適用されます。Micro2.5やBiospectのような他のシステムの場合、勾配はコイルとは別のソケット上にあります。 4. コイル特性の決定 コイルが初めてテストされる場合は、リファレンスサンプル溶液を使用して均質サンプルを作成し、電力校正および B1 均質性テストに役立ちます。コイルワイヤによる潜在的な感受性の問題は、この参照サンプルで容易にテストされ得る。 プローブを磁石に挿入し、RF送信/受信ケーブル、水冷線、熱電対ケーブル、空冷線などの必要なケーブルを接続します。 水冷ユニットの水冷温度(推奨298K)を設定します。 目標温度(298K)と目標ガス流量(300L/h)を設定します。ガスの流れは、コイルの設計やサンプルの体積が異なる場合があります。これは、温度制御システムを持つシステムにのみ適用されます。注:次のステップは、新しい(自家製)コイルをテストする場合にのみ必要です。 50 Ωの同軸ケーブルを使用して、意図した共振周波数を中心とした適切に広いスイープ幅(400 MHz)のネットワークアナライザにプローブを接続します。 プローブベースに存在する変数マッチングと調整コンデンサを調整することで、共振モードを観察します。 共振モードを調整し、希望の周波数に合わせて調整します。 必要に応じて、ネットワーク アナライザのコイル品質係数 (Q 係数) を決定します。品質因子を得る方法の1つは、カップリングネットワークを用いて、中心周波数(fc)を-7dB(すなわち、Q=fc/(f1-f2)14で反射ディップの幅で割る。 fcを磁石の動作周波数に設定し、f1とf2はそれぞれfcの左右の-7 dB点に設定します。一部のネットワーク アナライザには、Q ファクター判定が組み込まれています。 通常はウォブルカーブと呼ばれるスキャナーの反射率テストを開始し、必要に応じて調整とマッチングを調整します。新しいコイルの範囲の中点にチューニングとマッチングコンデンサを設定することをお勧めします。そのため、高いスペクトル スイープ幅から開始します。ネットワーク アナライザで磁石の外側のコイルを調整し、一致させる方が便利な場合もあります。 使用可能な場合は、イメージングプローブの最大ボリュームコイルの shim ファイルを選択します。以前に使用したコイルから開始する場合は、利用可能な shim ファイルを使用します。両方のオプションが使用できない場合は、すべての shim 値を 0 に設定して開始します。 マイクロコイルがイメージングソフトウェア(ParaVision)で利用可能な場合は、正しいコイル構成を 選択します。それ以外の場合は、システムのマニュアルに従ってコイルの仕様に一致する新しいコイル構成を作成します(例えば、シングルチューニングまたはダブルチューニング)。この研究で使用されるこのソレノイドマイクロコイルの安全限界の推定値は、1Wピークパワーで1ミリ秒、連続電力1mWです。注意: マイクロコイルに必要な小型コンデンサ(通常は1mmの大きさ)は、高い感度で、高電圧で簡単に損傷を受けます。自動パルスパワーの測定は、非標準コイルでは機能せず、高いパワーが原因でコイルや分光器の他の部分に損傷を与える可能性があります。したがって、手動での調整をお勧めします。 新しいコイルの電解曲線を記録して、コイルの正しいRF電力の表示を取得します(図4)。コイルの安全限界が不明な場合は、0.6 Wの低パルス出力で10 μsから始め、信号が現れるまでパルス長を一度に1 μsずつゆっくりと増やします。 勾配符号化がない場合にFID実験を使用して、パルス電力を一定に保ちながら、RFパルス長を系統的に変化させます。理想的なパルス長はパルス長で、信号強度が最大値に達します。新しいコイルをテストする場合は、最初に非常に低い電力で10 μsパルスを使用し、パルスパワーを徐々に増加させます。メモ:コイル特性と分光計の組み合わせで電力が予想よりもはるかに高い場合、これはすでに間違った共振モードが選択されていることを示しています。 同種B1-フィールドを有するコイルについては、ソレノイドコイルのように、信号強度がゼロ22に減少する180°パルスを求める。 決定した90°パルスパワーを作成した研究の調整カードにセットします。ParaVisionでは、リファレンスパワー調整カードを使用して、ハードパルス電源を入力できます。 ローカライザスキャンを使用して、3つの主軸のそれぞれで1つのスライスをスライスし、磁石内のコイルの位置を特定します。これを行うには、分光器のデフォルトライブラリからローカライザースキャンをロードします。オフセットのない大きな視野から始めることをお勧めします。受信機のゲイン調整を自動化して手動で測定を開始します。注: サンプルがグラデーションシステムの中心にある場合、ローカライザスキャンでサンプルが表示されます。コイルまたはサンプルがイメージスライスの中央に配置されていない場合、ローカライザースキャンを調整する必要があり、その場合、ステップ 4.12 を再度実行する必要があります。 あるいは、画像評価に基づいて正しい90°パルスを見つけるために相補的な方法を使用します。ヌテネーション曲線を使用してパルスパワーが見つかったら、パルスパワーを徐々に調整して、B1-フィールド均質性の画像を確認します。不等分のB1フィールドを有する一部のコイルでは、90°パルスパワーをヌットカーブで測定すると過大評価され、コイルの所望のスイートスポットでの転倒につながる可能性があります。この場合、参照パルスパワーを下げ、新しい画像を前の画像と照合します(図5)。 FID信号に基づいて磁界を手動でシムします。初期シミングの推奨順序は Z-Z2-Z-X-Y-Z-Z2-Z-XY-XZ-YZ-Z です。ソレノイドの場合、主な対称軸はXY平面にあります。したがって、異なる方向のシムは、このコイル構成に対する B0 均質性のより強い補正をもたらす可能性がある。高次シムはほとんど効果を持たず、無視される可能性があります。 ボリューム正規化 SNR を計算して、メーカーのプロトコル18から適合した、異なるシステム間でマイクロコイル特性を比較できるようにします。ここで使用するマイクロコイルでは、視野(FOV)6 mm x 6 mm、繰り返し時間(TR)1000ミリ秒、エコー時間(TE)7 ms、マトリックス256 x 256、スライス厚= 0.5mmのスピンエコーシーケンスを使用しました。受信機のゲインが一元的になるまでスライスの厚さを調整します。次に、スライスが B1-フィールドの同質性の領域を超えて伸びるようにスライスの数を調整します。可能であれば、信号平均なしで画像を記録します。 2 つの手順で、ボリュームの正規化された SNR (SNR/mm3)を確認します。まず、ボクセルボリューム(Vボクセル)(Eq. 1)を計算します。(1)注: D x、D y、D スライスの単位は mm です。この計算も同様に、一連のスライスに対して実行できます。 目的の領域を選択して、サンプルの信号強度(μROI)、サンプル外の領域(すなわち、ノイズ)の信号強度(μノイズ)と標準偏差(σノイズ)を決定します。平均信号は画像の中心から取得され、ノイズ信号はコーナーパッチから計算されます(図6)。分光計制御ソフトウェアまたは汎用画像処理ソフトウェアのいずれかが、これらの計算に使用され得る。可能であれば、単一の繰り返しを使用して、異なるコイル間の比較可能性を維持します。 値を使用して、ボリューム正規化 SNR (Eq. 2) を計算します。(2)ここで使用するコイルと参照溶液を組み合わせて使用する場合、Eq. 2 を使用すると、次のソリューションが得られます。(3)注:異なる磁場強度でコイルのSNRを比較する場合、非常に長い繰り返し時間と非常に短いエコー時間が使用されていない限り、ファントムの緩和特性を23を測定する必要があります。 磁場の不均一性による感受性の問題をチェックする:荷重を行い、複数の勾配エコー(MGE)シーケンスを実行する(図7)。この場合、エコー時間が長いため、画像内では磁場の不均一性が見られます。このようにして、試料中の不均一性(試料中の空気空間による)、ならびにコイル材料によって導入されるB0 フィールドの不均一性を可視化することができる。使用する分光計とコイルの仕様に応じて調整される次のパラメータを使用してください:TR 200 ms、48エコー付きTE 3.5 msは3.5 ms離れて間隔をあけて、フリップ角度30度。マトリックスサイズ 128 x 128。注: 共鳴(ウォブル)カーブで複数の(電位)共鳴モードまたは反射ディップが観測された場合は、各共振モードに対して上記の手順を繰り返して、最も感度の高いモードを決定します。マイクロコイルによっては、マイクロコイルアセンブリの異なる部分が意図しない共鳴モードになりやすい場合があります。 5. 高解像度イメージング 3D-FLASH 実験を実行するには、TR 70 ms、TE 2.5 ms、128 x 64 x 64 のマトリックス サイズ、FOV 1.6 x 0.8 x 0.8 mm、フリップ角度 30°、およびレシーバ帯域幅 50 kHz を使用します。 前に決定した基準パルスパワーからパルスパワーを導出します。これはほとんどのイメージングソフトウェアで自動的に行われます。自動調整を使用して受信機のゲインを決定します。必要に応じて FOV を調整し、オブジェクト全体を両方のフェーズ エンコード方向に覆い、エイリアスを回避します。システムで利用できる場合は、勾配デューティサイクルシミュレーションを実行して、実験のデューティサイクルが勾配コイルの仕様内に収まるかどうかを確認します。注: これらのパラメータは、デモンストレーションに使用されるコイルに固有のものです。ローカル システムの詳細に最適化することが重要です。 6. さらなる研究や保管のためのサンプルの回収 マイクロコイルからサンプルキャピラリーを取り除く。 ピンセットを使用して、実体顕微鏡下でワックスプラグを取り外します。 注射器を使用して、選択した溶液で毛細血管からサンプルを洗い流します。あるいは、ガラスプッシャーロッドを使用してサンプルを排出します。 試料の脱水を防ぐために、保存に適した培地に保管してください。