Noninvasive quantitative imaging of selective microstructure sizes via magnetic resonance

Autores
Capiglioni, Milena Sofía; Zwick, Analía Elizabeth; Jiménez, Pablo Javier; Álvarez, Gonzalo A.
Año de publicación
2021
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Extracting quantitative microstructure information of living tissue by noninvasive imaging is an outstanding challenge for understanding disease mechanisms and allowing early stage diagnosis of pathologies. Magnetic resonance imaging (MRI) is a promising and widely used technique to pursue this goal, but still provides low resolution to reveal microstructure details. We here report on a method to produce images of filtered microstructure sizes based on selectively probing the nuclear-spin dephasing induced by the molecular diffusion within specific tissue compartments. The microstructure-size filter relies on suitable dynamical control of nuclear spins that sense magnetization "decay shifts"rather than the commonly used spin-echo decay rates. The feasibility and performance of the method are illustrated with proof-of-principle experiments and simulations on typical size distributions of white matter in the mouse brain. These results position spin-echo decay shifts as a promising MRI tool as they could offer the ability to perform noninvasive histology without assuming a microstructure distribution model. This sets a step towards unraveling diagnostic information based on microscopic parameters of biological tissue.
Fil: Capiglioni, Milena Sofía. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. University of Bern; Suiza. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Zwick, Analía Elizabeth. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina
Fil: Jiménez, Pablo Javier. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Álvarez, Gonzalo A.. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina
Materia
MRI
NMR
Difussion Molecular
Tissue Microstructure
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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The microstructure-size filter relies on suitable dynamical control of nuclear spins that sense magnetization "decay shifts"rather than the commonly used spin-echo decay rates. The feasibility and performance of the method are illustrated with proof-of-principle experiments and simulations on typical size distributions of white matter in the mouse brain. These results position spin-echo decay shifts as a promising MRI tool as they could offer the ability to perform noninvasive histology without assuming a microstructure distribution model. This sets a step towards unraveling diagnostic information based on microscopic parameters of biological tissue.Fil: Capiglioni, Milena Sofía. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. University of Bern; Suiza. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Zwick, Analía Elizabeth. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Jiménez, Pablo Javier. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. 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Fil: Capiglioni, Milena Sofía. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. University of Bern; Suiza. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
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