Intravoxel partially coherent motion technique: Characterization of the anisotropy of skeletal muscle microvasculature

Abstract

Purpose: To propose a reformulation of the intravoxel incoherent motion (IVIM) technique exploiting the low bvalue diffusion-weighted imaging regime that can characterize microcirculation of tissues perfused with partially coherent blood flow. Materials and Methods:The new methodology, termed intravoxel partially coherent motion (IVPCM) technique, is suitable for probing microcirculation in tissues with ordered microvasculature, such as skeletal muscle. We employ a subvoxel model utilizing a randomly oriented bundle of straight vessels whose orientation statistics are characterized by a Fisher axial distribution with concentration parameter K quantifying the anisotropy of the distribution (K ¼ 0 indicates isotropic capillary orientation). The methodology is first validated with a proof-of-principle phantom experiment and is then applied to analyze the microvasculature of human calf muscle at rest. Results:The microcirculatory part of the diffusionweighted signal at b < 200 s/mm 2 is anisotropic. The variation of the diffusion-weighted signal with b-value exhibits stronger deviation from the expected monoexponential decay when the diffusion encoding gradient is applied parallel to the mean myofiber direction in the calf muscle of three healthy volunteers. The application of the model to data from the medial gastrocnemius and the soleus of the three volunteers gives results within the expected range for the mean microvascular volume fraction, the mean microflow velocity, and the parameter K. Conclusion:The proposed methodology has the capability of characterizing the anisotropy of the capillary network in vivo in a manner analogous to the capability of high b-value diffusion to characterize the anisotropy of muscle fibers.

Intravoxel Incoherent Motion and Diffusion-Tensor Imaging in Renal Tissue under Hydration and Furosemide Flow Challenges

“…Another advanced protocol might use both multiple b value and multiple directional sampling to comprehensively probe anisotropic flow and microstructure. A recent study approached anisotropic muscle microvascularity with such a directional IVIM scheme (53). Other stimuli, such as vasopressin, which increases tubular reabsorption without substantial vascular change, might also be informative.…”

Skeletal muscle quantitative nuclear magnetic resonance imaging and spectroscopy as an outcome measure for clinical trials (part II)

“…Возможность получения аномального сигнала Т2 от мышц при ста-бильном течении миопатии вводит ограничение на то, чтобы использовать как общее правило сигнал Т2 от воды в мышцах в качестве абсолютного показателя активности болезни. Кроме того, изменения сигнала Т2 от воды в мышцах при денервации связаны с отно-сительным увеличением внеклеточного пространства вследствие атрофии мышечных волокон [43][44][45] и в большей степени отражают структурную перестрой-ку мышцы, чем активность болезни. Хотя определение сигнала Т2 от воды в мышцах представляется значимым биомаркером прогрессиро-вания болезни или ответа на любое вмешательство, необходимо проявлять осторожность и ограничивать использование для мониторинга активности дегенера-тивного (некротического) патологического процесса сигнала Т2 от воды в мышцах.…”

“…В зависимости от схемы кодирования диффузии в скелетных мышцах также могут быть оп-ределены параметры, связанные с перфузией и микро-циркуляцией [44,181]. Хотя большинство DWI в скелетных мышцах было проведено у здоровых добровольцев, в нескольких случаях метод DWI также был использован при мы-шечных патологиях [176,177,[182][183][184] для изучения возможного применения полученных количественных параметров DWI в качестве биомаркеров.…”

Imagerie et spectroscopie par résonance magnétique nucléaire du muscle strié squelettique

“…La fiabilité des variables de diffusion mesurées dans le muscle squelettique a été améliorée par l'optimisation des paramètres de séquence de diffusion ainsi que des méthodes de traitement de données diffusion (Heemskerk et al 2010 ;Froeling et al 2010 ;Froeling et al 2013). Avec des schémas de séquence de diffusion dédiés, les variables calculées ont montré une corrélation satisfaisante avec la perfusion et la vascularisation du muscle squelettique (Karampinos et al 2010 ;Filli et al 2015). La plupart des études humaines sur la diffusion musculaire ont été menées sur des volontaires sains.…”