Intravoxel Incoherent Motion MRI-derived parameters and T2* relaxation time for noninvasive assessment of renal fibrosis

Abstract

Introduction: The purpose of this study was to evaluate the association of apparent diffusion coefficient (ADC), intravoxel incoherent motion (IVIM) MRI-derived parameters, and T2* relaxation time with histopathological changes observed during renal fibrogenesis in a rabbit model of unilateral ureter obstruction (UUO)

Methods: This study was approved by the Animal Care and Use Committee of our institute (15-0274-C1A0). Twenty New Zealand White rabbits underwent baseline MRI followed by surgery (sham or UUO) and then follow-up MRI at postoperative day (POD) 0, 3, 7, and 14. MRI scans were acquired using a 3-Tesla system (Magnetom Trio, Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany) with a human knee coil. Hematoxylin and eosin and Massons trichrome staining was performed to evaluate cell density and area of fibrosis. Spearman rank correlation and Pearson correlation tests and one-way analysis of variance were used for statistical analyses.

Results: There was a continuous increase in the area of fibrosis and cell density: rho = 0.900 (95% confidence interval [CI] = 0.760, 0.960

p<0.0001) and 0.904 (95% CI = 0.769, 0.962

p<0.0001), respectively. There was a tendency for all MRI variables to decrease at POD 3 and partly recover at POD 7. ADC, D, f, and T2* relaxation time showed significant correlation with area of fibrosis and cell density (r = -0.5177 and -0.6962, -0.5395 and -0.7851, -0.7168 and -0.7902, and -0.6808 and -0.7212, respectively

p = 0.0052-0.0481) while D* did not (p = 0.1997 and 0.7853, respectively).

Conclusions: ADC, IVIM MRI-derived parameters, and T2* relaxation time were significantly associated with the area of fibrosis and cell density during renal fibrogenesis in a rabbit model of UUO. After validation in future studies, MRI may have potential for noninvasive assessment modality of renal fibrosis.

서론: 본 연구의 목표는 현성확산계수, 복셀 내 화소 결집 운동 확산 자기공명영상 유도 변수들 및 T2* 이완시간과 일측성 요로폐쇄 토끼 동물 모델의 신실질 섬유화 병리학적 변화 간의 관련성을 살펴보고자 하는 것이다.

방법: 본 연구는 본 기관의 동물실험윤리위원회 허가를 받았다 (15-0274-C1A0). 총 20마리의 NZW 토끼 사용하여 일측성 요로 폐쇄 수술을 시행한다. 실험 프로토콜은 각 그룹별 (5마리씩)로 기저 자기공명 영상 촬영 후 수술 (일측성 요로 폐쇄 혹은 가짜 수술), 그리고 술 후 0, 3, 7, 14일 후 추적 자기공명 영상의 스케줄을 따른다. 자기공명영상 촬영은 3-테슬라 장비 (Magnetom Trio, Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany)와 인체용 무릎 코일을 사용하였다. 세포 밀도 분석과 섬유화 면적 (%) 계산을 위해서 헤마톡실린-에오신 및 마손 삼색 염색을 한다. 통계 분석은 일원분산분석, 스피어만 상관 계수, 피어슨 상관계수를 이용한다.

결과: 시간의 흐름에 따라 섬유화 면적과 세포 밀도는 지속적으로 증가하였다: rho = 0.900 (95% 신뢰구간 = 0.760, 0.960

p<0.0001)와 0.904 (95% 신뢰구간 = 0.769, 0.962

p<0.0001). 수술 후 3일 째 모든 MRI 변수들의 신호 강도가 감소하였다가 7일 째에 부분적으로 회복하는 양상을 보였다. ADC, D, f와 T2* 이완시간은 섬유화 면적 및 세포 밀도와 유의한 상관관계를 보였으나 (r = -0.5177과 -0.6962, -0.5395과 -0.7851, -0.7168과 -0.7902, -0.6808과 -0.7212,

p = 0.0052-0.0481) D*는 유의한 상관관계를 보이지 않았다 (p = 0.1997과 0.7853).

결론: 현성확산계수, 복셀 내 화소 결집 운동 확산 자기공명영상 유도 변수들 및 T2* 이완시간은 일측성 요로폐쇄 토끼 동물 모델의 신실질 섬유화 과정 중 섬유화 면적과 세포 밀도의 변화와 유의한 상관성을 보였다. 추가적인 연구들 이후에서 검증될 경우 자기공명영상은 잠재적으로 신실질 섬유화를 비침습적으로 평가할 수 있는 도구가 될 수 있을 것이다.