تعیین نرخ تبادل شیمیایی عامل های کنتراست CEST در تصویربرداری مولکولی تشدید مغناطیسی در شرایط حالت دائمی

تبادل شیمیایی در اثر فرایند انتقال اشباع از طریق اعمال پالس اشباع کننده ی الکترومغناطیسی به رشته پالس تصویربرداری اسکنر تشدید مغناطیسی، اثر CEST نامیده می­شود. اثر CEST عمدتا به زمان­های استراحت، نرخ تبادل شیمیایی، غلظت عامل کنتراست و ویژگی­های پالس اشباع کننده ی الکترومغناطیسی بستگی دارد. میزان وابستگی نرخ تبادل شیمیایی به برخی از شاخص­­های بالینی از جمله pH، دما و مصرف گلوکز، امکان تشخیص غیر­تهاجمی و زودهنگام برخی از بیماری­ها را فراهم می­کند. در این مقاله برای تعیین و اندازه­گیری نرخ تبادل شیمیایی در قالب یک رابطه ی بسته ی ریاضی، تحلیل کمی از اثر CEST در قالب یک تابع هدف جدید ارائه شده است. اعمال روش­های مبتنی بر گرادیان روی تابع هدف محدب گونه ی پیشنهادی، توصیف جدیدی را از دامنه ی بهینه ی پالس اشباع کننده ی الکترومغناطیسی مستطیلی ارائه کرده است. معکوس­گیری از این توصیف، ضمن ارائه ی بیان تحلیلی جدیدی از نرخ تبادل، نمایش ساده­تری برای عامل­های کنتراست CEST دارای فرکانس تشدید بالا در قالبی ناوابسته به میزان غلظت عامل کنتراست را فراهم کرده است. ارزیابی تابع هدف و روابط پیشنهادی از طریق مقایسه با روش­های معتبر برگرفته از حل معادلات بلاخ-مک کانل با استفاده از داده­های پارامتری و واقعی انجام شده است. متوسط مجذور خطای نسبی تابع هدف بر مبنای داده­های پارامتری ۲۵/۷% بوده و برای روابط پیشنهادی دامنه ی بهینه ی پالس اشباع کننده ی الکترومغناطیسی و نرخ تبادل شیمیایی با استفاده از داده­های واقعی به ترتیب ۳/۶% و ۲/۴% است.

کلیدواژه ها:

انتقال اشباع ، بهینه سازی ، عامل کنتراست ، پردازش طیف CEST ، نرخ تبادل شیمیایی ، مغناطیس شوندگی