تعیین نرخ تبادل شیمیایی عامل‌های کنتراست cest در تصویربرداری مولکولی تشدید مغناطیسی در شرایط حالت دائمی

تبادل شیمیایی در اثر فرایند انتقال اشباع از طریق اعمال پالس اشباع کننده‌ی الکترومغناطیسی به رشته پالس تصویربرداری اسکنر تشدید مغناطیسی، اثر cest نامیده می شود. اثر cest عمدتا به زمان های استراحت، نرخ تبادل شیمیایی، غلظت عامل کنتراست و ویژگی های پالس اشباع کننده‌ی الکترومغناطیسی بستگی دارد. میزان وابستگی نرخ تبادل شیمیایی به برخی از شاخص های بالینی از جمله ph، دما و مصرف گلوکز، امکان تشخیص غیر تهاجمی و زودهنگام برخی از بیماری ها را فراهم می کند. در این مقاله برای تعیین و اندازه گیری نرخ تبادل شیمیایی در قالب یک رابطه‌ی بسته‌ی ریاضی، تحلیل کمی از اثر cest در قالب یک تابع هدف جدید ارائه شده است. اعمال روش های مبتنی بر گرادیان روی تابع هدف محدب‌گونه‌ی پیشنهادی، توصیف جدیدی را از دامنه‌ی بهینه‌ی پالس اشباع کننده‌ی الکترومغناطیسی مستطیلی ارائه کرده است. معکوس گیری از این توصیف، ضمن ارائه‌ی بیان تحلیلی جدیدی از نرخ تبادل، نمایش ساده تری برای عامل های 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 روش های معتبر برگرفته از حل معادلات بلاخ-مک‌کانل با استفاده از داده های پارامتری و واقعی انجام شده است. متوسط مجذور خطای نسبی تابع هدف بر مبنای داده های پارامتری 7.25% بوده و برای روابط پیشنهادی دامنه‌ی بهینه‌ی پالس اشباع کننده‌ی الکترومغناطیسی و نرخ تبادل شیمیایی با استفاده از داده های واقعی به ترتیب 6.3% و 4.2% است.

determining chemical exchange rate of the cest contrast agents in the molecular magnetic resonance imaging at the steady-state conditions

the chemical exchange due to saturation transfer by applying an electromagnetic radiofrequency (rf) pulse to a magnetic resonance scanner is called the cest effect. thecest effect depends mainly on relaxation times, chemical exchange rate, concentrationof the contrast agent and rf pulse properties. dependence of chemical exchange rate onsome clinical indicators such as ph, temperature and glucose consumption, allowsdiagnosis diseases non-invasively. the chemical exchange rate is determined throughpresenting new objective function of the cest effect in the mathematical closed formquantitatively. a new description of the optimal amplitude of the rectangular rf pulse isobtained by applying gradient-based methods on the proposed convex objective function.chemical exchange rate is proposed at the simple representation form independent tocontrast agent by reversing the optimal amplitude description for large shift frequencycontrast agents. evaluation of the objective function and the proposed relations areperformed by comparing them with valid methods derived solving bloch-mcconnellequations through parametric and real data. the mean relative square error of the objectivefunction based on the parametric data is 7.25% and for the proposed the optimal amplitudeand chemical exchange rate based on the real data are 6.3% and 4.2%, respectively.