Knee evaluation under mechanical loading by cones ultrashort echo time MR imaging

通过锥体超短回波时间 MR 成像对机械负荷下的膝关节进行评估

基本信息

  • 批准号:
    10602431
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 12.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-04-05 至 2027-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

ABSTRACT: Dr. Jerban is postdoctoral researcher with a multidisciplinary background who is proposing a research entitled “Knee evaluation under mechanical loading by Cones Ultrashort Echo Time MR imaging” through NIH K01 program under the mentorship of Drs. Christine Chung, Samuel Ward, and Jiang Du to develop into an independent investigator. Improving the osteoarthritis (OA) diagnosis at early stage using Magnetic Resonance Imaging (MRI) techniques are limited by three main barriers. First, the current clinical MRI techniques do not acquire signal from short T2 tissues, such as the meniscus and the deep layer of cartilage. Second, most Ultrashort Echo Time (UTE) MRI techniques that can acquire signal from short T2 tissues are orientation sensitive. Third, knee MRI is routinely performed on joints at rest, which incompletely mimics the actual physiological condition, particularly, the loading aspects. Recently, we have developed new UTE-MRI techniques (UTE-Ad-T1ρ and UTE-MT) that are not orientation-sensitive and that are designed specifically for scanning short T2 tissues of the knee. We have hypothesized that scanning knee joints during mechanical load application using these orientation-insensitive techniques will reveal the mechanical properties of the joint tissues, which in turn will help to distinguish between healthy, early stage and mild OA knee joints. We also hypothesized bone remodels in order to enhance the support to cartilage/menisci regions with defected cartilage, which complementarily confirms the early stage OA diagnosis. A research study is proposed to cover three main specific aims: dissected specimens’ study, whole knee cadaveric study, and in vivo study. First, we will accelerate the UTE-MRI techniques and then will investigate their variation patterns in healthy and moderate OA human cartilage/menisci specimens during the loading/unloading process. We will also assess the supporting bone specimens to compare with UTE variation patterns in cartilages/menisci under loading. Second, we will build and verify a pneumatic loading setup for the cadaver whole knee study, which is meant to assess the temporal variation of knees under a set of loading and unloading steps. Then the UTE-MRI variation patterns in joints from healthy, mild OA, and moderate OA groups during the loading/unloading process will be investigated. Third, we will design and build a separate loading device to perform the in vivo phase of the study. We will determine if in vivo UTE-MRI variation pattern under loading are distinct for early stage OA patients, and if UTE-MRI/CT can detect an improved bone structure and properties for early stage and mild OA knees. The feasibility of accelerating our orientation-insensitive UTE-MRI techniques and the significant sensitivity of our techniques to changes in knee tissues during mechanical load application (using an initial design of loading device) have been demonstrated in our preliminary results. Dr. Jerban and his mentors, Drs. Chung, Ward, and Du, have designed a detailed training plan and assembled a strong team of advisors to guide Dr. Jerban through his career development plan towards becoming an independent investigator.
抽象的: Jerban 博士是一位具有多学科背景的博士后研究员,他提出了一项名为 NIH 的“通过 Cones 超短回波时间 MR 成像对机械负荷下的膝关节进行评估” K01 计划在 Christine Chung、Samuel Ward 和 Jiang Du 博士的指导下发展成为 独立研究者使用磁共振改善骨关节炎 (OA) 的早期诊断。 成像(MRI)技术受到三个主要障碍的限制:首先,目前的临床MRI技术不具备这种能力。 从短 T2 组织(例如半月板和软骨深层)获取信号 其次,最多。 可以从短 T2 组织获取信号的超短回波时间 (UTE) MRI 技术是定向的 第三,膝关节 MRI 通常是在休息时进行,这并不完全模拟实际情况。 生理状况,特别是负荷方面,最近,我们开发了新的 UTE-MRI 技术。 (UTE-Ad-T1ρ 和 UTE-MT)对方向不敏感,专为扫描短视频而设计 我们开发了在机械负载施加期间扫描膝关节的 T2 组织。 使用这些对方向不敏感的技术将揭示关节组织的机械特性,这在 转动将有助于区分健康、早期和轻度 OA 膝关节 我们还捕获了骨骼。 重塑以增强对有缺陷软骨的软骨/半月板区域的支持,这 建议进行一项研究补充,涵盖三个主要领域 具体目标:解剖标本研究、全膝尸体研究、活体研究。 UTE-MRI 技术,然后将研究其在健康和中度 OA 人类中的变异模式 加载/卸载过程中的软骨/半月板标本我们还将评估支撑骨。 其次,我们将构建并与负载下软骨/半月板的 UTE 变化模式进行比较。 验证尸体全膝研究的气动加载设置,旨在评估时间 一组加载和卸载步骤下膝盖的变化,然后是关节中的 UTE-MRI 变化模式。 第三,我们将调查装载/卸载过程中的健康组、轻度 OA 和中度 OA 组。 我们将设计并构建一个单独的加载装置来执行研究的体内阶段。 对于早期 OA 患者,负载下的体内 UTE-MRI 变化模式是不同的,如果 UTE-MRI/CT 可以 检测改善早期和轻度 OA 膝关节的骨结构和特性的可行性。 加速我们对方向不敏感的 UTE-MRI 技术以及我们的技术对 在施加机械载荷(使用加载装置的初始设计)期间膝关节组织的变化已经被 在我们的初步结果中,Jerban 博士展示了他的导师 Chung、Ward 和 Du 博士的设计。 详细的培训计划并组建了强大的顾问团队来指导杰班博士的职业生涯 成为一名独立调查员的发展计划。

项目成果

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