Assessment of spin-lattice T1 and spin-spin T2 relaxation time measurements in breast cell cultures at 1.5 Tesla as a potential diagnostic tool in vitro

Magnetic resonance imaging (MRI) is a critically important tool in current medicine. This dynamic diagnostic method allows for detailed and accurate imaging of the human body and diagnosis of metabolic changes by magnetic resonance spectroscopy (MRS) assays. Our work presented herein shows measurement of spin-lattice T1 and spin-spin T2 relaxation time as an indicator of changes in cellular morphology. MRI spin-lattice T1 and spin-spin T2 relaxation time measurements are innovative experiments that provide a detailed picture of the biological microenvironment within cell cultures. Here, we used two types of cell cultures: cancerous and healthy breast cells. By measuring spin-lattice T1 and spin-spin T2 relaxation time in cancerous and healthy cell cultures we can detect differences and morphological conditions of both cell lines. A number of observations indicate that MRI can detect differences between cancer and healthy cells. In order to obtain a high density of cells for our cellular MRI study, we grew the cells in 3D geometry. In this paper, we underline the potential of quantitative MRI in vitro for future cellular mapping of drug concentration and drug efficiency in cell culture. We have shown that MRI, which is used often for imaging of anatomy, is also a promising technology for specific morphological measurements of cells

Neural Network in the Analysis of the MR Signal as an Image Segmentation Tool for the Determination of T1 and T2 Relaxation Times with Application to Cancer Cell Culture

Artificial intelligence has been entering medical research. Today, manufacturers of diagnostic instruments are including algorithms based on neural networks. Neural networks are quickly entering all branches of medical research and beyond. Analyzing the PubMed database from the last 5 years (2017 to 2021), we see that the number of responses to the query “neural network in medicine” exceeds 10,500 papers. Deep learning algorithms are of particular importance in oncology. This paper presents the use of neural networks to analyze the magnetic resonance imaging (MRI) images used to determine MRI relaxometry of the samples. Relaxometry is becoming an increasingly common tool in diagnostics. The aim of this work was to optimize the processing time of DICOM images by using a neural network implemented in the MATLAB package by The MathWorks with the patternnet function. The application of a neural network helps to eliminate spaces in which there are no objects with characteristics matching the phenomenon of longitudinal or transverse MRI relaxation. The result of this work is the elimination of aerated spaces in MRI images. The whole algorithm was implemented as an application in the MATLAB package

Assessment of the usefulness of computed tomography in the exploration of cremation urns and interpretation of their content on the example of a selected grave from site no. 1 in Pysznica (Podkarpackie Voivodeship)

Tematem i celem niniejszego artykułu jest przedstawienie tomografii komputerowej jako narzędzia do prowadzenia kontrolowanej eksploracji urn z ludzkimi szczątkami kostnymi, a także interpretacji jej zawartości (w kontekście archeologicznym – obrządku funeralnego, jak i antropologicznym). Eksploracja takich naczyń jest procesem nieodwracalnego naruszenia pierwotnego układu w ich wnętrzu. Dlatego znajomość składu kolejnych warstw przed przystąpieniem do tej czynności pozwala na ukierunkowaną pracę oraz na podjęcie pewnych interpretacji jeszcze przed makroskopowymi oględzinami zawartości kostnej. Dobór urn do badań dyktowany jest przede wszystkim stanem ich zachowania. Wybierane są te najmniej uszkodzone. Rezultaty przedstawiono na przykładzie jednej z trzech przebadanych urn ze stanowiska nr 1 w Pysznicy (woj. podkarpackie).The subject and the aim of this article is to present computed tomography as a tool for conducting controlled exploration of urns with human bone remains, as well as the interpretation of its content (in the archaeological context – funeral rite but also biological one). The exploration of such vessels is a process of irreversible violation of the original arrangement in their interior. Therefore, knowing the composition of subsequent layers before proceeding with this action allows for targeted work and for undertaking some interpretations even before the macroscopic examination of bone content. The selection of urns for research is primarily dictated by the state of their preservation. The least damaged are selected. The results are presented on the example of one of the three urns examined from site no. 1 in Pysznica (Podkarpackie Voivodeship)

Assessment of the usefulness of medium-field MR systems in imaging of cell cultures

W niniejszym artykule autorzy podjęli próbę oceny przydatności systemów rezonansu magnetycznego o sile 1,5 Tesla do obrazowania małych struktur, jakimi są hodowle komórkowe. Zakres obrazowania, jaki stał się przedmiotem badań, wkracza w obszar będący domeną mikroskopii rezonansu magnetycznego (MRM). W dzisiejszej dobie badania te wykonywane są przy użyciu systemów wysokopolowych zapewniających dużo większe rozdzielczości przestrzenne. Celem pracy było określenie warunków, jak również parametrów skanowania pozwalających na obrazowanie małych obiektów przy wykorzystaniu systemu OPTIMA MR360 produkcji GE Healthcare. W wyniku prac koniecznym stało się opracowanie dodatkowej cewki solenoidalnej, której to zarówno wymiary, kształt, jak i konstrukcja zapewniły optymalną jakość obrazowania możliwą do uzyskania w oparciu o w/w system MR. Artykuł ten jest pierwszym z serii prac ukazujących badania hodowli komórkowych z użyciem rezonansu magnetycznego w Uniwersytecie Rzeszowskim.In this article, the authors attempt to assess the usefulness of 1,5 Tesla magnetic resonance imaging systems for imaging of small structures such as cell cultures. The scope of imaging that has become the subject of research enters the area that is the domain of magnetic resonance microscopy (MRM). Nowadays, these tests are performed using high-field systems providing much higher spatial resolutions. The purpose of the work was to determine the conditions as well as scanning parameters that allow imaging of small objects using the OPTIMA MR360 production system. GE Healthcare. As a result of the work, it became necessary to develop an additional solenoid coil, which both dimensions, shape and design ensured optimal imaging quality possible based on the above MR system. This article is the first in a series of works showing the study of cell cultures using magnetic resonance imaging at the University of Rzeszów

Thermometry of magnetic resonance

Odkryte w połowie XX wieku zjawisko rezonansu magnetycznego stanowi do dnia dzisiejszego potężne narzędzie w rękach badaczy. Znajduje zastosowanie zarówno w naukach biologicznych, jak i technicznych. Sztandarowym zastosowaniem metody obrazowania wykorzystującego zjawisko rezonansu magnetycznego jest medycyna. Ta w pełni nieinwazyjna metoda pozwala na badanie ludzkiego ciała w sposób dotąd niespotykany. Niniejsza praca prezentuje jeden z aspektów zastosowania tej metody, a mianowicie termometrię rezonansu magnetycznego (MRT). W pracy dokonano przeglądu metod pozwalających na monitorowanie temperatury metodą MRI. Pokazano źródła błędów, jak również wybrane metody ich redukcji. Cel pracy. Celem pracy jest przedstawienie metod pomiaru temperatury wnętrza ludzkiego ciała metodami MRI. Termometria MRI (MRT) to ważna funkcjonalność pozwalająca na nieinwazyjne mierzenie temperatury w miejscach o ograniczonym dostępie. Funkcjonalność ta jest nieodzowna w prowadzeniu niektórych rodzajów terapii nowotworów. Znajomość rozkładu temperatur nie tylko w punkcie, ale w całej objętości jest kluczowa do tego rodzaju zastosowań.The phenomenon of magnetic resonance imaging discovered in the mid-20th century is a powerful tool to this day in the hands of researchers. It finds application in both sciences biological and technical. The main application field of the resonance phenomenon is medicine. The method is completely non-invasive and allows the examination of the human body in a manner so far unparalleled. This work presents one aspect of the application of this methods, called magnetic resonance imaging thermometry (MRIT). The paper reviews methods allowing for temperature monitoring. Error sources as well as selected methods of their reduction is presented. Objective of the work. The purpose of the work is to present methods for the measurements of internal body temperature by MRI . Thermometry MRI (MRIT) is an important field that allows non-invasive temperature measurement. This functionality is indispensable in driving certain types of cancer therapy. Knowledge of the temperature is crucial for this application

In vitro MRS spectroscopy of cell cultures

Magnetyczny Rezonans Spektroskopowy (MRS) mimo swojej siedemdziesięcioletniej historii jest dziedziną ulegającą stałemu i niesłabnącemu rozwojowi. Wiąże się to z możliwością wszechstronnego wykorzystania pomiarów MRS zarówno eksperymentalnie do badań podstawowych z zakresu biochemii i fizyki (wyznaczania pewnych parametrów kinetycznych i termodynamicznych), jak i klinicznie w praktyce medycznej. Jako obiekt badań wybrane zostały hodowle komórkowe, a wyniki badania spektroskopowego w hodowlach komórek nowotworowych są prezentowane w niniejszym opracowaniu. Celem pracy była optymalizacja pomiaru spektroskopowego w hodowlach komórkowych na średniopolowym systemie magnetycznego rezonansu jądrowego. Zapotrzebowanie na jakościowe i ilościowe analizy zawartości aminokwasów w mediach i różnych płynach fizjologicznych i poznanie składu mieszanin aminokwasów białek spowodowało rozwój wielu technik spektroskopowych, m.in. MRS.Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS), despite its seventy years of history, is a field undergoing constant and uninterrupted development. This involves the possibility of comprehensive use of MRS measurements both experimentally for basic research in the field of biochemistry and physics (determination of certain kinetic and thermodynamic parameters) as well as clinically in medical practice. Cell cultures were chosen as the object of research and the results of spectroscopic examination in cancer cell cultures are presented in this study. The aim of the work was to optimize spectroscopic measurement in cell cultures on a medium-field nuclear magnetic resonance system. The need for qualitative and quantitative analysis of the content of amino acids in the media and various physiological fluids and knowledge of the composition of amino acid mixtures of proteins has resulted in the development of many spectroscopic techniques, among others MRS

The influence of medium components as a factor disturbing the result of the measurement of the relaxation time T1

Niniejsza praca ukazuje jedno z wybranych źródeł błędów, jakie znacznie powiększają niepewność wyniku określania czasu T1. Autorzy skupili się na wpływie ośrodka, w którym znajduje się badany obszar, na wartość czasu relaksacji. Pokazano na przykładzie fantomu, jak może się zmieniać wartość mierzonego parametru w zależności od właściwości składowych ośrodka. Założeniem każdej tomografii pozwalającej na obrazowanie dowolnych obiektów ze skończoną rozdzielczością przestrzenną jest to, iż piksel na całej swej powierzchni ma jednakową gęstość czy też skład chemiczny. W znakomitej większości przypadków jest to daleko posunięte uproszczenie, które pominięte w czasie analizy może doprowadzić do bardzo poważnych błędów interpretacji wyników prowadzonej diagnostyki czy też bardziej ogólnie badań.This paper shows one of the selected sources of errors that significantly increase the uncertainty of the result of determining the time T1. The authors focused on the influence of the center in which the studied area is located on the value of the relaxation time. It was shown on the example of a phantom how the value of the measured parameter can change depending on the properties of the medium components. The assumption of each tomography that allows imaging of any objects with finite spatial resolution is that the pixel has the same density or chemical composition on its entire surface. In the vast majority of cases, it is a far-reaching simplification which, omitted during the analysis, may lead to very serious errors in the interpretation of the results of the diagnostics or, more generally, tests

Physical fatigue measured by functional MRI

Introduction. Physical fatigue is a physiological condition that can be measured by functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). Aim. Therefore, this work aims to present the research results currently reported in the scientific literature between the years 2014 and 2018 in the field of chronic fatigue syndrome using the functional MRI method. Material and methods. Analysis of literature. Results. We reviewed here the differences between temporary and chronic fatigue

Imaging diagnostics through the eyes of a neurologist

W diagnostyce chorób układu nerwowego dostępne jest szerokie spektrum metod diagnostycznych. Niektóre są wykonywane powszechnie, inne tylko w ośrodkach specjalistycznych. W opracowaniu poniżej omówiliśmy badania obrazowe stosowane w diagnostyce chorób neurologicznych. Szeroko omówiona diagnostyka w kontekście neurologicznym pozwala na uwypuklenie potrzeb, jakie istnieją w tym zakresie z punktu widzenia lekarza neurologa. Pokazano również wartości różnych badań dla różnych schorzeń neurologicznych. Praca ta nie może wyczerpać tematu, jakim jest diagnostyka obrazowa okiem neurologa, ze względu na rozległość tematyki. Założeniem jej jest dokonanie przeglądu dostępnych metod obrazowania i ukazanie ich wartości w leczeniu pacjentów.A wide spectrum of diagnostic methods are available in the diagnosis of nervous system diseases. Some are commonly performed, others only in specialist centers. In the study below, we discussed imaging tests used to diagnose neurological diseases. The broadly discussed diagnostics in the neurological context allow to highlight the needs that exist in this regard from the point of view of the neurologist. The values of various studies for various neurological diseases are also shown. This work cannot exhaust the topic of diagnostic imaging through the eyes of a neurologist due to the extent of the subject. Its assumption is to review the available imaging methods and show their value in treating patients

Paradigms in fMRI

Funkcjonalny Rezonans Magnetyczny (fMRI) jest nieinwazyjną techniką badawczą, która daje wgląd w procesy zachodzące w mózgu pacjenta. Przy jego pomocy ocenia się zarówno miejsca odpowiedzialne za motorykę, jak i funkcje poznawcze. Ta metoda badawcza oparta o własności magnetyczne oksyhemoglobiny i deoksyhemoglobiny zapewnia identyfikacje ośrodków mózgowia w sposób do tej pory niemożliwy. Jej stosowanie jest ważne nie tylko w procesie poznawczym, ale również w procesie leczenia, w szczególności w procesie przygotowywania pacjentów do zabiegów operacyjnych. FRMI należy do diagnostyki szczególnie wymagającej współpracy ze strony pacjenta, ponieważ najczęściej musi on realizować zadania narzucone przez personel badający. To właśnie od właściwego zaprojektowania tychże zadań i schematu czasowego ich realizacji i oceny wyników zależy właściwa diagnostyka. Celem niniejszej pracy jest prezentacja wybranych paradygmatów stosowanych w FMRI.Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) is a non-invasive research technique that gives insight into the processes in the patient’s brain. With its help, both the places responsible for motor skills and cognitive functions are assessed. This research method based on the magnetic properties of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin ensures identification of brain centers in a way that has not been possible so far. FRMI use is important not only in the cognitive process, but also in the treatment process, in particular in the process of preparing patients for surgery. FRMI belongs to the diagnostics particularly demanding cooperation on the part of the patient, because he most often has to carry out tasks imposed by the research staff. It is the proper design of these tasks and the time schedule of their implementation and evaluation of results that determine the correct diagnosis. The purpose of this work is to present selected paradigms used in FMRI