Rýchlosť chemických reakcií energetických metabolitov obsahujúcich fosfor v jednotlivých svalových skupinách a pečeni predstavujú významný faktor klasifikácie zdravotného stavu týchto orgánov i celého organizmu. Boli navrhnuté a overené dve nové metodiky lokalizácie dynamických zmien fosforových metabolitov na báze 31P-MRS pre meranie energetického metabolizmu pečene a svalov (1D-ISIS a DRESS). Vyvinuté techniky lokalizácie spektroskopických signálov fosforu zabezpečujú maximálny signál z definovanej oblasti pri minimálnej kontaminácii signálmi z okolitých tkanív. Navrhnuté metódy boli optimalizované pre merania metabolizmu pečene v pokoji a svalu počas dynamického cvičenia pacienta na chodidlovom ergometri. Vysoká reprodukovateľnosť výsledkov bola overená na MR systéme s intenzitou magnetického poľa 7 Tesla.
Metodika merania metabolizmu pečene bola tiež testovaná na pacientoch s nealkoholickou steatózou a steatohepatitídou pečene. Výsledky tejto pilotnej štúdie naznačujú, že meranie energetického metabolizmu pečene pomocou 31P-MRS dokáže neinvazívne rozlíšiť tieto patológie, ktoré sú v súčastnosti diagnostikované jedine pomocou biopsie. Metódy tiež nájdu uplatnenie vo výskume fyziologických i patologických zmien metabolizmu svalov človeka.

Zahraničný partner: Univ.-Prof. Dr. Siegfried Trattnig, MR Center, Highfield MR, Department of Radiology, Medical University of Vienna, Austria.

Obr. 1. Test lokalizačnej schopnosti navrhnutej 1D-ISIS sekvencie. (a) obrázok fantómu s vyzančeným lokalizačným objemom; (b) ³¹P-MR spektrum namerané bez využitia lokalizačnej techniky a (c) lokalizované pomocou 1D-ISIS metódy. Vidieť, že zatiaľ čo signál zo zvoleného objemu je zachytený kompletný, niekoľkonásobne silnejší signál z vonkajšieho priestoru je dokonale potlačený. V in vivo situácii možno tento experiment prirovnať k lokalizácii pečene a vyhnutiu sa kontaminácie spektra signálom z okolitých svalov.

Publikácie:

 

1. VALKOVIČ, Ladislav - CHMELÍK, M. - JUST KUKUROVÁ, I. - JAKUBOVÁ, M. - KIPFELSBERGER, M.Ch. - KRUMPOLEC, P. - TUŠEK JELENC, M. - BOGNER, W. - MEYERSPEER, M. - UKROPEC, J. - FROLLO, Ivan - UKROPCOVÁ, B. - TRATTNIG, S. - KRŠŠÁK, M. Depth-resolved surface coil MRS (DRESS)-localized dynamic 31P-MRS of the exercising human gastrocnemius muscle at 7 T. In NMR in Biomedicine, 2014, vol. 27, no. 11, p. 1346-1352. ISSN 0952-3480. (3.559-IF2013)
2. VALKOVIČ, Ladislav - GAJDOŠÍK, M. - TRAUSSNIGG, S. - WOLF, P. - CHMELÍK, M. - KIENBACHER, Ch. - BOGNER, W. - KREBS, M. - TRAUNER, M. - TRATTNIG, S. - KRŠŠÁK, M. Application of localized 31P MRS saturation transfer at 7 T for measurement of ATP metabolism in the liver: Reproducibility and initial clinical application in patients with non-alcoholic fatty liver disease. In European Radiology, 2014, Vol. 24, no. 7, p. 1602-1609. ISSN 0938-7994. (4.338-IF2013)
3. VALKOVIČ, Ladislav - BOGNER, W. - GAJDOŠÍK, M. - POVAŽAN, M. -  JUST KUKUROVÁ, I. - KRŠŠÁK, M. - GRUBER, S. - FROLLO, Ivan - TRATTNIG, S. - CHMELÍK, M. One-dimensional image-selected in vivo spectroscopy localized phosphorus saturation transfer at 7T. In Magnetic Resonance in Medicine, 2014, vol. 72, no. 6, p. 1509-1515. ISSN 0740-3194. (3.398-IF2013)
4. GAJDOŠÍK, M. - CHMELÍK, M. - JUST KUKUROVÁ, I. - BOGNER, W. - VALKOVIČ, Ladislav - TRATTNIG, S. - KRŠŠÁK, M. Vivo relaxation behavior of liver compounds at 7 Tesla, measured by single-voxel proton in MR spectroscopy. In Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2014, vol. 40, no. 6, p. 1365-1374. ISSN 1053-1807. (2.788-IF2013)
5. HOCK, A. - VALKOVIČ, Ladislav - GEIER, A. - KUNTZEN, T. - BOESIGER, P. -  HENNING, A. Navigator based respiratory gating during acquisition and preparation phases for proton liver spectroscopy at 3 T. In NMR in Biomedicine, 2014, vol. 27, no. 3, p. 348-355. ISSN 0952-3480. (3.559-IF2013)
6. JUST KUKUROVÁ, I. - VALKOVIČ, Ladislav - BOGNER, W. - GAJDOŠÍK, M. - KRŠŠÁK, M. - GRUBER, S. - TRATTNIG, S. - CHMELÍK, M. Two-dimensional spectroscopic imaging with combined free induction decay and long-TE acquisition (FID echo spectroscopic imaging, FIDESI) for the detection of intramyocellular lipids in calf muscle at 7 T. In NMR In Biomedicine, 2014, Vol. 27, p. 980-987. ISSN 0952-3480. (3.559-IF2013) 

Výsledok 2: 3D vizualizácia objektov a ich vnútorných mikroštruktúr v prírodných vedách s využitím röntgenovej mikrotomografie

Projekty: VEGA   (Ústav merania SAV)

Riešiteľ: M. Hain

Boli navrhnuté a aplikované optimalizované mikrotomografické metodiky trojrozmernej  vizualizácie objektov a ich vnútorných mikroštruktúr vybraných objektov a materiálov. V rámci návrhu metodík boli optimalizované podmienky mikrotomografického merania pre konkrétne objekty najmä voľbou optimalizovaného urýchľovacieho napätia, prúdu, času akumulácie signálu na detektore, počtu opakovaní, relaxačného času, materiálu terčíka a počtu RTG projekcií. V oblasti spracovania a vizualizácie výsledkov mikrotomografických meraní boli rozpracované metodiky 3D vizualizácie mikroštruktúr s aplikáciou metód filtrácie dát, renderovania a segmentácie obrazu.

Súvisiace projekty: VEGA .... (Ústav merania SAV). Výsledky boli aplikované v spolupráci s Doc. RNDr. Jozefom Klembarom, DrSc. z Prírodovedeckej fakulty UK pri komparatívnej anatomickej štúdii zástupcov rodu Anguinae, Ing. Pavlom Kováčom, DrSc. z ElÚ SAV pri mikrotomografickej analýze pozdĺžnej nehomogenity supravodičov na báze MgB₂, Dr. Ďurmekovou a Dr. Ružičkom z Prírodovedeckej fakulty UK pri mikrotomografickej analýze hornín a minerálov.

Obr. 1. Mikrotomografická vizualizácia dolných čelustí a dentálnych kostí šiestich zástupcov rodu  Anguinae (po digitálnom spracovaní a segmentácii obrazu, voxelové rozlíšenie 10 μm).

 Publikácie:

 

1. KLEMBARA, J. - HAIN, M. - DOBIASOVA, K. Comparative anatomy of the lower jaw and dentition of Pseudopus apodus and the interrelationships of species of subfamily Anguinae (Anguimorpha, Anguidae). In The Anatomical Record : Advances in Integrative Anatomy and Evolutionary Biology, 2014, vol. 297, no. 3, p. 516-544.
2. HUŠEK, I. - KOVÁČ, P. - ROSOVÁ, A. - MELIŠEK, T. - PACHLA, W. - HAIN, M. Advanced MgB2 wire made by internal magnesium diffusion process. In Journal of Alloys and Compounds, 2014, vol. 588, p. 366-369.
3. DURMEKOVÁ, T. - RUŽIČKA, P. - HAIN, M. - ČAPLOVIČOVÁ, M. Changes in marble quality after sodium sulphate crystallization and long-lasting freeze-thaw testing. In Engineering Geology for Society and Territory - Volume 5 : Urban Geology, Sustainable Planning and Landscape Exploitation. Springer, 2015. ISBN 978-3-319-09047-4, p. 237-241.

Výsledok 3: Algoritmus na odhadovanie parametrov elipsy regresnou metódou s nelineárnymi obmedzeniami a jej aplikácia na určenie neistoty merania fázy kvadratúrneho homodynového interferometra

Projekty: APVV-0096-10, VEGA 1/0038/12, VEGA 1/0043/13 (Ústav merania SAV)

Riešiteľ: V. Witkovský

Výsledok 4: Magnetometrické merania nízkych koncentrácií obalovaných nanočastíc oxidov železa

Projekty: VEGA 2/0152/13 a VEGA 2/0143/13 (Ústav merania SAV)

Riešitelia: M. Škrátek, I. Šimáček, A. Dvurečenskij, M. Majerová, J. Maňka, Cigáň

Obalované magnetické nanočastice sú perspektívnymi nosičmi liečiv pri cielenej terapii. Pri tejto aplikácii je dôležité poznať rozloženie (koncentráciu) nanočastíc v jednotlivých orgánoch, resp. častiach tela. Naša štúdia bola zameraná na vyšetrovanie rôznych parametrov ovplyvňujúcich minimálnu detegovateľnú úroveň pri magnetometrických meraniach nízkych koncentrácií nanočastíc v suspenzných modelových vzorkách pomocou špeciálne upraveného vlastného SQUID gradiometrického systému a SQUID systému MPMS XL 7 AC od firmy Quantum Design. Vyšetrovaný a analyzovaný bol vplyv média, veľkosti vzorky a jej polohy voči snímaču. Závery štúdie poskytujú cenné informácie pre problematiku merania koncentrácie nanočastíc v orgánoch malých laboratórnych zvierat.

Publikácie:

 

1. ŠKRÁTEK, Martin - ŠIMÁČEK, Ivan - DVUREČENSKIJ, Andrej - MAJEROVÁ, Melinda - MAŇKA, Ján. Magnetometric measurements of low concentration of coated Fe3O4 nanoparticles. In Acta Physica Polonica A, 2014, vol. 126, no. 1, p. 396-397. ISSN 0587-4246. (0.604-IF2013)

 

Výsledok 5: Klasifikácia výsledkov identifikácie ischemických lézií získaných pomocou riešenia inverznej úlohy

 

Projekty: VEGA No. 2/0131/13, APVV No. APVV-0513-10

Riešitelia: J. Švehlíková, M. Teplan, M. Tyšler 

Metóda na lokalizáciu dvoch lézií so zmenenou repolarizáciou pomocou inverznej úlohy do dvoch dipólov vychádza z predpokladu, že ekvivalentným elektrickým generátorom každej lézie je jeden dipól. Pri simulácii dvoch lézií bolo v závislosti od simulovaného šumu vo vstupných rozdielových integrálnych potenciálových mapách (SNR 20, 30, 40 dB) správne lokalizovaných 81-86% prípadov, pričom chyba lokalizácie správnych výsledkov bola 1.1±0.7 cm. Pre použitie metódy je však potrebné odlíšiť prítomnosť dvoch lézií od iných prípadov (jedna lézia, viac lézií). Na riešenie tejto úlohy sme vyšpecifikovali 23 charakteristík/čŕt riešenia, ktoré boli použité ako vstup do klasifikácie, ktorej cieľom bolo identifikovať prípady s dvomi léziami. Klasifikačná úloha bola realizovaná pomocou kvadratickej diskriminačnej analýzy s krosvalidáciou. Pomocou selektívneho dopredného greedy algoritmu sa podarilo nájsť štyri črty, pri použití ktorých senzitivita a špecificita rozhodnutia o prítomnosti dvoch lézií presahovala 90 % pre všetky simulované úrovne šumov vo vstupných dátach.

1. ŠVEHLÍKOVÁ, Jana - TEPLAN, Michal - TYSLER, Milan.: Identification of two lesions with local repolarization changes using two dipoles in the Inverse solution. In: Measurement 2013: 9th International Conference on Measurement. Eds. J. Maňka, M.Tyšler, V. Witkovský, I. Frollo. Bratislava: Institute of Measurement Science, SAS, 2013, p. 93-96. ISBN 978-80-969-672-5-4.
2. SVEHLIKOVA, Jana. - TEPLAN, Michal. - TYSLER, Milan.: Classification of inverse solutions to two dipoles. Computing in Cardiology 2013; vol. 40, p.1127-1130, ISSN 2325-8861.
3. SVEHLIKOVA Jana - TEPLAN Michal - TYSLER Milan: Identification of two lesions with local repolarization changes using two dipoles in inverse solution. Simulation study. Computers in Biology and Medicine, 2015, vol. 57, p. 96-102. (1.240 - IF2014). (2015 - Current Contents). ISSN 0010-4825.