New insights into intrinsic foot muscle morphology and composition using ultra-high-field (7-Tesla) magnetic resonance imaging
Smith MMF, Elliott JM, Al-Najjar A, et al (2021)
Bmc Musculoskelet Di 22:97.
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Background: The intrinsic muscles of the foot are key contributors to foot function and are important to evaluate in lower limb disorders. Magnetic resonance imaging (MRI), provides a non-invasive option to measure muscle morphology and composition, which are primary determinants of muscle function. Ultra-high-field (7-T) magnetic resonance imaging provides sufficient signal to evaluate the morphology of the intrinsic foot muscles, and, when combined with chemical-shift sequences, measures of muscle composition can be obtained. Here we aim to provide a proof-of-concept method for measuring intrinsic foot muscles morphology and composition with high-field MRI. Methods: One healthy female (age 39 years, mass 65 kg, height 1.73 m) underwent MRI. A T1-weighted VIBE - radio-frequency spoiled 3D steady state GRE - sequence of the whole foot was acquired on a Siemens 7T MAGNETOM scanner, as well as a 3T MAGNETOM Prisma scanner for comparison. A high-resolution fat/water separation image was also acquired using a 3D 2-point DIXON sequence at 7T. Coronal plane images from 3T and 7T scanners were compared. Using 3D Slicer software, regions of interest were manually contoured for each muscle on 7T images. Muscle volumes and percentage of muscle fat infiltration were calculated (muscle fat infiltration % = Fat/(Fat + Water) x100) for each muscle.
Results: Compared to the 3T images, the 7T images provided superior resolution, particularly at the forefoot, to facilitate segmentation of individual muscles. Muscle volumes ranged from 1.5 cm3 and 19.8 cm3, and percentage muscle fat infiltration ranged from 9.2-15.0%.
Conclusions: This proof-of-concept study demonstrates a feasible method of quantifying muscle morphology and composition for individual intrinsic foot muscles using advanced high-field MRI techniques. This method can be used in future studies to better understand intrinsic foot muscle morphology and composition in healthy individuals, as well as those with lower disorders.
背景：足の内在筋は、足の機能の重要な要因であり、下肢の障害を評価するために重要です。磁気共鳴画像法（MRI）は、筋機能の主要な決定要因である筋形態と組成を測定するための非侵襲的なオプションを提供します。超高磁場（7-T）磁気共鳴画像法は、足の内在筋の形態を評価するのに十分な信号を提供し、化学シフトシーケンスと組み合わせると、筋組成の測定値を取得できます。ここでは、高磁場MRIを使用して固有の足の筋肉の形態と組成を測定するための概念実証方法を提供することを目指しています。 方法：1人の健康な女性（39歳、体重65 kg、身長1.73 m）がMRIを受けた。比較のために、シーメンス7T MAGNETOMスキャナーと3TMAGNETOM Prismaスキャナーで、T1強調VIBE（無線周波数で損なわれた3D定常状態GRE）の足全体のシーケンスを取得しました。高解像度の脂肪/水分離画像も、7Tで3D2ポイントDIXONシーケンスを使用して取得されました。 3Tスキャナーと7Tスキャナーからの冠状面画像を比較しました。 3D Slicerソフトウェアを使用して、7T画像の各筋肉の関心領域を手動で輪郭を描きました。各筋肉の筋肉量と筋肉脂肪浸潤の割合を計算しました（筋肉脂肪浸潤％=脂肪/（脂肪+水）x100）。
結果：3T画像と比較して、7T画像は、特に前足で優れた解像度を提供し、個々の筋肉のセグメンテーションを容易にしました。筋肉量は1.5cm3から19.8cm3の範囲であり、筋肉脂肪浸潤率は9.2-15.0％の範囲でした。
結論：この概念実証研究は、高度な高磁場MRI技術を使用して、個々の内因性足の筋肉の筋肉の形態と組成を定量化する実行可能な方法を示しています。この方法は、将来の研究で使用して、健康な人だけでなく、より低い障害を持つ人の内因性の足の筋肉の形態と組成をよりよく理解することができます。 Keywords: