Fast glomerular quantification of whole ex vivo mouse kidneys using Magnetic Resonance Imaging at 9.4 Tesla

A method to measure total glomerular number (Nglom) in whole mouse kidneys using MRI is presented. The method relies on efficient acquisition times. A 9.4 T preclinical MRI system with a surface cryogenic coil and a 3D gradient echo sequence were used to image nine whole ex vivo BALB/c mouse kidneys labelled with cationized-ferritin (CF). A novel method to segment the glomeruli was developed. The quantification of glomeruli was achieved by identifying and fitting the probability distribution of glomeruli thus reducing variations due to noise. For validation, Nglom of the same kidneys were also obtained using the gold standard: design-based stereology. Excellent agreement was found between the MRI and stereological measurements of Nglom, with values differing by less than 4%: (mean ± SD) MRI = 15 606 ± 1 178; stereology = 16 273 ± 1 523. Using a robust segmentation method and a reliable quantification method, it was possible to acquire Nglom with a scanning time of 33 minutes and 20 seconds. This was more than 8 times faster than previously presented MRI-based methods. Thus, an efficient approach to measure Nglom ex vivo in health and disease is provided.

ZusammenfassungHiermit wird eine Methode mit effizienten Messzeiten zur Bestimmung der gesamten Anzahl der Glomeruli (Nglom) in ganzen Mausnieren mittels MRT vorgestellt. Für die Bildgebung von neun ganzen, mit kationisiertem Ferritin markierten BALB/c Ex-vivo-Mausnieren wurden ein präklinisches 9,4-T-MRT-System mit einer Kryo-Oberflächenspule und eine 3D-Gradientenecho-Sequenz verwendet. Es wurde eine neue Methode zur Segmentierung der Glomeruli entwickelt. Die Glomeruli wurden quantifiziert durch Identifikation und Fitten der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Glomeruli, wodurch die Varianz aufgrund von Rauschen reduziert wird. Zur Validierung wurde Nglom derselben Mausnieren mittels des Goldstandards (designbasierte Stereologie) ermittelt. Die Messungen mittels MRT und Stereologie stimmen sehr genau überein mit Messwerten von Nglom, die sich um weniger als 4% unterscheiden: (Mittelwert ± Standardabweichung) MRT = 15 606 ± 1 178; Stereologie = 16 273 ± 1 523. Eine robuste Segmentierungsmethode und eine zuverlässige Quantifizierung ermöglichen die Bestimmung von Nglom mit einer Messzeit von 33 Minuten und 20 Sekunden. Diese Methode war mehr als acht mal schneller als andere MRT-basierte Methoden, was die Effizienz von Ex-vivo-Messungen von Nglom in gesundem und erkranktem Gewebe erhöht.