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Accès ouvert déclaré 2025 article

Wide-band multifrequency MR elastography with a fractional viscoelastic model and nonlinear inversion for enhanced viscoelastic parameter mapping

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Rattachement africain : ca. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

ABSTRACT Magnetic resonance elastography (MRE) typically relies on external vibrations, potentially missing diagnostically relevant low-frequency responses. This study presents a wide-band multifrequency MRE framework that combines intrinsic cardiac motion (≈1 Hz) with conventional 30–60 Hz actuation and reconstructs tissue mechanics with a three-parameter Kelvin-Voigt fractional-derivative (KVFD) model. Subzone nonlinear inversion estimates the baseline stiffness ( ), fractional exponent ( ), and reference frequency ( ) parameters from which frequency-dependent storage ( ), loss ( ), and magnitude ( ) shear moduli are derived. Robustness was verified in COMSOL models containing three stiff inclusions; even with 5% Gaussian noise, was recovered with 12% accuracy and and with 5 % accuracy, while spatial contrast was preserved. Tofu–polyvinyl alcohol (PVA) phantom tests produced two-fold contrast and clear and differentiation between poroelastic tofu and stiff PVA, confirming sensitivity to both stiffness and dispersion. In-vivo , intrinsic–extrinsic MRE was performed in seven patients with hepatic metastasis. Across tumors, the mean contrast-to-noise ratios were 1.30 ( ), 1.10 ( ) and 1.65 ( ), comparable to clinical T2-weighted contrast (∼1.8). A representative colorectal metastasis with a necrotic core showed low and but elevated and centrally, mirroring established MRE signatures of necrosis. Sensitivity analysis demonstrated < 5 % parameter drift for ±30 % initial-value perturbations and a 115 % error increase when the 1 Hz data point was omitted, underscoring the value of the low-frequency anchor. Overall, integrating low-frequency intrinsic motion with KVFD modeling yields stable, spatially resolved biomarkers that capture frequency-dependent behavior invisible to conventional high-frequency MRE, advancing lesion detection and characterization. Statement of Significance Magnetic resonance elastography (MRE) typically probes a narrow high-frequency band (30–60 Hz), missing diagnostically rich low-frequency behavior. We present a wide-band, multifrequency MRE framework that fuses intrinsic cardiac motion (∼1 Hz) with conventional external actuation and reconstructs viscoelasticity using a three-parameter Kelvin–Voigt fractional derivative (KVFD) model. The approach yields interpretable parameters, (baseline stiffness), (power-law dispersion), and (transition frequency), and corresponding frequency-dependent moduli ( , , ). Validation across COMSOL simulations, tofu–PVA phantoms, and in-vivo liver metastasis shows robust convergence under noise, stable parameter recovery, and lesion contrast comparable to clinical MRI, while revealing dispersion not captured by standard MRE. This work expands MRE’s mechanical bandwidth and delivers spatially resolved biomarkers relevant to oncology and to engineered biomaterials whose function depends on frequency-dependent mechanics.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Wide-band multifrequency MR elastography with a fractional viscoelastic model and nonlinear inversion for enhanced viscoelastic parameter mapping
Date Crossref
01/12/2025
Éditeur
Elsevier BV
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Université de Sherbrooke Département de génie mécanique pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Centre Hospitalier Universitaire de Sherbrooke pays non établi dans la notice
    Établissement de santé
  • Centre Hospitalier de l’Université de Montréal Laboratoire clinique de traitement de l'image (LCTI) pays non établi dans la notice
    Établissement de santé
  • Université de Montréal pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure

Département de génie mécanique — Université de Sherbrooke, Centre Hospitalier Universitaire de Sherbrooke et Laboratoire clinique de traitement de l'image (LCTI) — Centre Hospitalier de l’Université de Montréal, avec 1 autre affiliation.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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