Spatio-temporal variability in clinical fluoroscopy and cine angiography images combined with nonlinear image processing prevents the application of traditional image quality measurements in the cardiac catheterization laboratory. We aimed to develop and validate methods to measure human observer impressions of the image quality.

ABSTRACT High sodium (Na + ) in extracellular (Na + e ) and blood (Na + b ) compartments and low Na + in intracellular milieu (Na + i ) produce strong transmembrane (ΔNa + mem ) and weak transendothelial (ΔNa + end ) gradients respectively, which reflect cell membrane potential ( V m ) and blood-brain barrier (BBB) integrity. We developed a sodium ( 23 Na) magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI) method using an intravenously-administered paramagnetic contrast agent to measure ΔNa + mem and ΔNa + end . In vitro 23 Na-MRSI established that the 23 Na signal is strongly shifted by the agent compared to biological factors. In vivo 23 Na-MRSI showed Na + i remained unshifted and Na + b was more shifted than Na + e , and these together created weakened ΔNa + mem and enhanced ΔNa + end in rat gliomas. Specifically, RG2 and U87 tumors maintained weakened ΔNa + mem (i.e., depolarized V m ) implying an aggressive state for proliferation, and RG2 tumors displayed elevated ΔNa + end suggesting altered BBB integrity. 23 Na-MRSI will allow explorations of perturbed Na + homeostasis in vivo for the tumor neurovascular unit.

ABSTRACT Cellular metabolism is inextricably linked to transmembrane levels of proton (H + ), sodium (Na + ), and potassium (K + ) ions. Although reduced sodium‐potassium pump (Na + ‐K + ATPase) activity in tumors directly disturbs transmembrane Na + and K + levels, this dysfunction is a result of upregulated aerobic glycolysis generating excessive cytosolic H + (and lactate) which are extruded to acidify the interstitial space. These oncogene‐directed metabolic changes, affecting intracellular Na + and H + , can be further exacerbated by upregulation of ion exchangers/transporters. As Na + /H + imbalances impact tumor invasion, chromosomal rearrangements, proliferation rate, angiogenesis, and immune function, measuring interstitial H + (H + o ) or pH (pH o ) and interstitial Na + (Na + o ) could provide unique insights into cancer hallmarks. We obtained proton ( 1 H) and sodium ( 23 Na) magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI) data to map pH o and Na + o in a human‐derived glioblastoma model (U87) in vivo with sorafenib (protein kinase inhibitor) treatment and a placebo. In U87 tumors, sorafenib slowed tumor growth compared to placebo and restored transmembrane H + and Na + levels. Placebo tumors maintained an interstitial space that was less salty and more acidic, similar to naive U87 tumors, implying a proliferative state. However, sorafenib‐treated tumors had interstitial space that became more salty and less acidic, comparable to normal tissue. Importantly, these interstitial ionic changes occurred prior to tumor growth changes. These results imply that glioblastoma therapies, which may perturb transmembrane ions by different mechanisms (e.g., ion pumping, exchange, and/or transport), can be tracked by merging 1 H with 23 Na MRSI to measure treatment effectiveness.

Motivation: Gadolinium based contrast agents (GBCAs) are reported to be toxic and associated with nephrogenic systemic fibrosis (NSF). Alternative options should be developed to minimize toxicity. Goal(s): Develop alternative biocompatible transition metal-based MRI agents for advanced imaging. Approach: Using paramagnetic high spin Fe(II), Co(II), and Ni(II) ions coordinated with well-established cyclic ligands for enhanced MRS imaging to detect cancer tumors at an early stage. Results: Fe(II)DOTA-4AmC2-, Co(II)DOTA-4AmC2-, and Ni(II)DOTA-4AmC2- were synthesized and characterized. Their in vitro pH and temperature sensing capabilities were assessed using BIRDS at 11.7T. Impact: These biocompatible pH sensors can be employed for in vivo pH mapping for early cancer diagnosis and can also be adapted for clinical applications.