Summary
이 절차의 전반적인 목표 비 침 투 적인 단계 대조 자기 공명 이미징 사용 하 여 쥐 일반적인 경 동맥에서 혈액의 흐름을 측정 하는 것입니다.
Abstract
단계 대조 자기 공명 영상 (PC-MRI)은 혈액의 흐름 등 흐름 관련 매개 변수를 계량 수 비 침 투 적인 접근 이다. 이전 연구 결과 비정상적인 혈 조직의 혈관 위험과 관련 될 수 있습니다 나타났습니다. 따라서, PC-MRI 용이 하 게 하는 적절 한 임상 조사에 심혈 관 질환의 동물 모델에서 얻은 데이터를 변환 하는 수 있습니다. 이 보고서에서 우리는 쥐 씨 네 문이 PC-MRI를 사용 하 여 일반적인 경 동맥 (CCA)에 혈액의 흐름을 측정 하기 위한 절차를 설명 하 고 관련 분석 방법을 토론. 이 절차는 라이브, 마 취 동물에 수행할 수 있습니다 그리고 절차 후 안락사를 필요 하지 않습니다. 제안 된 검색 매개 변수는 결과의 우수한 재현성을 나타내는 혈액 흐름에 대 한 반복 측정 산출 한다. 이 문서에 설명 된 PC MRI 절차 약리 시험, 병 태 생리 평가 및 대뇌 hemodynamics 평가 대 한 사용할 수 있습니다.
Introduction
자기 공명 영상 (MRI)는 내부 신체 구조와 생리에 자세한 정보를 제공 하 고 임상 진단 및 전 임상 동물 연구에서 점점 사용 되 고는 다양 한 접근 이다. 동물 모델은 상당한 임상 의미 1의 더 나은 이해를 위해 중요 한. 동물 모델 마 취 요구 및 생리 적 매개 변수는 인간에서 상당히 다, 이러한 동물에 대 한 mri 검사 절차의 최적화 중요성을 가정 합니다.
단계 대조 MRI (PC-MRI) 혈 같은 흐름 관련 매개 변수를 척도를 흐르는 회전 속도 사용 하는 MRI의 특수 유형입니다. PC-MRI, 동물 모델을 사용 하 여 주요 동맥의 흐름 패턴 매핑 도울 수 있다 심장 혈관 병 리 2에. 또한, PC-MRI 비 접촉 혈 병 태 생리 조건 3에 내재 된 교대를 모니터링할 수 있습니다. 이러한 관측 제안 PC MRI 인간의 심장 혈관 질환의 동물 모델에서 사용할 수 있는 귀중 한 접근.
이 보고서에서 우리는 쥐의 일반적인 경 동맥 (CCA)에 혈액 흐름의 정량화 하는 방법을 설명합니다. 두 CCAs 머리와 목 산 소화 된 혈액을 공급 하 고 경 동맥 질환은 뇌졸중의 주요 원인. 따라서, CCA에 초기 병 리를 검색은. 이 절차는 약 15 분의 기간 그리고 hemodynamics 변경, 이러한 동맥 경화 나 뇌졸중으로 조건에 잠재적으로 적용 될 수 있습니다.
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Protocol
기관 관리 및 사용 위원회 (IACUC) 중국 의과대학의 모든 절차를 승인 했다.
1. 동물 준비 및 모니터링
- MRI 스캔 동물 준비를 시작 하기 전에 스캐너 룸 밖에 서 지갑, 키, 신용 카드, 등 모든 자석으로 감염 개체를 둡니다.
- 처음 3-5 분, 필요에 따라 5 %isoflurane (ISO)와 산소 (2 L/min)의 혼합물을 사용 하 여 유도 상자에 쥐 (2 개월 남성 Sprague-Dawley (SD) 쥐, 280-350 g) anesthetize.
- 동물 휴식 때 꼬리 또는 발가락 핀치에 대 한 응답이 전시, ISO 관리를 중단 하 고 검사 실에 동물을 전송.
- MRI 침대 머리 처음 발생 하기 쉬운 위치에 쥐를 놓고 마 취를 유지 하기 위한 코 콘 장치를 통해 2-3 %ISO 제공 합니다.
- 동물의 몸통 아래 호흡기 베개 센서를 배치 하 여 호흡을 모니터링 합니다.
- 호흡기와 분당 (bpm) 40-50 비트 사이의 호흡 속도를 확인 하는 센서를 연결 합니다.
- PC-MRI 취득 시 네 문이 한 전극에 오른쪽 forepaw 놓고 왼쪽된 뒷 발, 각각 (그림 1a).
- 심전도 (ECG) 케이블을 함께 트위스트.
- 귀 바와 물린 바 머리 홀더를 사용 하 여 머리의 움직임을 제한 하는 동물을 확보.
- 온난 한 공기 난방 시스템 또는 거 즈 패드를 사용 하 여 자석에 체온을 유지 하기 위해.
- R-파 (그림 1b), 심전도 모니터에 분명 하다 고 동물 스캐너에 놓습니다. 이미지 볼륨 코일에 의해 얻어지지 동물의 목 위에 표면 코일을 배치할 필요가 있다.
2. MRI 수집
- 2-3 %ISO 사용 하 여 전체 이미징 절차 동안 마 취를 유지. 생리 적인 응답을 지속적으로 모니터 하 고 유지 가능한 일정.
- 일단 동물 스캐너 안에 배치 되 고 생리 적으로 안정 되 고 MRI 검사를 시작 합니다. 이 연구에서 630 mT/m, 그라데이션 강도 7 T 작은 동물 MRI 시스템을 사용 하지만 작은 동물 MRI 시스템의 다른 분야 힘을 사용할 수 있습니다.
- MRI 스캐너의 콘솔 모니터에서 "지역화" 시퀀스를 선택 하 고 사용 하 여 빠른 이미지 수집 시퀀스, 예를 들면, 빠른 회전 급강하 에코 코로나, 축, 모든 3 개의 방향에 따라 스카우트 이미지 및 화살 이미지 획득 . 이들의 목적은 정찰 이미지 이미징 비행기를 결정 하는 것입니다.
- 동물의 머리와 목의 센터는 자석의 중앙에 있는지 확인 합니다. 필요한 경우, 올바른 위치에이 때까지 동물의 위치를 조정 합니다. 동물의 위치를 변경 하는 경우 반복 스카우트 이미지를 검색 합니다.
- MRI 스캐너의 콘솔 모니터에서 "시간의 비행 (TOF) 혈관 촬영" 시퀀스를 선택 하 고 먼저는 CCA의 정확한 해 부 위치를 확인 하는 2D TOF 혈관 촬영을 취득. 다음과 같은 검색 매개 변수를 사용 하 여: 반복 시간 (TR) / 시간 (TE) 에코 = 22/4.87 석사, 플립 각도 90 °, 시야 (FOV) = = 40 × 40 m m2, 매트릭스 크기 = 256 × 256, 슬라이스 두께 0.6 m m, 여기 (NEX)의 수 = 1.
참고: TOF 시퀀스의 이름 벤더 특정 수 있습니다. 사용자 콘솔 모니터에서 이러한 매개 변수를 삽입할 수 있습니다. - 채도 밴드 "에", 정 신호 간섭을 피하기 위해 상단에 배치 됩니다 확인 하십시오.
참고: 채도 밴드에 대 한 그것은 일반적으로 온다 TOF 시퀀스. 채도 밴드 모니터에 표시 되지 않으면 서비스 사람 주시기 바랍니다. - TOF 혈관 촬영을 사용 하 여 CCA를 찾는 후 CCA의 센터에 PC MRI의 이미지 평면을 대상 하 고는 슬라이스는 혈액의 흐름 (그림 2a)의 방향에 수직 방향.
- 호흡 및 ECG 게이팅 모니터 컴퓨터 (그림 1b)에 명확한 신호를 보여주는 MRI 시스템에 연결 된 고 MRI 스캐너의 콘솔 모니터에서 "에" "트리거 모드" 에서 되도록 트리거 모듈 설정을 확인 하십시오.
- 동물의 생리 적인 응답은 안정적인 모니터링 컴퓨터 (그림 1b)에서 PC-MRI 스캔을 시작 하기 전에 확인 합니다. "에" 모니터 컴퓨터와 MRI 스캐너의 콘솔 모니터 제어 선택 확인 합니다.
참고:이 연구에서 사용 되는 시스템을 모니터링 하는 생리는 벤더에 의해 제공 됩니다. 대부분 동물 스캐너에 대 한 유사한 생리 모니터링 시스템 제공 및 벤더 특정 있습니다. - MRI 스캐너의 콘솔 모니터에서 PC-MRI 시퀀스의 순서를 선택 하 고 다음 매개 변수를 사용 하 여 문이 PC MRI 스캔을 수행: TR/TE=15.55/4.51 ms (최소 TR과 TE), 대칭 이동 각도 30 °, FOV = = 40 × 40 m m2, 매트릭스 크기 = 192 × 192, 슬라이스 두께 2 m m, (: VENC) 인코딩 속도 = = 120 c m/s, NEX = 8. 단방향: VENC 통해-평면 방향으로 취득 된다.
참고: 스캔 시간이 약 8.5 분, 하지만 실제 검색 시간 심장 주기 변화 때문 동물 중에서 약간 다를 수 있습니다. - 영역이 있는 경우 관심 (ROI)의 4분기와 같은, CCA의 다른 위치로 변경 이미지 수집의 2.6-2.9 단계를 반복 합니다.
- 스캐너에서 동물을 제거 하 고 검사가 완료 되 면 복구 케이지를 반환.
- 체온을 유지 하기 위해 난방 램프와 동물을 따뜻한. 과열을 방지 하기 위해 동물에서 램프 최소 15 cm를 유지.
- 동물 이동 시작 하 고 꼬리 또는 발가락 핀치에 대 한 응답을 전시 하는 때, 난방 램프 해제.
3입니다. 데이터 처리
- 디지털 이미징 및 통신 의학 (DICOM) 형식이 나 다른 벤더 전용 형식 MRI 데이터를 저장 합니다. 두 가지 유형의 이미지 생성 시 네: 크기 이미지 (해부학 이미지) 및 위상 이미지 (그림 2b).
참고: 일부 스캐너 크기 이미지 × 단계 이미지 또는 복잡 한 차이 (다른 속도-인코딩 그라디언트는 두 인수 간의 복잡 한 빼기) 수, 이미지의 세 번째 유형을 생성 됩니다. 세 번째 이미지는 공급 업체에 따라 다릅니다. - 사전 이미지 데이터를 처리 합니다. 은밀한 위상 속도 지도에 이미지 하 고 위상 오프셋 오류 5을 수정 합니다.
참고: 단계 이미지 신호 강도의 진정한 속도 값 대신 임의의 미스터 단위 하지만 MR 신호 강도 선형 속도에 비례 이다. 단계 이미지에서 최대 MRI 신호는 일반적으로: VENC의 값으로 할당 하 고 최소 신호: VENC의 반대 값이 할당 됩니다. 추가 코드 파일 1 Matlab 스크립트의 예를 참조 하십시오 하 고"실행버튼을 누릅니다. - CCA의 경계를 추적 하 여 신중 하 게 투자 수익을 나타냅니다. 동맥 팽창 수 있습니다 다양 한 심장 단계 구성으로 각 시간 프레임에 대 한 ROIs를 나타냅니다. 투자 수익, 즉, 속도 × 지역 동맥에 통합 하 여 혈액의 흐름을 계산 합니다. 각 동맥의 결과 혈 mL/s의 단위에서 이었다. 추가 코드 파일 2 Matlab 스크립트의 예를 참조 하십시오 하 고"실행버튼을 누릅니다.
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Representative Results
올바른 슬라이스 기하학은 PC MRI 실험의 성공을 보장에 대 한. 정확한 이미지 평면 위치 "라운드" 동맥 모양 (그림 3a), 및 angulation 증가, 즉, 그것은 동맥에 보다 적게 수직 결과 동맥 형상 ovoid, 더 큰 부분 볼륨에 지도 된다 효과 (그림 3b)입니다. 심각한 부분 볼륨 효과 혈액 흐름 6,7과대평가으로 이어질 것 이다. 따라서, 우리는 이미지 비행기의 위치를 다시 동맥 모양 난 형 이면 옹호.
시간 과정의 내부 검사 재현성 대표 쥐에서 심장 주기는 그림 4에 표시 한 혈액 흐름에 변경 합니다. 볼 수 있는 혈액의 흐름 심장 수축 단계 최대를 도달 하 고 두 섹션에 대 한 심장 확장 단계 기준선을 반환 합니다. 그림 5a 와 5b 보여 영 알트만 줄거리와 점도, 각각 측정 사이 좋은 상관 관계를 보여주는 동일한 세션에서 두 피 측정 사이 (R2= 0.7, P < 0.001). 제안 된 검색 매개 변수를 혈 달성 반복 측정을, 결과의 우수한 재현성을 시연 한다. 이 특성은 주요 동맥 8,9에 약리 효과 테스트에 도움이 증명할 수 있습니다.
PC-MRI 혈액의 흐름을 측정 하는 비 침 투 적인 접근으로, 경도 모니터링 해야 하는 프로토콜에 유리할 수 있습니다. 그림 6 표시 시간 코스 동물에 1 개의 심장 주기 나 2, 4 개월에 검사 하 고 혈 CCA에는 크게 연령에 따라, 쥐에 있는 급속 한 개발을 제안 합니다. 혈액 흐름의 이러한 양적 평가 순환 시스템의 더 나은 이해를 위해 필수적인 되며 따라서 뇌졸중과 동맥 경화에 대 한 전 임상 연구에서 잠재적으로 유용한 도구 될 수 있습니다.
그림 1 : 동물 모니터링. (한) ECG 전극 오른쪽 forepaw에 배치 하는 왼쪽된 뒷 발, 고 호흡기 베개 센서 동물의 몸통 아래에 배치 됩니다. (b)는 심전도 및 호흡 신호 모니터에 명확 하 게 볼 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2 : PC-MRI 검사 및 대표 이미지의 위치의 그림. (한) 슬라이스 TOF 혈관 촬영에서 재건된 화살과 코로나 조회에 위치. 블루 라인 CCA의 중간점의 수준에서 이미지 평면을 나타냅니다. (b) 크기 및 위상 이미지의 대표적인 동물에서 씨 네 시리즈 이미지 한 기간에서. 빨간색 화살표는 CCA 위치를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3 : 대표적인 크기 이미지. (한) 이미징 비행기 동맥에 수직 이며 (b) 이미징 비행기 수직 비 동맥에. 영상 평면 동맥에 수직인 경우 동맥의 모양 난 형 라운드에서 변경 됩니다. 지역 CCA를 포함 하는 빨간 상자에서 증폭 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4 : 대표 쥐에서 혈액 흐름의 내부 검사 테스트. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5 : 내 섹션 CCA 혈액 흐름 측정의 재현성. 섹션 사이 인수 두 혈액 흐름 측정 비교 (a) 영 알트 줄거리. 실선은 파선 묘사는 95% 신뢰 구간 동안 두 측정 사이의 평균 차이 나타냅니다. 2 혈액 흐름 측정의 (b) 분산형 줄거리. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6 : 경도 검사는 CCA에 혈액의 흐름에 연령에 따라 변화를 보여주는 2 개월과 4 개월 된 동물.
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Discussion
PC-MRI 혈액 흐름의 비 침범 성 및 경도 평가 대 한 포괄적인 접근 이다. 선물이 쥐 CCA의 PC-MRI를 수행 하기 위한 프로토콜. 이 절차 어떤 동물 MRI 스캐너에에서 수행 쉽습니다 그리고 좋은 재현성을 보여줍니다.
PC-MRI 기술을 인간 10,11 동물 연구 4,12에 있는 증가 인기를 얻고 있다. 이러한 연구 결과 Peng 그 외 의 중 4 그들의 접근의 유사성으로 인해 특정 관심의 이다 하지만 현재 작품에 주요 차이점은 상기 보고서에서 0.31 m m의 그것에 비해 0.21 m m의 공간 해상도 사용 하 여. 제한 된 공간 해상도 크게 검색 시간을 줄일 수 있지만 결과 부분 볼륨 효과 흐름 정량화의 특히 작은 혈관 6,7에 대 한 편견 수 있습니다. 이후 측정 정확도 우선순위, 0.21 m m 이상의 공간 해상도 목록에 시간을 검색 하는 것은 제안 된 미래에 동물 연구.
PC-MRI 비 문이 그것의 상당히 낮은 스캐닝 시간 6,13,14,15인해 많은 인간 연구에서 혈액 흐름 측정의 다른 방법으로 사용 됩니다. 그러나, 문이 아닌 PC-MRI 하지이 심장 수축과 심장 확장 단계 사이 빠른 교체로 이어지는 쥐의 심장 박동 400 bpm, 높은 수 전 임상 테스트를 위해 사용 하는 동물에 제안입니다. 비 문이 PC-MRI 결과 상대적으로 낮은 흐름 값 및 높은 유사 7; 수축 단계에서 중요 한 정보를 놓칠 수 있습니다. 따라서, 그것은 단지 전 임상 시험에 사용 되는 동물의 거친 의견에 도착에 대 한 사용할 수 있습니다.
많은 검색 매개 변수는 PC-MRI 데이터에 대 한 정확한 quantifications에 연결 되 고: VENC 그들 중 하나 이다. : VENC 과소 단계 앨리어싱 16 발생 하지만 높은: VENC 값 이미지 품질 17에 저하로 이어질 것입니다. 우리는 정상적인 성인 SD 쥐에 대 한 적절 한 120 cm/s의: VENC 값을 사용 합니다. 종 4, 같은 혈관 음색에 변화가 예상 된다는 더 나은 이미지 또는 평가 얻을 수 있다: VENC 가치를 최적화 합니다.
특히는 신뢰할 수 있는 결과 얻기 위해 프로토콜의 중요 한 단계에 지불 되어야 합니다. 첫째, ECG 신호에 의해 MRI 공 진 주파수 손상 및 공 진 회로 피하기 위해, ECG 케이블을 함께 건의 된다. 둘째, 대부분의 작은 동물 MRI 스캐너는 자석에 동물의 체온을 유지 하기 위해 순환 따뜻한 물 회로 통합. 그러나, 흐르는 물 소음을 소개 하며, 따라서 방해 ECG 신호 합니다. 따라서,이 문이 PC-MRI 연구에서 온난 한 공기 난방 제어 품질 향상을 위한 따뜻한 물 순환 시스템을 사용 하는 대신 시스템 또는 거 즈 패드를 사용 하 여 것이 좋습니다.
그것은,이 작품에만 2D PC MRI 시퀀스 데이터 수집에 대 한 고용 했다 주목 해야한다. 씨 네 문이 2D PC MRI의 기본 기술 혈액 흐름 정량화 장점으로 인해 검색 시간 단축된의 쉽고 표준 스캐너에서 구현에 대 한 유망한 도구로 떠오르고 있다. 그러나, 2D PC MRI 기술에 의해 인수 데이터 체적 인수 및 추적, 그로 인하여 난 류 등 몇 가지 중요 한 정보를 누락 신뢰할 수 있는 약식의 부족으로 인해 제한 됩니다. 가속된 시 네 PC-MRI 압축 감지와 병렬 이미징 18,19 해야 같은 더 최신의 기술로 3D PC MRI 펄스 시퀀스 시간 해결 구현 미래에 쥐 CCA 실험. 이 개선에는 속도 분포와 흐름 구조의 공간적 측면에 대 한 통찰력의 제공 수 있게 된다. 그럼에도 불구 하 고, 동물 준비 및이 보고서에서 제시 하는 프로토콜 모니터링이 4 D PC MRI 기술에 여전히 적용 됩니다.
결론적으로, 우리 쥐 비-침략 적 PC-MRI를 사용 하 여 CCA에에서 혈액의 흐름을 측정 하는 간단 하 고 신뢰할 수 있는 프로시저를 보여 줍니다. 이 이미징 방법의 추가 응용 프로그램의 약리 효과, 병 태 생리 평가 및 대뇌 hemodynamics의 평가 테스트를 포함 합니다.
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Disclosures
공개는 아무 상관이 있다.
Acknowledgments
이 작품은 사역의 과학 및 기술, 대만, MOST-105-2314-B-039-044-MY2의 부여 번호 아래에서 교부 금에 의해 지원 되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 7T small animal MRI system | Bruker | ||
| Isoflurane | Baxter | 1001936040 | anesthetic |
| ECG lead | 3M | 2269T | |
| Matlab | MathWorks | sofeware for image processing | |
| Monitoring and gating system | SA instruments, Inc | Model 1030 |
References
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