التصوير نشر في الحبل الشوكي الجرذ عنق الرحم
April 7th, 2015
الهدف من هذا البروتوكول هو الحصول على تصوير بالرنين المغناطيسي المرجح بالانتشار عالي الجودة (DWI) للحبل الشوكي للفئران من أجل التوصيف غير الجراحي للبنية المجهرية للأنسجة. يصف هذا البروتوكول تحسينات تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي وملف الترددات الراديوية وطرق التحليل لتمكين صور DWI خالية من القطع الأثرية.
الهدف العام من هذا الإجراء هو الحصول على تصوير بالرنين المغناطيسي المرجح بالانتشار عالي الجودة للحبل الشوكي للفئران من أجل التوصيف غير الجراحي للبنية المجهرية للأنسجة. يتم تحقيق ذلك عن طريق إعداد فأر أولا في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي مع التعبئة المناسبة ومراقبة الجهاز التنفسي. الخطوة الثانية هي إجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي المرجح بالنشر المخصص مع بوابات الجهاز التنفسي.
بعد ذلك ، يتم تصحيح الصور بحثا عن القطع الأثرية للحساسية. الخطوة الأخيرة هي ملاءمة إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي مع نموذج رياضي. في النهاية ، يتم استخدام مقارنة معلمات النموذج داخل المناطق ذات الأهمية لإظهار خصائص البنية المجهرية للأنسجة.
الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل المسح خارج الجسم الحي ، هي أنه يمكن ترجمتها إلى العيادة لأغراض التشخيص. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في إصابات الحبل الشوكي ، مثل تحديد آليات الإصابة الثانوية وتشخيص الشفاء. سيتم توضيح الإجراء من قبل ناتاشا ويلكنز ومات رينكويست الفنيين من مختبري قبل تنفيذ الخطوات الواردة في هذا البروتوكول.
أولا ، الحصول على موافقة من لجان الرعاية المؤسسية المناسبة واستخدامها لجميع الإجراءات. ابدأ بتخدير الفئران في غرفة الحث باستخدام 5٪ من الفلور في الهواء الطبي. عندما يكون انسحاب المخلب وانعكاس الكتابة غائبا ، قلل التخدير إلى 2٪ ثم انقل إلى سرير الماسح الضوئي في وضع انبطاح الرأس أولا.
حافظ على 2٪ فلور ISO من خلال مخروط الأنف طوال العملية ، وحافظ على الهواء الطبي بمعدل تدفق يبلغ لتر واحد تقريبا في الدقيقة. أيضا ، ضع كمية صغيرة من مرهم التشحيم على عيون الفئران لتجنب إتلاف القرنية أثناء التخدير. ضع حزام مراقبة الجهاز التنفسي بإحكام حول جذع الفئران وقم بتوصيله بنظام بوابات الجهاز التنفسي.
تحقق من كمبيوتر مراقبة الجهاز التنفسي للتأكد من أن الدورة التنفسية واضحة ومتسقة. اضبط الحزام إذا لزم الأمر لأن هذه الخطوة ضرورية لجودة الصورة. استخدم نظام تسخين الهواء الدافئ وراقب درجة حرارة جسم وحافظ عليها من خلال مسبار المستقيم لضمان الحفاظ على درجة حرارته عند 37 درجة مئوية.
حافظ على معدل التنفس بين 30 إلى 45 نفسا في الدقيقة عن طريق ضبط مستوى التخدير بين 1.2 و 2٪ الآن ، ضع الجرذ في حامل الرأس بقضيب عضة وبرغي في قضبان الأذن وحرك الرأس في ملف حجم تربيعي حتى يتم وضع العمود الفقري العنقي في وسط الملف. أخيرا ، قم بدفع الفئران وحاملي الدعم إلى تجويف الماسح الضوئي إن أمكن ، واضبط ضبط مكثفات الملف على التردد المناسب والممانعة وفقا لتعليمات البائع. احصل على مسح استكشافي افتراضي ثلاثي المستويات لضمان تحديد المواقع الصحيحة.
يقومهذا الفحص الأول بتنشيط الإجراءات الآلية لنظام التصوير بالرنين المغناطيسي للكشف عن لمعان تردد الرنين ومعايرة طاقة التردد اللاسلكي وضبط كسب جهاز الاستقبال. تأكد من محاذاة مركز العمود الفقري العنقي مع كل من مركز المغناطيس ومركز ملف التصوير بالرنين المغناطيسي. ثم أضف مسوي الصدى ، تسلسل صدى الدوران المرجح بالانتشار إلى بروتوكول التصوير.
استخدم إعدادات افتراضية للتسلسل ، ولكن وصف 12 شريحة بسماكة شريحة 0.75 ملم ، وتوجيهها بشكل عمودي على المحور الرئيسي للحبل العنقي. استخدم قاعدة المخيخ كمرجع داخلي لضمان وضع الشريحة المتسق بين وعبر الجلسات. قم بتشغيل أشرطة التشبع.
ثم ضع أربعة نطاقات تشبع بسمك 10 ملليمترات خارج الحبل الشوكي لتقليل الإشارة من هذه الأنسجة وتقليل قدرتها على إحداث القطع الأثرية. تأكد أيضا من تشغيل بوابات الجهاز التنفسي. الآن ، قم بإعداد التسلسل باستخدام إعدادات انتظار الانتشار كما هو موضح على الشاشة هنا.
ثم ابدأ الفحص. سيكون إجمالي وقت الاستحواذ حوالي 25 دقيقة خلال عمليات الفحص. مراقبة برنامج بوابات الجهاز التنفسي وضبط فترة التأخير بين الزناد والإشارة إلى نظام التصوير بالرنين المغناطيسي بحيث تحدث عمليات الاستحواذ فقط في الجزء الهادئ من الدورة التنفسية.
لاحظ أن تأخير الزناد بين 100 و 400 مللي ثانية سيكون ضروريا اعتمادا على نمط تنفس. سيساعد ذلك على تقليل القطع الأثرية التي تحدث مع حركة الجهاز التنفسي. إذا كان ذلك متاحا، كرر التسلسل مع ضبط الومضات العكسية المخصصة على تشغيل عند اكتمال التصوير.
أخرج من الحامل وأعده إلى قفصه. راقب حتى يستعيد وعيه. للحفاظ على الرقائق القصية.
ابدأ معالجة الصور عن طريق إجراء تصحيح العيوب للحساسية أولا. ثم قم باستخراج B يساوي وحدات تخزين صفرية من كل فحص في ملف واحد باستخدام الأدوات المساعدة المتوفرة مع FSL أو حزم برامج التصوير بالرنين المغناطيسي الأخرى. يظهر نموذج التعليمات البرمجية هنا.
مطلوب ملف واحد لكل مرحلة في اتجاه التعليمات البرمجية. بعد ذلك ، استخدم الأمر up-up في FSL لإنشاء ملف مصحح مع عناصر تشوه الصورة المنخفضة. قم بتطبيق هذا التصحيح على صور DWI الأولية لاستخدامها لإنشاء خرائط المعلمات.
قم بتحميل ملف DWI المصحح هذا في طريقة عرض FSL وحدد ملف. قم بإنشاء قناع من القائمة. استخدم أدوات القلم الرصاص لرسم منطقة اهتمام داخل نوع واحد من الأنسجة.
احفظ هذا الملف وكرر ذلك لأي مناطق أخرى مرغوبة أو عائد استثمار. استخدم ملف عائد الاستثمار لإخفاء ملف DWI ، ثم احسب متوسط الإشارة داخل عائد الاستثمار لكل وحدة تخزين صورة. انسخ النتائج الثمانية الأولى في برنامج حوسبة عددي مثل MATLAB كمتجه للإشارة المستعرضة ، والنتائج الثماني الثانية كمتجه للإشارة الطولية ، حيث ثمانية هي عدد قيم B المستخدمة.
انسخ أيضا قيم B في البرنامج كمتجه من ثماني قيم B. يجب أن تكون القيم B للاتجاهين المستعرضي والطولي متطابقة إن أمكن. وينبغي الحصول على القيمة B الفعلية بدلا من القيمة B الاسمية من الماسح الضوئي.
استخدم صندوق أدوات تركيب المنحنى لملاءمة بيانات الإشارة مقابل قيمة B مع النموذج المطلوب. عن طريق كتابة أدوات CF في موجه الأوامر ، حدد قيم B كبيانات X ونواقيات الإشارة كبيانات y. ثم حدد قائمة التركيب وأدخل معادلة للتركيب.
لاحظ أنه عند إدخال المعادلة ، قد يلزم تعيين نقاط البداية والحدود للمتغيرات الأكثر منطقية للبيانات. بعد تطبيق المعادلات على الملاءمة ، لاحظ قيم المعلمات التي ستكون بمثابة علامات كمية. تظهر هذه الصورة صورا مرجحة عالية الجودة تم الحصول عليها باستخدام الانتشار المطبق بشكل عرضي وطولي على المحور الرئيسي للحبل الشوكي.
يتم عرض قيم B مختلفة لكل اتجاه توفر أفضل تباين بين المادة البيضاء والرمادية. هنا ، يعرض العمود الأيسر شريحة مصورة بتسلسل DWI. يظهر العمود الأوسط الاستحواذ مع الومضات العكسية.
لاحظ كيف تظهر المعالم التي تظهر ممتدة في الصورة الأولى مضغوطة في العمود الأوسط. يعرض العمود الأيمن الصور المرجحة بالانتشار التي تم تصحيحها باستخدام التعبئة. الصف العلوي هو الصورة المرجحة غير الانتشارية.
يظهر الصف الأوسط ترجيحا للانتشار مطبقا في الاتجاه العرضي ، ويظهر الصف السفلي ترجيحا للانتشار في الاتجاه الطولي. هنا يمكننا أن نرى الإشارة الطبيعية مرسومة كدالة لترجيح الانتشار مع اتجاه ترميز الانتشار العرضي والطولي. يتم حساب خرائط عالية الجودة للانتشار والتفرط ومتباين الخواص من الإشارة في كل فوكسل.
هناك اختلاف واضح في المعلمات بين المادة البيضاء والرمادية بالإضافة إلى الاختلافات الإقليمية في مناطق المادة البيضاء. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر مراقبة تنفس بعناية وضبط تأخير الحصول على مستوى التخدير من أجل تقليل القطع الأثرية للحركة. هذا مهم بشكل خاص في الفئران المصابة التي قد يكون لديها معدلات تنفس غير طبيعية أو مضاعفات فسيولوجية أخرى قد تتطلب تكييف الإجراءات.
نظرة عامة
يحدد هذا البروتوكول عملية الحصول على تصوير بالرنين المغناطيسي المحسن بانتشار الوزن (DWI) بجودة عالية للحبل الشوكي للفئران. يركز على التوصيف غير الغازي لهيكل الأنسجة المجهري من خلال تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي المحسنة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- التصوير الطبي
- بحوث الحبل الشوكي
الخلفية
- تصوير الرنين المغناطيسي المحسن بانتشار الوزن مهم لتقييم هيكل الأنسجة المجهري.
- غالبًا ما تتضمن الطرق الحالية المسح المجهري خارج الجسم، مما يحد من القابلية السريرية.
- يهدف هذا البروتوكول إلى تحسين تقنيات التصوير داخل الجسم.
- يمكن أن يؤدي فهم إصابات الحبل الشوكي إلى استراتيجيات تشخيصية وعلاجية أفضل.
غرض الدراسة
- لتوصيف هيكل الأنسجة المجهري في الحبل الشوكي للفأر بطريقة غير غازية.
- لتحسين تسلسلات التصوير بالرنين المغناطيسي وطرق التحليل للحصول على تصوير خالٍ من القطع الأثرية.
- لتسهيل الترجمة السريرية لتقنيات التصوير في إصابات الحبل الشوكي.
الطرق المستخدمة
- تحضير الفأر باستخدام التخدير ومراقبة التنفس.
- مسح مخصص بتصوير الرنين المغناطيسي المحسن بانتشار الوزن مع بوابة التنفس.
- تصحيح القطع الأثرية الناتجة عن القابلية في الصور المكتسبة.
- النمذجة الرياضية لإشارات التصوير بالرنين المغناطيسي لتحليل خصائص الأنسجة.
النتائج الرئيسية
- الحصول الناجح على صور DWI عالية الجودة للحبل الشوكي.
- تصحيح فعال للقطع الأثرية مما يؤدي إلى تحسين وضوح الصورة.
- القدرة المثبتة على مقارنة معلمات هيكل الأنسجة المجهري.
- إمكانية التطبيق السريري في تشخيص إصابات الحبل الشوكي.
الخلاصات
- يوفر هذا البروتوكول طريقة موثوقة للتصوير DWI داخل الجسم.
- يعزز فهم إصابات الحبل الشوكي وتعافيها.
- يمكن تعديل التقنية للاستخدام السريري، مما يحسن القدرات التشخيصية.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Non-invasive diffusion weighted imaging of the rat cervical spinal cord enables quantitative assessment of tissue microstructure, supporting target validation and mechanistic de-risking in preclinical models of spinal cord injury. This approach provides predictive confidence for therapeutic efficacy by linking imaging biomarkers to pathophysiological changes, informing go/no-go decisions in early discovery. The protocol enhances translational continuity by generating clinically relevant imaging endpoints that can be adapted for diagnostic and prognostic use in CNS drug development programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying microstructural changes in white and gray matter compartments.
- Operational Value: Supports biological de-risking through longitudinal monitoring of tissue integrity in disease models.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by identifying compounds that mitigate diffusion alterations associated with secondary injury mechanisms.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream screening by establishing baseline diffusion parameters in healthy tissue.
- Quantitative Outputs: Generates diffusivity, kurtosis, and anisotropy maps that serve as reproducible, multidimensional readouts for compound screening.
- Platform Scalability: Enables standardized imaging workflows across laboratories through respiratory gating and artifact correction protocols.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Provides a disease-relevant system for monitoring injury progression and recovery in preclinical spinal cord injury models.
- Translational Biomarker Alignment: Derives imaging biomarkers that correlate with histopathological outcomes, supporting biomarker qualification efforts.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs preclinical go/no-go decisions by quantifying microstructural preservation or restoration following intervention.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery continuum from target validation through preclinical development, providing imaging-based metrics that bridge phenotypic screening and mechanistic analysis.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling non-invasive, longitudinal assessment of tissue microstructure in response to pharmacological modulation.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized DWI acquisition and post-processing pipelines that ensure reproducibility across time points and treatment groups.
- Analytics: Provides quantitative dependent variable measurements (e.g., axial and radial diffusivity, fractional anisotropy) that allow comparison of microstructural states across experimental conditions.
- Translational Research: Connects discovery findings to preclinical validation by generating imaging endpoints with direct clinical correlates in spinal cord injury assessment.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging capability for CNS portfolio programs requiring non-invasive structural and microstructural phenotyping.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in CNS target engagement and downstream pathophysiological effects.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization through respiratory gating, susceptibility correction, and ROI-based quantification.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of ineffective compounds, reducing late-stage failure risk due to lack of target-mediated microstructural effect.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by identifying candidates that demonstrate preservation of spinal cord microstructure, aligning with disease-modifying potential.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small-animal MRI setup, anesthesia management, and respiratory gating systems.
- Depends on access to a small-bore animal MRI system capable of high-resolution diffusion weighting and multi-b-value acquisitions.
- Necessitates cross-team standardization of image acquisition protocols, artifact correction procedures, and ROI definition for multi-site studies.
- Involves adaptation considerations across rodent models and injury severities, particularly regarding respiratory stability and motion control.
- Practical limitations include scan time constraints (~25 minutes per session) and the need for precise thermal and physiological monitoring to maintain data quality.
