利用相位对比磁共振成像评估大鼠动脉中的血流

摘要

来源：Chiu, S. 等. 大鼠颈总动脉中的相位对比磁共振成像. J. Vis. Exp. (2018)。

本视频演示了使用相位对比磁共振成像（PC-MRI）测量大鼠颈总动脉血流的方法。将麻醉后的大鼠固定在MRI扫描床上，并确保其生理参数稳定后，对颈总动脉进行扫描，以特定时间间隔采集图像。随后从这些图像中计算血流量，以评估心动周期中血流的变化。

方案

所有涉及动物模型的操作均已被当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会审核。

1. 动物准备与监测

1. 请勿携带钱包、钥匙、信用卡等任何磁性敏感物品， 等等。 在开始动物MRI扫描前的准备之前，应位于扫描室外。
2. 首先，根据需要，将大鼠（2月龄雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠，280–350 g）置于麻醉诱导舱中，使用5%异氟烷（ISO）与氧气（2 L/min）混合气体麻醉3–5分钟。
3. 当动物呈卧倒状态且对尾部或脚趾夹捏无反应时，停止异氟烷给药，并将动物转移至扫描室。
4. 将大鼠以头先进俯卧位放置于MRI床中，并通过鼻罩装置输送2-3%异氟烷以维持麻醉状态。
5. 通过将呼吸垫传感器置于动物躯干下方来监测呼吸。
6. 将传感器连接至呼吸系统，检测呼吸频率是否在每分钟40-50次（bpm）之间。
7. 对于电影门控相位对比磁共振成像（cine-gated PC-MRI）采集，分别在右前爪和左后爪各放置一个电极（图1a).
8. 将心电图（ECG）导联线缠绕在一起。
9. 使用头部固定装置，配合耳杆和咬合杆固定动物，以限制其头部移动。
10. 使用暖风加热系统或纱布垫在磁体中维持体温。
11. 确保心电图监测仪上的R波清晰可见（图1b）并将动物放入扫描仪中。无需将表面线圈放置在动物颈部上方，因为图像是通过容积线圈获取的。

2. MRI 数据采集

1. 在整个成像过程中使用 2–3% 的异氟烷（ISO）维持麻醉。持续监测生理反应，并尽可能保持稳定。
2. 将动物放入扫描仪后，一旦其生理状态保持稳定，即可开始 MRI 扫描。本研究使用梯度强度为 630 mT/m 的 7 T 小动物 MRI 系统，但也可使用其他场强的小动物 MRI 系统。
3. 从 MRI 扫描仪的控制台显示器中选择“定位序列”（Localizer），并使用任意快速成像序列（例如，快速自旋回波）沿三个方向获取定位像，以生成冠状面、轴状面和矢状面图像。这些定位像的目的是确定成像平面。
4. 确保动物头部和颈部的中心位于磁体中心。如有必要，调整动物位置直至达到正确位置。若动物被重新定位，需重复扫描以获取新的定位像。
5. 从 MRI 扫描仪的控制台显示器中选择“时间飞跃法血管成像”（Time-of-flight (TOF) angiogram）序列，并首先获取二维 TOF 血管像，以确定颈总动脉（CCA）的精确解剖位置。使用以下扫描参数：重复时间（TR）/回波时间（TE）= 22/4.87 ms，翻转角 = 90°，视野（FOV）= 40 × 40 mm²，矩阵大小 = 256 × 256，层厚 0.6 mm，激发次数（NEX）= 1。
   注意： TOF 序列的名称可能因厂商而异。用户可在控制台显示器中输入这些参数。
6. 确保饱和带处于“开启”状态，并放置在上方，以避免静脉信号的干扰。
   注意： 饱和带通常随 TOF 序列提供。若在显示器上未显示饱和带，请通知技术服务人员。
7. 利用 TOF 血管像定位颈总动脉（CCA）后，将相位对比 MRI（PC-MRI）的成像平面定位于 CCA 中心，并调整方向，使切片垂直于血流方向（图 2a）。
8. 确保呼吸和心电门控均已连接至 MRI 系统，并在监控计算机上显示清晰信号（图 1b），并在 MRI 扫描仪控制台显示器的“触发模式”（Trigger Mode）中将触发模块设为“开启”。
9. 在监控计算机（图 1b）上启动 PC-MRI 扫描前，确认动物的生理反应稳定。验证监控计算机和 MRI 扫描仪控制台显示器上的门控选项均处于“开启”状态。
   注意： 本研究所用的生理监测系统由厂商提供。大多数动物扫描仪均配备类似的生理监测系统，且为厂商特有。
10. 从 MRI 扫描仪的控制台显示器中选择 PC-MRI 序列，并使用以下参数进行门控 PC-MRI 扫描：TR/TE = 15.55/4.51 ms（最小 TR 和 TE），翻转角 = 30°，FOV = 40 × 40 mm²，矩阵大小 = 192 × 192，层厚 = 2 mm，速度编码（VENC）= 120 cm/s，NEX = 8。在垂直于成像平面的方向上采集单向 VENC。
    注意： 扫描时间约为 8.5 分钟，但由于动物间心律周期的差异，实际扫描时间可能略有不同。
11. 若需将感兴趣区域（ROI）更改为颈总动脉（CCA）的其他位置（如分叉处），请重复步骤 2.6–2.9 的图像采集过程。
12. 扫描完成后，将动物从扫描仪中取出并送回恢复笼。
13. 使用加热灯为动物保温以维持体温。加热灯应与动物保持至少 15 cm 的距离，以防过热。
14. 当动物开始活动并对尾部或脚趾夹捏产生反应时，关闭加热灯。

结果

图1：动物监测。（a）将心电图电极置于右前爪和左后爪，呼吸垫传感器置于动物躯干下方。（b）心电图信号和呼吸信号在显示器上清晰可见。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
7T 小动物 MRI 系统	Bruker
异氟烷	Baxter	1001936040	麻醉剂
心电图导联	3M	2269T
监测与门控系统	SA instruments, Inc	Model 1030