本文所述方法采用正电子发射断层扫描与磁共振成像同步成像技术。在脑缺氧-缺血模型中，损伤期间及之后会出现扩散和葡萄糖代谢的动态变化。该模型中不断进展且不可重复的损伤特性要求必须进行同步采集，才能获得有意义的多模态成像数据。
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本文内容
摘要
摘要
在脑缺氧缺血过程中及之后，组织水扩散和葡萄糖代谢会发生动态变化，反映出受累细胞的生物能量代谢紊乱。扩散加权磁共振成像（MRI）可识别因缺氧缺血而受损、可能已发生不可逆损伤的脑区。受累组织中葡萄糖利用的改变可通过正电子发射断层扫描（PET）检测2-脱氧-2-(18F)氟-ᴅ-葡萄糖（[18F]FDG）摄取情况来发现。由于该动物模型中损伤具有快速且多变的特性，必须同时采集两种模态的数据，才能对PET与MRI数据进行有意义的相关性分析。此外，不同动物间因血管差异导致的缺氧缺血性损伤变异，会限制多模态数据的分析能力，若不能在单个受试动物中同步获取数据，则难以采用群体分析方法观察变化。本文所述方法可在同一动物个体中，在缺氧刺激前、期间和之后，同步获取扩散加权MRI和[18F]FDG摄取数据，从而探究即时的生理变化。
引言
全球范围内，中风是导致死亡的第二大原因，也是致残的主要原因1。中风发生期间及急性期后迅速出现一系列生化和生理事件，这些事件对组织存活性及最终预后具有重要影响2。脑缺氧缺血（H-I）可导致缺氧缺血性脑病（HIE），据估计，其在足月儿和早产儿中的发生率分别高达0.3%和4%3,4。HIE患儿的死亡率约为15%至20%。在HIE存活者中，有25%会出现永久性并发症，包括智力障碍、运动功能缺陷、脑性瘫痪和癫痫3,4。以往的治疗干预措施尚未被证实足以成为标准治疗方案，即便是目前最先进的低温疗法，其在降低发病率方面的有效性仍未达成共识3,5。其他存在争议的问题还包括低温治疗的实施方式和患者选择标准6。因此，神经保护与神经修复策略仍是当前富有潜力的研究领域7。
自20世纪60年代以来，脑部缺血-缺氧（H-I）的大鼠模型已建立，并随后被改良用于小鼠8,9。由于该模型的特性及结扎部位的影响，不同动物之间侧支血流的差异导致实验结果存在固有的变异性10。因此，与大脑中动脉闭塞（MCAo）等类似模型相比，此类模型通常具有更高的变异性。已有研究通过激光多普勒血流仪以及扩散加权磁共振成像（MRI）实现了对生理变化的实时监测11。在....
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方案
本文所述的所有动物操作和实验程序均按照《动物研究：体内实验报告指南》（ARRIVE指南）进行，并遵循加州大学戴维斯分校经国际实验动物评估和认可委员会（AAALAC International）认证的机构动物护理与使用委员会批准的方案执行。正确的手术操作不应导致动物出现任何疼痛或不适的迹象，但如果观察到此类症状，应采取适当措施，包括给予镇痛剂，或在某些情况下实施安乐死。本研究所述的单侧操作随机选择动物的右侧进行。
1. 单侧颈总动脉（CCA）结扎
- 准备无菌区域，将已灭菌的手术器械和材料放置在便于操作的位置。确保加热垫已预热至 37 °C，并将温度探头牢固地放置在垫子上。 务必使用无菌手术巾覆盖手术部位。
- 对动物进行麻醉（异氟烷，空气中浓度 1–3%，流速 0.5–1 L/min），并将动物置于仰卧位，尾部朝外。通过轻捏脚趾检查麻醉效果——若动物处于适当麻醉状态，则不应出现反应。在眼睛上涂抹眼用软膏。
- 使用 1–2 根棉签将脱毛膏涂抹于下颈部至胸部上部区域。等待 1–3 分钟，然后用湿纱布或酒精棉签清除毛发和脱毛膏。用聚维酮碘以由内向外画圈的方式消毒切口区域，随后更换为无菌外科手套。
- 使用手术剪沿下颈部中线做约 1 cm 的切口。使用手术剪小心地将表层皮肤与周围筋膜分离。
- 使用两把 McPherson 微型虹膜持针钳，将右侧颈总动脉从筋膜中分离....
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结果
图1展示了在使用6-0丝线缝合关闭切口前，对颈总动脉进行正确结扎后的结果。
在本方法中，成像所获得的数据高度依赖于实验的时间安排，而时间安排又受到包括图像采集方案和设备设置在内的实验限制所决定，同时也决定了这些限制。这些及其他相关因素将在讨论部分进一步探讨。通过本文所述的实验方案，设备的物理设置（图2A）可在快速引入缺氧刺激（图2C）之前、期间和之后（图2B），实现 uninterrupted 多模态图像采集。
在此动物模型中，与许多缺血性卒中模型一样，损伤后可迅速检测到扩散性质的变化（代表性示例如图3A所示）。由于本方法并未从根本上改变脑部H-I模型，因此扩散变化能够被稳定地重现——图3B展示了对侧（未闭塞，左侧）与同侧（闭塞，右侧）脑区在z方向上的表观扩散系数（ADCz）随时间演变的百分比差异（%L-.......
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讨论
在颈总动脉结扎后低氧刺激期间，成功地从实验动物获取了同步的解剖 MRI、动态 DWI-MRI 及 [18F]FDG PET 数据。 此方法为研究脑缺血损伤相关的快速演变的病理生理过程提供了一种强大的多模态成像实验范式，并可轻易拓展用于研究其他 PET 放射性示踪剂（例如神经炎症标志物）和 MRI 序列，以及在缺血刺激期间或之后不久评估干预策略的影响。
在脑缺血-缺氧（H-I）模型中成功实施缺氧刺激期间的同步PET/MRI成像，必须考虑实验的后勤安排，并相应调整方法。可能影响实验时间安排的因素包括但不限于：1）放射性来源——根据所用放射性示踪剂、放射性核素的半衰期以及比活度要求，可能影响可成像动物的总数；2）房间布局——可能影响所用管路的长度，从而影响注射剂量，或需要额外步骤以维持注射剂量；这也可能对麻醉管路中气体混合物达到平衡所需的时间产生轻微影响；3）动物体重——某些机构可能对存活手术的总注射体积设定限制（例如，小于体重的1%），这反过来可能影响管路长度和输注泵速率的设置.......
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披露
JM 和 SW 是基因泰克公司的员工。
致谢
作者谨此致谢加州大学戴维斯分校分子与基因组影像中心以及基因泰克公司生物医学影像部门。本研究工作获得了美国国立卫生研究院生物工程研究合作伙伴计划基金的支持，基金编号为 R01 EB00993。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 手术 | |||
| 手术剪 | Roboz | RS-5852 | |
| 镊子 | Roboz | RS-5237 | |
| 哈特曼蚊式止血钳 | Miltex | 7-26 | |
| 2 把麦克弗森缝合镊，8.5 cm | 精准手术 &和科学仪器 | 4473 | 使用血管钳夹持颈动脉时，用带子减小钳口宽度是有帮助的 |
| 6-0 硅胶涂层编织丝线，带 3/8 C-1 针 | Covidien Sofsilk | S-1172 | |
| 恒温毯系统 | 哈佛仪器 | 507220F | |
| 超级胶水 | （通用） | ||
| 缺氧 | |||
| 氧气流量计 | Alicat Scientific | MC-500SCCM-D | |
| 氮气用流量计 | Alicat Scientific | MC-5SLPM-D | |
| O2 计 | 多系统萎缩 | Altair Pro | |
| 成像 | |||
| 7.05 特斯拉磁共振成像系统 | Bruker | BioSpec | 20 厘米内径磁体，配备梯度线圈。Paravision 5.1 软件。 |
| 直径35毫米的1H射频发射/接收体积线圈 | 布鲁克 | T8100 | |
| PET 系统 | （自制） | 4x24 LSO-PSAPD 探测器， 每探测器10x10 LSO阵列， 1.2 mm 晶体节距，14 mm 深度。14 × 14 mm PSAPD。视场：60 × 35 mm。能量窗：350–650 keV。时间窗：16 nsec。 | |
| 血管插管 Dumont 镊子 | Roboz | RS-4991 | |
| PE-10 聚乙烯管 | BD Intramedic | 427401 | |
| 输注泵 | Braintree Scientific | BS-300 | |
| 动物监测 && 门控设备 | Small Animal Instruments Inc. | Model 1025 | 仅使用呼吸监测 |
| 带温度调节的动物床 | （自制） |
参考文献
- Donnan, G. A., et al. The Lancet. 371, 1614-1623 (2008).
- Turner, R. C., et al. The science of cerebral ischemia and the quest for neuroprotection navigating past failure to future success A review. Journal of Neurosurgery. 118, 1072-1085 (2013).
- Vannucci, R. C., Perlman, J. M.
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