方法文章

轻度创伤性脑损伤大鼠海马学的高级扩散成像

DOI：

10.3791/60012

⸱

2019年8月14日

 ,  , 
1Infinity lab, Medical Imaging and Signal Processing Group, Ghent University

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

这个程序的总体目标是获得轻度创伤性脑损伤大鼠海马的定量微结构信息。这是使用先进的扩散加权磁共振成像协议和基于兴趣区域的参数扩散图分析完成的。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

轻度创伤性脑损伤 (mTBI) 是最常见的后天性脑损伤类型。由于创伤性脑损伤患者表现出巨大的变异性和异质性(年龄、性别、创伤类型、其他可能的病理等),动物模型在解开临床研究中局限性的因素方面发挥着关键作用。它们提供了一个标准化和受控的设置,以研究损伤的生物机制和TBI后的修复。然而,并非所有动物模型都有效地模仿了mTBI的漫射和微妙特性。例如,常用的受控皮质撞击 (CCI) 和横向流体撞击损伤 (LFPI) 模型利用颅骨切除术暴露大脑并引起广泛的焦部创伤,这在 mTBI 中并不常见。因此,这些实验模型对模拟mTBI无效。因此,应该使用适当的模型来调查 mTBI。大鼠的Marmarou降重模型导致类似的微结构改变和认知障碍,如在轻度创伤患者中看到;因此,此模型是为此协议选择的。传统的计算机断层扫描和磁共振成像 (MRI) 扫描通常显示轻度损伤后没有损伤,因为 mTBI 通常只引起细微和漫反射性损伤。通过扩散加权MRI,可以研究脑组织的微观结构特性,从而更深入地了解轻度创伤后的微观变化。因此,本研究的目标是获得选定感兴趣区域(即海马区)的定量信息,以跟踪轻度和扩散性脑损伤后的疾病进展。

引言

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

创伤性脑损伤(TBI)近年来越来越受到关注,因为很明显,这些脑损伤会导致终生认知、身体、情感和社会后果。尽管这种意识的提高,轻度TBI(mTBI,或脑震荡)仍然经常被少报和未确诊。MTBI被称为无声流行病,有mTBI病史的个人表现出较高的药物滥用率或精神问题2。由于损伤的漫不经其道和微妙性质,每年有一些 mTBI 患者未确诊,这在传统的计算机断层扫描 (CT) 或磁共振成像 (MRI) 扫描中通常不可见。这种脑损伤的放射性证据的缺乏导致了更先进的成像技术的发展,如扩散核磁共振成像,后者对微结构变化更敏感3。

扩散MRI允许在体内绘制微结构图,这种MRI技术在TBI研究4、5、6中得到了广泛的应用。从扩散张量中,计算小数各向异性(FA)和平均扩散率(MD),以量化损伤后微结构组织的变化。最近对 mTBI 患者的检查报告 FA 增加,受伤后 MD 减少,这可能表明斧肿胀7。相反,MD 的增加和 FA 的减少也被发现,并已被建议在水肿形成、斧头退化或纤维失调/中断8

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

该协议已获得根特大学动物伦理委员会(ECD 15/44Aanv)的批准,所有实验均按照欧盟委员会的准则(第2010/63/EU号指令)进行。

1. 动物准备和头盔附件

  1. 称一只雌性Wistar H大鼠(±250克或12周龄),并在充满旋索兰混合物(5%)的小感应室中麻醉和 O2至少 1 分钟。
  2. 在大鼠的颈部注射0.05mg/kg丁丙诺啡,将其送回家庭笼子,并让先发制人的麻醉至少30分钟生效。
    注:在30分钟的等待中,手术部位可以准备。
  3. 将加热垫保持在37°C的手术场下。将消毒手术器械放在用70%乙醇消毒的手术场上。
  4. 将大鼠放回感应室,对大鼠进行麻醉,直到它对爪子或尾巴捏合无反应。
  5. 将大鼠放在手术场上,并在侧尾静脉插入导管。接下来,刮掉大鼠的头,去除多余的毛皮,用氯西丁消毒头皮和手术区的其余部分。
  6. 在头皮中局部注射100 μL的2%利多卡因。
  7. 使用大小为 11 的手术刀进行中线切口,以暴露头骨,用小剪刀去除多余的膜。使用最大传播为 1 厘米的眼部斑点缩回皮肤。 此外,通过轻轻摩擦颅骨上的无菌棉芽,直到骨膜不再存在,去除穿孔。
  8. 在头骨上放一滴纸巾,在消毒金属盘上放一滴(直径为10毫米,厚度3毫米),作为头盔。在圆盘之前,将圆盘粘上大约三分之一,在胸膜后面粘上三分之二。让胶水干燥1分钟。
    9. ....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

在这项研究中,所有TBI大鼠(n= 10)在撞击中幸存下来,并在从麻醉23分离后15分钟内从撞击和麻醉中恢复过来。在CT图像上,没有证据表明颅骨骨折,T2图像没有显示任何异常,如出血,心室扩大,或水肿形成在挫伤部位1天后(图5)。因此,根据这些对解剖图像的目视检查,没有检测到大的焦点病变,证实了损伤的扩散性和轻度性。

通过将 T2 图像的叠加添加到彩色编码的 FA 映射(图 6),检查了 T2 图像和扩散数据集(步骤 4.4)之间的共注册(非刚性)步骤的质量。然后,计算了 FA、MD、AD 和 RD 参数化映射(图1),并将其加载到 Amide 软件中。基于 FA 地图,绘制了包括海马结构在内的 ROI(图 4)。在感兴趣的区域内计算扩散指标的统计值平均值,并导出每个 DTI 指标的平均值以进行进一.......

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

由于 mTBI 通常是扩散和细微损伤的结果,在 CT 和常规 MRI 扫描上没有异常,因此在轻度创伤后评估微结构损伤仍是一个挑战。因此,需要更先进的成像技术来可视化创伤的全部程度。扩散磁共振成像在TBI研究中的应用在过去十年中引起了更多的关注,其中扩散张量成像是最常用的5。DTI 模型的局限性是假设高斯扩散过程不是大脑微观结构的精确假设(由具有膜作为屏障的轴子和细胞组成的复杂网络组成),导致 DTI 指标不特定于基础生物微观结构24。扩散峰度成像是DTI模型的延伸,并试图描述非高斯扩散的程度17。这可能提供有关组织异质性或复杂性的其他信息。

虽然,DTI和DKI模型的缺点是它们只是扩散信号的表示,它代表了概率水位移剖面,但不特定于微观结构6。另一方面,基于峰度张量的白质片完整性模型是一种微结构映射技术,将先验生物信息(假设)纳入模型18。<.......

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

提交人没有利益冲突可披露。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者要感谢研究基金会 - 佛兰德斯(FWO)支持这项工作(授权号:G027815N)。

....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
<强>外伤诱导
0.9% NaCl 生理溶液B Braun394496
黄铜重 450g定制定制直径 18 毫米和 210 毫米高
导管TerumoVersatus-W26G
ethilon IIEthiconEH7824FS-3， 4-0， 3/8， 16mm
Matrass泡沫尺寸E
Plexiglas管ISPA 塑料416564M1 PMMA XT GOO 管 25x19 毫米（内径 19 毫米，最小长度 1.50 米）
临床前 CT 扫描仪MolecubesX-cube
钢盔定制定制直径 10 毫米和 3 毫米厚
Vetbond 组织胶粘剂3M1469SB
Vetergesic（丁丙诺啡）EcuPharVETERG200.05 mk/kg
赛洛卡因 2% 凝胶阿斯利康赛洛卡因 2%凝胶
洛卡因（利多卡因 2%）斯彭/阿斯利康赛洛卡因 2% 凝胶100 &μ;l 注射
扩散 MRI
临床前 MRI 采集软件Bruker Biospin MRI GmbHZ400_PV51_CENTOS55ParaVision 5.1 MRI 软件
临床前 MRI 扫描仪Bruker Biospin MRI GmbHPharmaScan 70/167T MRI 扫描仪
正交体积线圈Bruker Biospin MRI GmbH射频 RES 300 1H 075/040 QSN TR型号：1P T13161C3
小动物生理监测装置快速生物医学EKGHR02-0571-043C01呼吸监测装置
水基加热装置Thermo Fisher ScientificHaake S 5P型号：
1523051麻醉
麻醉 可移动装置兽医技术BDO - Medipass， 艾默伊登
异氟醚： IsofloZoetisB506
制氧机兽医技术7F-3BDO - Medipass， Ijmuiden
扩散图像处理
Amidehttp://amide.sourceforge.net版本 1.0.5。医学影像数据检查员工具箱（Loening AM、Gambhir SS，"AMIDE：用于多模态医学影像分析的免费软件工具"，分子影像学，2（3）：131-137,2003）
ExploreDTIhttp://www.exploredti.comVersion 4.8.6用于扩散加权 MR 图像（Leemans A、Jeurissen B、Sijbers J 和 Jones DK）的工具箱。ExploreDTI：用于处理、分析和可视化扩散 MR 数据的图形工具箱。在：第 17 届国际 Soc Mag Reson Med 年会，第 3537 页，美国夏威夷，2009 年）
MRtrix3http://www.mrtrix.orgVersion 3.0_RC3-86-g4b523b41用于扩散加权 MR 图像的（前）处理和分析工具箱
型 赛阿

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Carroll, L. J., et al. Systematic Review of the Prognosis After Mild Traumatic Brain Injury in Adults. Cognitive, Psychiatric, and Mortality Outcomes: Results of the International Collaboration on Mild Traumatic Brain Injury Prognosis. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 95

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

重印与许可

申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表

申请许可

标签

MRI

相关文章