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方法文章

使用激光散斑成像量化脑灌注及磁共振成像量化梗死体积在后循环卒中临床前模型中的应用

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DOI:

10.3791/61673

2020年11月17日

本文内容

摘要

采用犬的大血管闭塞(LVO)卒中模型,开发激光散斑成像技术以实时监测脑灌注。  通过优化弥散加权MRI,使用高b值成像梗死体积,实现表观扩散系数(ADC)和磁共振血管造影(MRA),并与卒中发生时的数字减影血管造影(DSA)结果进行对照。  最后,ADC重建结果与组织学发现相吻合。

摘要

背景: 基底动脉闭塞(BAO)是后循环卒中的一种亚型,其死亡率可高达90%。  目前临床诊断缺血性卒中的标准方法包括计算机断层扫描(CT)、CT血管成像与灌注成像,以及磁共振成像(MRI)。然而,能够准确反映临床疾病特征的大型动物临床前模型,以及用于评估卒中负荷和治疗效果的方法仍十分缺乏。

方法:我们描述了一种后循环大血管闭塞(LVO)卒中的犬类模型,并开发了一种激光散斑成像(LSI)方案,用于实时监测灌注变化。  随后,我们采用高b值弥散加权成像(DWI,b=1800 s/mm2)磁共振成像(MRI)以提高检测敏感性。我们还评估了磁共振血管成像(MRA)评估动脉闭塞的能力,并将其结果与数字减影血管造影(DSA)进行相关性分析。最后,我们通过表观扩散系数(ADC)图谱与组织学结果对照,验证了梗死体积。 

结果:  通过数字减影血管造影(DSA)监测,血栓栓塞的给药成功闭塞了基底动脉(n=7)。   激光散斑成像(LSI)与DSA结果一致,显示卒中发生后脑灌注减少,并在整个实验过程中持续存在,使我们能够实时监测灌注情况。  采用针对犬类优化的b值进行弥散加权成像(DWI),可显示卒中病灶体积,并用于生成表观扩散系数(ADC)图和磁共振血管成像(MRA)图像。实验结束时进行的MRA与闭塞后实施的DSA结果相吻合。最后,MRI上显示的卒中负荷与组织病理学结果一致。

结论:我们的研究利用多模态成像技术,对犬类后循环卒中的血栓栓塞性大血管闭塞模型进行了基于激光散斑成像(LSI)的实时灌注成像,该技术在缺血性卒中的诊断与治疗中具有重要意义。

引言

全球卒中的患病人数接近2570万,其中大多数为缺血性卒中1。 后循环卒中占所有卒中的20%,其中基底动脉闭塞最为严重,死亡率接近90%1,2。 1995年,重组组织型纤溶酶原激活剂(rtPA)成为首个用于发病3小时内缺血性卒中患者的急性期治疗手段3。近年来,机械取栓已被证实对大血管闭塞(LVO)所致的急性缺血性卒中患者具有显著疗效,此类闭塞包括颈内动脉颅内段、大脑前动脉和大脑中动脉的第一段4。 然而,近期的临床试验均未纳入后循环卒中患者,即使采用机械取栓治疗基底动脉闭塞,其预后仍然极差5,6。  

卒中患者评估技术的进步对预测功能恢复和生存率具有重要影响7。既往已有研究描述过椎基底动脉系统卒中的临床前模型8,9,10,但对卒中负荷和再血管化程....

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方案

所有操作均依照《动物福利法》和美国国家研究委员会(NRC 2011)发布的《实验动物护理与使用指南》进行,并经俄亥俄州立大学机构动物护理与使用委员会(IACUC)批准。

1. 第一步 动物准备和手术方案 采用先前描述的基底动脉闭塞(BAO)卒中犬模型9,10

  1. 禁食成年比格犬(8-13 kg,14-21 月龄)过夜,自由饮水。
  2. 注射,  麻醉前肌内给予乙酰丙嗪(0.2 mg/kg) 
  3. 在头静脉中插入一根 20 号导管。 
  4. 通过静脉注射氯胺酮(10 mg/kg)和咪达唑仑(0.025 mg/kg)诱导麻醉。 
  5. 麻醉诱导后,对犬进行气管插管,并使用恒定吸入麻醉(2-3% 异氟烷)进行机械通气。 
  6. 为激光散斑成像创建一个 1 cm2 的颅骨开窗。 
  7. 将 7F 动脉鞘插入右侧股动脉,用于通路建立和血压测量。
  8. 将 16 号套管针插入右侧股静脉,用于采血。
  9. 制备血栓栓子(血凝块),方法如前所述16。简言之,在塑料血清采血管中取 5 mL 犬全血,加入 0.5 g ....

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结果

激光散斑血流灌注记录与成像: 在动物被运送至 MRI 检查前以及安乐死时,持续进行血流灌注记录(图 1A)。数据显示,在基底动脉闭塞前(pre-BAO)时间点,脑灌注下降约 15%,降至 83 ± 10%。这一轻微下降可能是由于远端椎动脉插入微导管所致。注射制备的血栓栓子后,BAO 后灌注量降至平均 33 ± 2.6%,较基线水平下降约 67%(图 1B)。血管造影观察显示,基底动脉在 BAO 前血流通畅(图 2A),而在注入自体血凝块后完全闭塞(图 2B)。与血管造影结果一致,通过颅窗观察的激光散斑灌注成像(LSI)显示闭塞前灌注无受限(图 2C),而闭塞后灌注受限(图 2D)。随后验证了 BAO 模型中栓塞的有效性。为此,采用实时激光散斑对比分析.......

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讨论

后循环卒中最常见的病因包括栓塞、大动脉粥样硬化和小动脉病变5。基底动脉闭塞(BAO)是后循环卒中的一种亚型,具有较高的致残率和死亡率13。在此背景下,本研究采用了一种犬急性后循环卒中模型,并建立了一种激光散斑灌注成像(LSI)方案,用于实时监测闭塞区域的血流灌注情况。通过一个小型颅窗进行激光散斑灌注成像,可实时获取特定感兴趣区域的灌注信息。卒中发生后,灌注水平下降,并持续至实验结束。  该颅窗可提供溶栓药物或取栓装置治疗后灌注变化的实时信息。  在通过颅窗完成LSI成像后,进一步利用rt-LASCA算法对灌注数据进行处理,以可视化卒中受累区域的血管解剖结构15。  本研究中,激光散斑灌注成像所记录的后循环闭塞结果与术中血管造影结果相一致。尽管该颅窗制作耗时不足5分钟,可根据研究需求进行调整,但其实际尺寸仅略大于成像视野。因此,扩大颅窗只会增加周围组织损伤和出血风险,而无法通过设备扩展成像范围。尽管如此,该方法可用于评估溶栓剂、预防性药物或任何可能改变脑血流的药物,且.......

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披露

作者无任何利益冲突需要披露

致谢

本工作部分得到了 Mayfield 教育与研究基金会资助 #GRT00049047 和俄亥俄州服务局加速器奖 #TECG20180269 对 SMN 的支持。

....

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
2% 氯化三苯基四氮唑(TTC,溶于PBS,pH 7.4)Sigma AldrichT8877
EDTA K3 真空采血管Becton DickinsonBD455036
伊红Surgipath3801602
10% 中性缓冲福尔马林Richard-Allan Scientific5701
苏木精 560Surgipath3801570
HUG-U-VAC 定位系统  DRE 兽医1320
LabChart 软件ADInstruments 公司
激光散斑成像相机Perimed 公司,瑞典耶尔费拉PeriCam PSI HR 系统
锂肝素真空采血管,4.5%Becton DickinsonBD 368056
MatlabThe MathWorks, Inc.,美国马萨诸塞州纳蒂克
OsiriX MD v.5.0 软件Pixmeo Inc,日内瓦
PBS 中的 4% 多聚甲醛Alfa AesarAAJ61899AP
PimSoft v1.4 软件Perimed 公司随LSI设备提供的软件
Prisma Fit 3 特斯拉(3T)磁共振成像仪西门子诊断
注射用肝素钠(用于涂覆血气针筒)NovaPlus402525D

参考文献

  1. Donkor, E. S. Stroke in the 21(st) Century: A Snapshot of the Burden, Epidemiology, and Quality of Life. Stroke Research and Treatment. 2018, 3238165(2018).
  2. Kaiser, E. E., West, F. D. Large animal ischemic ....

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