无创 体内 小动物 MRI 与 MRS：基本实验操作程序

开始本实验时，将一只麻醉后的小鼠放置在动物固定装置上，随后将该装置插入射频（RF）线圈中。在进行磁共振成像（MRI）或磁共振波谱（MRS）实验之前，需先将射频线圈调节至共振频率，并匹配至50欧姆的特征阻抗。接着，在优化脉冲序列后进行MRI或MRS信号采集，最后使用分析软件对所得图像或谱图进行分析。

大家好，我是来自华盛顿大学放射学系R研究实验室的Dawn Lee。这位是David Senek，同样来自华盛顿大学放射学系及生物工程系的R研究实验室。今天我们将向您展示小鼠磁共振成像和磁共振波谱分析的实验操作流程。

在我们的实验室中，我们使用这些方法来研究小鼠肿瘤模型、肌肉营养不良以及肌肉代谢。现在让我们开始吧。本方案并不旨在涵盖小动物磁共振成像（M-R-I）和磁共振波谱（M-R-S）的各个方面，而是介绍小鼠磁共振成像（M-R-I）和磁共振波谱（M-R-S）实验的基本操作流程。

目的是增进对小动物活体磁共振（MR）实验基本操作的理解，使刚进入MR领域的研究人员能够更好地规划研究中非MR相关的部分，从而最终实现MR与非MR操作的无缝整合。开始磁共振成像（MRI）实验的准备工作时，将使用异氟烷麻醉的小鼠放置于动物固定装置上，使其鼻部插入鼻罩中。

头部固定器可用于头部成像，身体固定器可用于身体成像。保持动物眼睛湿润，使用无菌眼用润滑软膏。

实验过程中，应将动物置于温水循环系统中，保持体温在35至37摄氏度之间。使用动物监测系统监测体温、呼吸和心率周期，并同步呼吸和心脏门控与图像采集。接下来，将标准的农业样品放置在动物旁边，以监测信号的突然变化。

该标准农业样本特别适用于多切片和多时间点成像。当在采集的图像中检测到某个切片出现意外信号变化时，可将该切片剔除。在动物固定稳妥且所有监测组件均已就位后，将动物固定装置置于射频（RF）线圈的中心位置。

将射频线圈移入磁体室，并插入磁体内部的温水循环系统中。现在开始进行 MRI 数据采集。在成像期间，调节流量计至 0.4 至 0.8 毫升/分钟，并将异氟烷蒸发器降低至 1.2 至 1.5%。从小鼠鼻罩排出的废气通过实验室自建的真空系统抽走。

为优化信号接收，将射频线圈调谐至质子¹H的共振频率，并将线圈的特征阻抗匹配至50欧姆。使用磁共振扫描仪的调谐面板时，大多数人体MRI扫描仪除MRS操作外无需单独进行阻抗匹配。开始使用单脉冲序列进行匀场。

匀场过程可优化感兴趣区域中磁场的均匀性。每台扫描仪均有其特定的匀场方法，包括自动快速匀场程序，如快速图谱匀场和梯度匀场。匀场完成后，优化射频脉冲。

通过最大化一维图像轮廓，可在保持脉冲长度恒定并维持足够长的或循环延迟的同时，调整射频脉冲功率。TR 应约为组织 T1 的三到五倍，以沿三个正交方向获取定位像，从而生成轴向、冠状和矢状图像。

可采用快速图像采集序列来获取定位像。所获得的图像将用于规划实际成像，并确定成像平面。在实际成像过程中，采用自旋回波序列。

可以通过多回波成像或使用多个T值的单回波成像来进行两次测量。完成MRI实验后，让我们观察小鼠后肢骨骼肌的活体磁共振波谱（MRS），包括静息状态和最大线粒体状态。通过MRS测量缺血期间及缺血后立即发生的磷酸肌酸变化，可以确定ATP的生成能力。

首先构建一个用于诱导可逆性缺血的套管。取一段宽约5至7毫米、内径为12至15毫米的PVC管。在管壁上钻一个小孔，再剪下一小段两端开口的气囊。

氦气质量的气球效果最佳。将此部件插入PVC管中，并将其向后缠绕。用胶带将末端在PVC管外壁上固定在一起。

接下来，使用热缩管将气球两端固定在管子周围进行密封。应形成一个具有坚固外壁和可充气内壁的袖套。在螺纹孔周围裁剪掉相应区域的热缩管和气球。

注意在孔与PVC片边缘之间留出足够的材料，将一段1.5厘米长的非铁金属丝穿入PVC的孔中，以便后续充气。使用五分钟环氧树脂密封该区域。

现在将袖带固定在MRS探头的射频线圈旁，并将其连接至外部信号。连接水银血压计。然后将一只仰卧在小鼠支撑装置上的麻醉小鼠放入MRS探头中。

将充满液体的气球置于小鼠腹侧，并用小鼠固定带将其固定。将小鼠及身体支撑装置放入磁共振波谱（MRS）探头中。将一侧后肢穿过缺血袖带和MRS线圈。

应尽可能将动物的腿部置于线圈中心。这种设置可使动物身体保持水平。将探头置入垂直孔径磁体内部，调节、匹配并匀场，以优化磁共振波谱（MRS）的信噪比，具体操作与磁共振成像（MRI）所述相同，但在 MRS 中，通过最大化谱图信号幅度来优化射频脉冲。

现在使用 P 31 MRS 采集高信噪比、完全弛豫的谱图，或使用 FRS 在完全弛豫条件下测定无机磷酸盐和磷酸肌酸相对于 TP 的比值。进行缺血实验时，首先采集约五分钟的静息状态谱图。随后通过将袖带充气至 270 至 300 毫米汞柱，持续 10 至 12 分钟，以诱导缺血状态。

松开袖带，并采集五分钟的恢复光谱。实验可在后续几天重复进行。接下来，我们将展示一些体内 MRI 和 MRS 的代表性结果。

裸鼠背部移植有D 2 82脑肿瘤，采用常规自旋回波序列进行成像，以观察不同的弛豫效应。在T1加权像中，肿瘤的信号强度与邻近组织相似；而在相应的T2加权像中，肿瘤则清晰地表现为高信号区域。

多回波采集可实现T₂图的计算，其中包含动物体内T₂值变化的定量信息。肿瘤区域的局部T₂变化可在叠加图像上进行纵向监测。此处显示的是从小鼠后肢获得的完全弛豫的³¹P磁共振波谱。

该谱图代表了16次叠加的fis。从左到右的峰依次代表以下肌肉代谢物：无机磷酸盐（Pi）、磷酸肌酸（PCr）以及三磷酸腺苷（ATP）的γ、α和β磷酸基团。在整个动态缺血-再灌注实验过程中采集的³¹P MRS谱图显示，在缺血期间，磷酸肌酸（PCr）水平下降，而无机磷酸盐（Pi）水平上升。缺血期间PCr下降的速率等于静息状态下线粒体ATP的生成速率。

缺血后的PCR恢复可用于计算线粒体最大ATP生成量。我们刚刚向您展示了如何获取活体小鼠图像，并利用磁共振波谱和磁共振成像来测量活体小鼠肌肉代谢。对于磁共振波谱（MRS），我们设计了一种定制的射频探头，可使小鼠身体在垂直孔径磁体中保持水平位置。

因此，这些实验可以在任何宽孔径的垂直系统上进行。在执行该操作时，重要的是要记住在最佳条件下进行，例如对射频线圈进行更好的调谐和匹配，以及改善磁场的均匀性。同时，使用动物监测系统监测动物的状态也非常重要，以维持动物稳定的生理状态，并防止出现任何潜在的人为测量误差。

以上就是全部内容。感谢观看，祝您的实验顺利成功。