多只小鼠神经解剖磁共振成像

本实验的总体目标是利用多只小鼠脑部 MRI 技术，对活体或固定的小鼠实现高通量表型分析。首先，对每只小鼠进行麻醉处理。随后，在进行活体扫描时，将每只小鼠放置于尺寸合适的滑板上，再将其装入载入阵列，并定位至磁体孔道内。

或者进行离体成像时，执行心脏灌注，分离颅骨结构并将其放入成像管中，随后将成像管置于磁体孔内的16通道螺线管线圈阵列中。最终可获得三维磁共振成像体积数据，显示出高质量的小鼠脑部图像，适用于表型分析以及小鼠大脑中主要和次要结构的观察。该技术相较于组织学等现有方法的主要优势在于，能够保留标本在颅骨内的大体解剖结构，并实现全脑覆盖及三维分析。

该方法有助于解答生物医学领域的关键问题，例如在疾病小鼠模型中，基因与代表表型的解剖学差异之间的关系。通常，初次接触该技术的研究人员会发现，开发用于高通量脑成像的定制小鼠装载装置和射频线圈阵列具有一定难度。在开始本方案之前，必须首先获得所在机构的动物护理委员会、地方动物护理与使用委员会或相应机构对所有批量处理操作的批准，并完成个体识别、体重测量等初步操作。

应在生物安全柜内对动物进行记录。随后，将动物转移至可高压灭菌的塑料容器中，运送到 MRI 诱导室。在预热的诱导室中，使用 4% 异氟烷和每分钟 4 升氧气对需扫描的动物进行麻醉。

当动物对足部夹捏无反应时，即表示已完全麻醉。如有必要，可使用脱毛剂（如nare）去除胸部毛发，以确保与定制滑板中集成的心电图和体温监测设备更好地接触。同时，应在眼睛上涂抹ISV（如天然PMM人工泪液），以防止角膜干燥，并通过皮下注射给予约0.3毫升生理盐水。

为动物补充水分。现在将小鼠分别放置在带有嵌入式心电图、呼吸和温度探针的个体滑板上。注意将小鼠的前后肢准确放入滑板上的凹槽中。

当需要进行心电图监测时，确保小鼠腹侧无毛区域与心电图探头对齐，使用头部固定带和鼻部固定带将每只动物固定，然后将每个载物 sled 滑入一个开口的 50 毫升锥形管中。一次成像过程中最多可同时准备七只活体小鼠。接下来，将锥形管安装到装载阵列上。

所有动物装载完毕后，务必连接全部生理监测导线。将磁体孔内的异氟烷浓度设为2%，氧气流速设为每分钟8升。现在将装载装置移至磁体旁，并将其放置在导轨系统上。

使用轨道系统将装样阵列与小鼠巢穴连接，后者用于将小鼠均匀地定位至磁体孔道中心的各个射频线圈中。当完全插入磁体时，离心管会与射频线圈内的麻醉输送系统对接，如图所示，来自小鼠巢穴的异氟烷氟气与氧气的混合气体通过沿每个独立线圈轴向布置的管道输送至样本。该麻醉气体混合物流经小鼠所在的管路后，由连接在装样阵列后端的主动废气收集装置收集。

根据动物的生理读数（如呼吸和体温），异氟烷（isof）和氟化物水平应设置在0.9%至2%之间。现在，使用快速bin回波序列对动物进行扫描。每次三维扫描的持续时间约为三小时，最终图像分辨率为125微米。在扫描过程中，务必持续监测每只动物的心电图（ECG）读数、呼吸和体温。

扫描过程中，应使用暖空气气流保持动物体温。扫描完成后，将装载阵列从磁体中取出，并放入充满100%氧气的温暖诱导舱内。将动物从管中卸下，并转移至密封的塑料容器中，运送至生物安全柜。

最后，将动物置于温暖无风的笼子中，使其从麻醉状态中恢复，以进行离体动物成像。首先，通过腹腔注射氯胺酮和赛拉嗪的混合物，使动物完全麻醉。在开始灌注前，通过脚趾或脚掌夹捏来评估麻醉的手术平面。

打开胸腔，将针头或安全型带翼输液器插入心脏的左心室，然后剪开右心房以开始经心脏灌注。首先以每小时约100毫升的流速，用30毫升室温的1×磷酸盐缓冲液（含1微升/毫升肝素和2毫摩尔普罗帕酮）进行灌注冲洗。

此步骤大约需要20分钟。接下来使用30毫升室温的4%多聚甲醛与2毫摩尔的pro hands混合液，以每小时100毫升的流速进行第二次固定灌注。现在处死动物，去除皮肤、下颌、耳部以及软骨性鼻尖。

然后将剩余的颅骨结构置于含有2毫摩尔pro hands的4%多聚甲醛中，在4摄氏度下固定过夜。次日，将样本转移至含有0.02%叠氮化钠和2毫摩尔pro hands的1×磷酸盐缓冲液中保存。高分辨率三维磁共振成像（7特斯拉）扫描应在固定后至少4天进行，但不得超过两个半月。

灌注后，将待成像的脑组织置于16通道螺线管线圈阵列中，并将该阵列放入扫描仪。随后使用快速自旋回波序列对样本进行扫描。

该扫描持续时间约为12小时，最终图像将具有32微米的各向同性分辨率。扫描完成后，从成像线圈中取出样本，并将每个颅骨置于含2毫摩尔普鲁卡因的10%福尔马林溶液中以进行保存，以代表体内状态。此处展示的是通过一次三小时扫描获得的多个小鼠脑部成像图像。

该图展示了所扫描的七只小鼠中每只小鼠的三个观察轴向。此处为一幅具有32微米各向同性分辨率的离体脑组织图像。在此，我们可以看到一幅离体图像体积的三维重建结果，一旦掌握该技术即可实现。

如果操作得当，这种体内技术可在三到四小时内完成。许多生物医学领域的研究人员均可使用该技术，在小鼠模型中研究狼疮、亨廷顿病和阿尔茨海默病等疾病。观看本视频后，您将充分掌握如何对活体和固定样本进行成像，以利用磁共振成像（MRI）获得高质量的脑部图像。

感谢观看。