在大鼠颈脊髓弥散成像

该程序的总体目标是获得大鼠脊髓的高质量弥散加权磁共振成像，用于组织微观结构的无创表征。这是通过首先在 MR 扫描仪中准备一只大鼠并进行适当的动员和呼吸监测来实现的。第二步是使用呼吸门控进行定制的弥散加权 MRI 扫描。

接下来，校正图像的磁敏感度伪影。最后一步是将 MRI 信号拟合到数学模型。最终，在感兴趣区域内比较模型参数来显示组织微观结构的特性。

与离体扫描等现有方法相比，该技术的主要优点是它可以转化为临床诊断目的。这种方法可以帮助回答脊髓损伤中的关键问题，例如确定继发性损伤机制和恢复预后。演示该程序的将是我实验室的 Natasha Wilkins 和 Matt Renquist 技术人员 在执行本协议中的步骤之前。

首先，获得相应机构护理和使用委员会对所有程序的批准。首先在医用空气中使用 5% isof 氟在诱导室中麻醉大鼠。当没有缩爪和书写反射时，将麻醉减少到 2%然后将动物以头部先俯卧位转移到扫描仪床上。

在整个手术过程中，通过鼻锥保持 2% ISO 氟，并保持医用空气的流速约为每分钟 1 升。此外，在大鼠的眼睛上涂抹少量润滑软膏，以避免在麻醉下损伤角膜。将呼吸监测带牢固地放在大鼠的躯干周围，并将其连接到呼吸门控系统。

检查呼吸监测计算机，确保呼吸周期清晰一致。如有必要，请调整皮带，因为此步骤对于图像质量至关重要。使用暖风加热系统，并通过直肠探针监测和维持动物的体温，以确保其保持在 37 摄氏度。

通过将麻醉水平调整在 30% 到 45% 之间，将呼吸频率保持在每分钟 1.2 到 2% 之间现在，用咬杆将大鼠放在头架上，并拧入耳杆，然后将头部滑入正交体积线圈，直到颈椎位于线圈的中心。最后，如果适用，将鼠标和支撑支架推进扫描仪孔中，根据供应商的说明将线圈的调谐和匹配电容器调整到适当的频率和阻抗。获取默认的三平面侦察扫描以确保正确定位。

第一次扫描激活了 MRI 系统的自动化程序，用于检测谐振频率填充、校准射频功率和调整接收器增益。检查颈椎中心是否与磁铁中心和 MRI 线圈中心对齐。然后将回波平面器、扩散加权自旋回波序列添加到成像方案中。

使用序列默认设置，但规定了 12 个切片，切片厚度为 0.75 毫米，并使这些切片垂直于颈脊髓的主轴。使用小脑基部作为内部参考，以确保动物之间和各个会话的切片定位一致。打开饱和带。

然后将四个厚度为 10 毫米的饱和带放置在脊髓外侧，以最大限度地减少来自这些组织的信号并减少它们诱导伪影的可能性。此外，请务必打开呼吸门控。现在，使用 diffusion waiting 设置设置序列，如此处屏幕上所示。

然后开始扫描。在整个扫描过程中，总采集时间约为 25 分钟。监测呼吸门控软件并调整触发和向 MRI 系统发出信号之间的延迟期，以便采集仅发生在呼吸周期的静止部分。

请注意，根据动物的呼吸模式，需要 100 到 400 毫秒之间的触发延迟。这将有助于减少呼吸运动时出现的伪影。如果可用，请在成像完成时将自定义反向光点设置为 on 来重复该序列。

从支架中取出动物并将其放回笼子中。监测动物，直到它恢复意识。维持胸骨卧位。

首先执行磁化率伪影校正，开始图像处理。然后使用 FSL 或其他 MRI 软件包提供的实用程序将每次扫描的 B 等于零的体积提取到单个文件中。示例代码可在此处查看。

代码方向中的每个阶段都需要一个文件。接下来，使用 FSL 中的 top-up 命令创建减少图像失真伪影的校正文件。将此校正应用于原始 DWI 图像，以用于创建参数映射。

将此更正后的 DWI 文件加载到 FSL 视图中，然后选择文件。从菜单创建蒙版。使用铅笔工具在一种组织类型中绘制感兴趣区域。

保存此文件，然后对任何其他所需的感兴趣区域或 ROI 重复此作。使用 ROI 文件屏蔽 DWI 文件，然后计算每个图像体积的 ROI 内的平均信号。将前 8 个结果复制到数值计算程序（如 MATLAB）中，作为横向信号的向量，将后 8 个结果作为纵向信号的向量，其中 8 是使用的 B 值的数量。

此外，将 B 值作为 8 个 B 值的向量复制到程序中。如果可能，横向和纵向的 B 值应相同。应从扫描仪获取有效 B 值而不是标称 B 值。

使用曲线拟合工具箱将信号与 B 值数据拟合到所需的模型。通过在命令提示符下键入 CF 工具，选择 B 值作为 X 数据，选择信号向量作为 y 数据。然后选择拟合菜单并输入拟合方程。

请注意，在输入方程时，可能需要为对数据更合理的变量设置起点和限值。将方程应用于拟合后，记下将用作定量标记的参数值。该图像显示了在横向和纵向对脊髓主轴施加扩散时获得的高质量弥散加权图像。

每个方向都显示了不同的 B 值，这些值在白质和灰质之间提供了最佳对比度。在这里，左列显示了使用 DWI 序列成像的切片。中间列显示带有反向光点的 acquisition。

请注意，在第一张图像中被拉伸的特征在中间列中是如何被压缩的。右列显示使用加积校正的扩散加权图像。顶行是非扩散加权图像。

中间行显示在横向上应用的扩散加权，底行显示在纵向上施加的扩散加权。在这里，我们可以看到归一化信号绘制为横向和纵向扩散编码方向的扩散加权的函数。根据每个体素处的信号计算扩散率、峰度和各向异性的高质量地图。

白质和灰质之间的参数存在明显差异，白质区域存在区域差异。在尝试此程序时，重要的是要记住仔细监测动物的呼吸并调整麻醉水平的延迟，以减少运动伪影。这对于受伤的大鼠尤其重要，这些大鼠可能具有异常的呼吸频率或其他可能需要调整程序的生理并发症。