Imágenes de difusión en la médula espinal de rata Cervical

El objetivo general de este procedimiento es obtener imágenes de resonancia magnética ponderada por difusión de alta calidad de la médula espinal de rata para la caracterización no invasiva de la microestructura tisular. Esto se logra preparando primero una rata en el escáner de resonancia magnética con la movilización y el monitoreo respiratorio adecuados. El segundo paso es realizar una resonancia magnética ponderada de difusión personalizada con activación respiratoria.

A continuación, las imágenes se corrigen para los artefactos de susceptibilidad. El paso final es ajustar la señal de resonancia magnética a un modelo matemático. En última instancia, la comparación de los parámetros del modelo dentro de las regiones de interés se utiliza para mostrar las propiedades de la microestructura del tejido.

La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como el escaneo ex vivo, es que se puede trasladar a la clínica con fines diagnósticos. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en las lesiones de la médula espinal, como la identificación de los mecanismos de lesión secundarios y el pronóstico de la recuperación. Demostrando el procedimiento estarán Natasha Wilkins y Matt Renquist, técnicos de mi laboratorio, antes de realizar los pasos de este protocolo.

En primer lugar, obtener la aprobación de los comités de atención y uso institucional correspondientes para todos los procedimientos. Comience anestesiando a la rata en una cámara de inducción utilizando un 5% de flúor en aire medicinal. Cuando la retirada de la pata y el reflejo de escritura estén ausentes, reduzca la anestesia al 2%Luego transfiera al animal a la cama del escáner en una posición prona con la cabeza primero.

Mantenga un 2% de flúor ISO a través de un cono nasal durante todo el procedimiento y mantenga el aire medicinal a un caudal de aproximadamente un litro por minuto. Además, aplique una pequeña cantidad de ungüento lubricante en los ojos de la rata para evitar dañar la córnea mientras está bajo anestesia. Coloque un cinturón de monitoreo respiratorio de forma segura alrededor del torso de la rata y conéctelo a un sistema de compuerta respiratoria.

Revise la computadora de monitoreo respiratorio para asegurarse de que el ciclo respiratorio sea claro y consistente. Ajuste un cinturón si es necesario, ya que este paso es imperativo para la calidad de la imagen. Utilice un sistema de calefacción de aire caliente y controle y mantenga la temperatura corporal del animal a través de una sonda rectal para asegurarse de que se mantenga a 37 grados centígrados.

Mantenga la frecuencia respiratoria entre 30 a 45 respiraciones por minuto ajustando el nivel de anestesia entre 1.2 y 2%Ahora, coloque la rata en el soporte de la cabeza con una barra de mordida y atornille las barras de los oídos y deslice la cabeza en una bobina de volumen en cuadratura hasta que la columna cervical se coloque en el centro de la bobina. Finalmente, avance la rata y los soportes de soporte en el orificio del escáner si corresponde, ajuste la sintonización y los condensadores correspondientes de la bobina a la frecuencia y la impedancia adecuadas de acuerdo con las instrucciones del proveedor. Adquiera un escaneo de exploración de tres aviones predeterminado para garantizar el posicionamiento correcto.

Este primer escaneo activa el sistema de resonancia magnética, los procedimientos automatizados para la detección de la frecuencia de resonancia, la calibración de la potencia de radiofrecuencia y el ajuste de la ganancia del receptor. Verifique que el centro de la columna cervical esté alineado tanto con el centro del imán como con el centro de la bobina de la resonancia magnética. A continuación, añada un cepillador de eco, una secuencia de eco de espín ponderada por difusión al protocolo de imágenes.

Se utilizó una secuencia predeterminada, pero se prescribieron 12 cortes con un grosor de corte de 0,75 milímetros, y se orientaron perpendicularmente al eje principal del cordón cervical. Utilice la base del cerebelo como referencia interna para garantizar un posicionamiento uniforme de las rebanadas entre los animales y entre las sesiones. Encienda las bandas de saturación.

A continuación, coloque cuatro bandas de saturación con un grosor de 10 milímetros fuera de la médula espinal para minimizar la señal de estos tejidos y reducir su potencial para inducir artefactos. Además, asegúrese de activar la activación de la compuerta respiratoria. Ahora, configure la secuencia usando la configuración de difusión en espera como se ve en la pantalla aquí.

A continuación, inicie el escaneo. El tiempo total de adquisición será de aproximadamente 25 minutos a lo largo de los escaneos. Monitoreó el software de compuerta respiratoria y ajustó el período de retardo entre el disparador y la señal al sistema de resonancia magnética para que las adquisiciones ocurran solo en la parte inactiva del ciclo respiratorio.

Tenga en cuenta que será necesario un retraso de activación de entre 100 y 400 milisegundos, dependiendo del patrón de respiración del animal. Esto ayudará a reducir los artefactos que se producen con el movimiento respiratorio. Si está disponible, repita la secuencia con los indicadores inversos personalizados activados cuando se complete la imagen.

Retire al animal del soporte y devuélvalo a su jaula. Vigile al animal hasta que haya recuperado la conciencia. Para mantener la decúbito esternal.

Comience el procesamiento de imágenes realizando primero la corrección de artefactos de susceptibilidad. A continuación, extraiga los volúmenes B igual a cero de cada escaneo en un solo archivo utilizando las utilidades proporcionadas con FSL u otros paquetes de software de resonancia magnética. El código de muestra se ve aquí.

Se requiere un archivo para cada fase en la dirección del código. A continuación, utilice el comando de recarga de FSL para crear un archivo corregido con artefactos de distorsión de imagen reducidos. Aplique esta corrección a las imágenes DWI sin procesar que se utilizarán para la creación de mapas de parámetros.

Cargue este archivo DWI corregido en la vista FSL y seleccione el archivo. Crear máscara desde el menú. Utilice las herramientas de lápiz para dibujar una región de interés dentro de un tipo de tejido.

Guarde este archivo y repita el procedimiento para cualquier otra región de interés o ROI que desee. Utilice el archivo ROI para enmascarar el archivo DWI y, a continuación, calcule la señal media dentro del ROI para cada volumen de imagen. Copie los primeros ocho resultados en un programa de cálculo numérico como MATLAB como vector para la señal transversal, y los segundos ocho resultados como vector para la señal longitudinal, donde ocho es el número de valores B utilizados.

También copie los valores B en el programa como un vector de ocho valores B. Los valores B para las direcciones transversal y longitudinal deben ser idénticos si es posible. El valor B efectivo en lugar del valor B nominal debe obtenerse del escáner.

Utilice una caja de herramientas de ajuste de curvas para ajustar los datos de la señal frente al valor B al modelo deseado. Al escribir CF tools en el símbolo del sistema, seleccione los valores B como datos X y los vectores de señal como datos y. A continuación, seleccione el menú de montaje e introduzca una ecuación para el ajuste.

Tenga en cuenta que al ingresar la ecuación, es posible que sea necesario establecer puntos de partida y límites para las variables que son más razonables para los datos. Después de aplicar las ecuaciones al ajuste, anote los valores de los parámetros que servirán como marcadores cuantitativos. Esta imagen muestra imágenes ponderadas de difusión de alta calidad obtenidas con difusión aplicada transversal y longitudinalmente al eje principal de la médula espinal.

Se muestran diferentes valores B para cada dirección que proporcionan el mejor contraste entre la materia blanca y gris. Aquí, la columna de la izquierda muestra un corte con la secuencia DWI. La columna central muestra la adquisición con blips inversos.

Observe cómo las entidades que aparecen estiradas en la primera imagen aparecen comprimidas en la columna central. La columna de la derecha muestra las imágenes ponderadas por difusión corregidas mediante recarga. La fila superior es la imagen ponderada sin difusión.

La fila central muestra la ponderación de difusión aplicada en la dirección transversal y la fila inferior muestra la ponderación de difusión en la dirección longitudinal. Aquí podemos ver la señal normalizada trazada en función de la ponderación de la difusión con la dirección de codificación de difusión transversal y longitudinal. Se calculan mapas de alta calidad de difusividad, curtosis y anisotropía a partir de la señal en cada vóxel.

Existe una clara diferencia en los parámetros entre la materia blanca y la gris, así como diferencias regionales en las regiones de la materia blanca. Al intentar este procedimiento, es importante recordar monitorear cuidadosamente la respiración del animal y ajustar el retraso en el nivel de anestesia para reducir los artefactos de movimiento. Esto es especialmente importante en ratas lesionadas que pueden tener tasas respiratorias anormales u otras complicaciones fisiológicas que pueden requerir la adaptación de los procedimientos.