Diffusion d'imagerie dans la moelle épinière cervicale Rat

L’objectif global de cette procédure est d’obtenir une imagerie par résonance magnétique pondérée en diffusion de haute qualité de la moelle épinière du rat pour une caractérisation non invasive de la microstructure tissulaire. Ceci est accompli en préparant d’abord un rat dans le scanner IRM avec une mobilisation appropriée et une surveillance respiratoire. La deuxième étape consiste à effectuer une IRM personnalisée pondérée en diffusion avec déclenchement respiratoire.

Ensuite, les images sont corrigées pour les artefacts de susceptibilité. La dernière étape consiste à ajuster le signal IRM à un modèle mathématique. En fin de compte, la comparaison des paramètres du modèle dans les régions d’intérêt est utilisée pour montrer les propriétés de la microstructure tissulaire.

Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes comme le balayage ex vivo, est qu’elle peut être transposée à la clinique à des fins de diagnostic. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés sur les lésions de la moelle épinière, telles que l’identification des mécanismes de lésion secondaire et le pronostic de guérison. La démonstration de la procédure sera faite par Natasha Wilkins et Matt Renquist, techniciens de mon laboratoire, avant d’effectuer les étapes de ce protocole.

Tout d’abord, obtenir l’approbation des comités de soins et d’utilisation appropriés de l’établissement pour toutes les procédures. Commencez par anesthésier le rat dans une chambre d’induction en utilisant 5 % de fluor dans l’air médical. Lorsque le retrait de la patte et le réflexe d’écriture sont absents, réduisez l’anesthésie à 2 %Ensuite, transférez l’animal sur le lit du scanner en position couchée tête première.

Maintenez 2 % de fluor ISO à travers un cône nasal tout au long de la procédure et maintenez l’air médical à un débit d’environ un litre par minute. Appliquez également une petite quantité de pommade lubrifiante sur les yeux du rat pour éviter d’endommager la cornée sous anesthésie. Placez une ceinture de surveillance respiratoire en toute sécurité autour du torse du rat et connectez-la à un système de contrôle respiratoire.

Vérifiez l’ordinateur de surveillance respiratoire pour vous assurer que le cycle respiratoire est clair et constant. Ajustez une courroie si nécessaire car cette étape est impérative pour la qualité de l’image. Utilisez un système de chauffage à air chaud et surveillez et maintenez la température corporelle de l’animal à l’aide d’une sonde rectale pour vous assurer qu’elle est maintenue à 37 degrés Celsius.

Maintenez la fréquence respiratoire entre 30 et 45 respirations par minute en ajustant le niveau d’anesthésie entre 1,2 et 2 %Maintenant, positionnez le rat dans le support de tête avec une barre de morsure et vissez les barres d’oreille et glissez la tête dans une bobine de volume en quadrature jusqu’à ce que la colonne cervicale soit positionnée au centre de la bobine. Enfin, avancez le rat et les supports de support dans l’alésage du scanner, le cas échéant, ajustez l’accord et l’adaptation des condensateurs de la bobine à la fréquence et à l’impédance appropriées conformément aux instructions du fournisseur. Acquérez un balayage par défaut de trois avions pour assurer un positionnement correct.

Ce premier balayage active les procédures automatisées du système d’IRM pour la détection du cale de fréquence de résonance, l’étalonnage de la puissance de la fréquence radio et l’ajustement du gain du récepteur. Vérifiez que le centre de la colonne cervicale est aligné à la fois avec le centre de l’aimant et le centre de la bobine d’IRM. Ajoutez ensuite un plan d’écho, une séquence d’écho de spin pondérée en diffusion au protocole d’imagerie.

Utilisé un réglage par défaut de la séquence, mais prescrit 12 coupes d’une épaisseur de 0,75 millimètre, et orientez-les perpendiculairement à l’axe principal du cordon cervical. Utilisez la base du cervelet comme référence interne pour assurer un positionnement cohérent des tranches entre les animaux et entre les sessions. Activez les bandes de saturation.

Positionnez ensuite quatre bandes de saturation d’une épaisseur de 10 millimètres à l’extérieur de la moelle épinière pour minimiser le signal de ces tissus et réduire leur potentiel d’induire des artefacts. Assurez-vous également d’activer le déclenchement respiratoire. Maintenant, configurez la séquence à l’aide des paramètres d’attente de diffusion comme indiqué à l’écran ici.

Lancez ensuite l’analyse. Le temps total d’acquisition sera d’environ 25 minutes tout au long des scans. Surveillé le logiciel de déclenchement respiratoire et ajusté la période de retard entre le déclencheur et le signal envoyé au système d’IRM afin que les acquisitions ne se produisent que dans la partie quiescente du cycle respiratoire.

Notez qu’un délai de déclenchement entre 100 et 400 millisecondes sera nécessaire en fonction du schéma respiratoire de l’animal. Cela aidera à réduire les artefacts qui se produisent avec les mouvements respiratoires. Si disponible, répétez la séquence avec les blips inversés personnalisés activés lorsque l’imagerie est terminée.

Retirez l’animal de son support et remettez-le dans sa cage. Surveillez l’animal jusqu’à ce qu’il ait repris conscience. Pour maintenir le sternal couché.

Commencez le traitement de l’image en effectuant d’abord la correction de l’artefact de susceptibilité. Extrayez ensuite les volumes B égal à zéro de chaque numérisation dans un seul fichier à l’aide des utilitaires fournis avec FSL ou d’autres progiciels IRM. Un exemple de code est vu ici.

Un fichier pour chaque phase dans la direction du code est requis. Ensuite, utilisez la commande de recharge dans FSL pour créer un fichier corrigé avec des artefacts de distorsion d’image réduits. Appliquez cette correction aux images DWI brutes à utiliser pour la création de mappages de paramètres.

Chargez ce fichier DWI corrigé dans la vue FSL et sélectionnez le fichier. Créez un masque à partir du menu. Utilisez les outils crayon pour dessiner une région d’intérêt dans un type de tissu.

Enregistrez ce fichier et répétez-le pour toutes les autres régions d’intérêt ou zones d’intérêt souhaitées. Utilisez le fichier ROI pour masquer le fichier DWI, puis calculez le signal moyen dans le ROI pour chaque volume d’image. Copiez les huit premiers résultats dans un programme de calcul numérique tel que MATLAB en tant que vecteur pour le signal transversal, et les huit suivants en tant que vecteur pour le signal longitudinal, où huit est le nombre de valeurs B utilisées.

Copiez également les valeurs B dans le programme sous la forme d’un vecteur de huit valeurs B. Les valeurs B pour les directions transversale et longitudinale doivent être identiques si possible. La valeur B effective plutôt que la valeur B nominale doit être obtenue à partir du scanner.

Utilisez une boîte à outils d’ajustement de courbe pour ajuster les données de signal en fonction de la valeur B au modèle souhaité. En tapant CF tools à l’invite de commande, sélectionnez les valeurs B en tant que données X et les vecteurs de signal en tant que données y. Sélectionnez ensuite le menu d’ajustement et entrez une équation pour l’ajustement.

Notez que lors de la saisie de l’équation, il peut être nécessaire de définir des points de départ et des limites pour les variables les plus raisonnables pour les données. Après avoir appliqué les équations à l’ajustement, notez les valeurs des paramètres qui serviront de marqueurs quantitatifs. Cette image montre des images pondérées de diffusion de haute qualité obtenues avec une diffusion appliquée transversalement et longitudinalement à l’axe principal de la moelle épinière.

Différentes valeurs B sont affichées pour chaque direction qui offre le meilleur contraste entre la matière blanche et grise. Ici, la colonne de gauche montre une tranche imagée avec la séquence DWI. La colonne du milieu montre l’acquisition avec des blips inversés.

Notez comment les entités qui apparaissent étirées dans la première image apparaissent compressées dans la colonne du milieu. La colonne de droite montre les images pondérées en diffusion corrigées à l’aide de la compilation. La rangée du haut est l’image non pondérée en fonction de la diffusion.

La rangée du milieu montre la pondération de diffusion appliquée dans le sens transversal, et la rangée du bas montre la pondération de diffusion dans le sens longitudinal. Ici, nous pouvons voir le signal normalisé tracé en fonction de la pondération de diffusion avec la direction de codage de diffusion transversale et longitudinale. Des cartes de haute qualité de la diffusivité, de l’aplatissement et de l’anisotropie sont calculées à partir du signal à chaque voxel.

Il existe une nette différence de paramètres entre la substance blanche et la matière grise, ainsi que des différences régionales dans les régions de la substance blanche. Lors de cette procédure, il est important de se rappeler de surveiller attentivement la respiration de l’animal et d’ajuster le retard d’anesthésie afin de réduire les artefacts de mouvement. Ceci est particulièrement important chez les rats blessés qui peuvent avoir des taux respiratoires anormaux ou d’autres complications physiologiques qui peuvent nécessiter une adaptation des procédures.