Imagerie avancée de diffusion dans l'hippocampe des rats avec la blessure cérébrale traumatique douce

Avec ce protocole de formation image de diffusion, il est possible d’étudier des changements microstructuraux dans l’hippocampe d’un rat avec une lésion cérébrale traumatique douce qui ne sont autrement pas visibles sur MRI anatomique. Cette technique peut détecter des altérations dans le cerveau à la suite d’un traumatisme léger et diffus qui ne peut pas être détecté par tomodensitation ou IRM anatomique. Cette technique facilite le suivi du processus de récupération après avoir subi une légère lésion cérébrale traumatique d’une manière objective et quantitative.

Cette technique d’imagerie et d’analyse de diffusion peut également être appliquée dans d’autres troubles affectant le cerveau, tels que la démence et la sclérose en plaques, non seulement dans les études précliniques, mais aussi chez l’homme. Dans ce protocole, il est important que la qualité des analyses de diffusion et des étapes de correction soit élevée, c’est pourquoi des conseils de techniciens et d’analystes expérimentés sont suggérés. Placez l’animal sur un coussin chauffant de 37 degrés Celsius après avoir confirmé un manque de réponse au pincement des orteils chez un rat Wistar H de 12 semaines et insérez un cathéter dans une veine latérale de la queue.

Injectez 100 microlitres de 2% de lidocaïne localement dans le cuir chevelu rasé et désinfecté et faites une incision de midline pour exposer le crâne. Utilisez un petit ciseaux pour enlever les membranes excédentaires et frotter un bourgeon de coton sur le crâne jusqu’à ce que le périoste ne soit plus présent, puis utilisez une goutte de colle tissulaire pour fixer un diamètre de 10 millimètres, un disque métallique de trois millimètres d’épaisseur d’environ 1/3 devant et 2/3 derrière le bregma. Pour l’induction traumatique de lésion cérébrale, placez le rat sur un lit fait sur mesure avec un matelas en mousse d’une constante de ressort spécifique et placez le rat directement sous un tube en plastique transparent avec un poids en laiton de 450 grammes avec le casque aussi horizontal que possible.

Tirez le poids jusqu’à un mètre. Avec la présente d’un deuxième expérimentateur, relâchez le poids et éloignez le rat du tube immédiatement après l’impact pour éviter une deuxième blessure. Tirez doucement le casque du crâne et utilisez une gaze pour endiguer tout saignement.

Fermez la peau avec une suture et appliquez le gel local d’analgésie à l’incision. Placez le rat sur le lit d’un scanner et administrez un tomodensitogramme général à faible dose pour éliminer les fractures du crâne, puis placez le rat dans une cage propre sur un coussin chauffant de 37 degrés Celsius avec surveillance jusqu’à la pleine récumbence avant de retourner l’animal dans sa cage. Avant et un jour après l’induction du traumatisme, confirmer un manque de réponse au pincement des pieds chez l’animal expérimental et placer l’animal sur le lit du scanner MR dans une position tête première et sujette.

Faites glisser la bobine de volume de quadrature sur la tête et faites avancer le lit du scanner dans l’alésage du scanner. Pour assurer un positionnement correct, obtenez un balayage par défaut de 3 plan scouts. Lorsque l’analyse est terminée, chargez l’analyse dans l’écran de l’image et assurez-vous que la tête est couchée droite et que le cerveau est positionné au centre de l’aimant et de la bobine.

Acquérir des images pondérées T2 à l’aide des paramètres par défaut, à l’exception du champ, de la vue et de la taille de la matrice qui doivent être ajustées à une résolution plus élevée en plan de 109 par 109 micromètres. Ouvrez l’éditeur de géométrie et placez le paquet de tranches dans la bonne position, y compris le bulbe du cerveau et du cervelet et chargez trois nouvelles séquences d’écho-planaire, pondérées en diffusion, spin-écho du dossier B_diffusion dans le protocole de contrôle de balayage. Obtenez des images pondérées par diffusion à l’aide des paramètres par défaut et ouvrez l’onglet Modifier l’analyse.

Réglez l’orientation de la tranche à l’axial et le nombre de tranches à 25 pour atteindre une épaisseur de tranche de 500 micromètres et une distance de tranche intérieure de 600 micromètres et modifier la direction de lecture en gauche-droite. Sous l’onglet Géométrie, ajustez les paramètres géométriques et ajustez le champ de vision et la taille de la matrice à 105 par 105 pour assurer une résolution de 333 par 333 micromètres. Cliquez sur l’onglet Diffusion dans l’onglet Recherche pour chacune des trois coquilles de diffusion et ajustez le nombre de directions de diffusion à 32 pour la première coquille, 46 pour la deuxième coquille et 64 pour la troisième coquille.

Modifiez le nombre d’images B0 à cinq pour la première coquille, cinq pour la deuxième coquille et sept pour la troisième coquille, et ajustez les directions de gradient avec des fichiers de direction de gradient personnalisés. Réglez la valeur B par direction à 800 secondes par millimètre au carré pour la première coquille, 1 500 secondes par millimètre au carré pour la deuxième coquille, et 2 000 secondes par millimètre au carré pour la troisième coquille, puis ouvrez l’éditeur de géométrie et placez le champ de vision entre le bulbe et le cervelet contenant seulement le cerveau pour réduire l’artefact et le temps de balayage. À la fin du protocole de balayage, transférez l’animal du lit du scanner dans une cage propre avec un coussin chauffant de 37 degrés Celsius avec surveillance jusqu’à la pleine récumbence.

Pour le traitement de l’image IRM de diffusion, chargez les images dans MRtrix3 et effectuez la correction du bruit et la correction de sonnerie Gibbs sur les images pondérées par diffusion dans le logiciel. Convertissez les images corrigées et pondérées en diffusion dans l’image T2 au format NIFTI tel qu’indiqué. Pour effectuer une correction pour les distorsions d’imagerie écho-planaire, de mouvement et de courant de remous, dans le menu Plug-ins d’ExploreDTI sélectionnez Correction pour les distorsions EC/EPI de mouvement du sujet et sélectionnez le fichier de données de diffusion prétraité.

Pour calculer les mesures d’imagerie par tensor de diffusion pour chaque rat, cliquez sur Plug-ins et Export stuff au NIFTI, puis sélectionnez les cartes paramétriques du modèle d’imagerie tensor de diffusion et exportez les cartes paramétriques pour les modèles d’intégrité des voies de kurtose et de matière blanche. Pour créer un fichier masque pour l’hippocampe de chaque rat, chargez l’image fractionnelle de l’anisotropie du rat dans la visionneuse MRtrix et cliquez sur le bouton plus pour créer une nouvelle région d’intérêt. Pour extraire les mesures de diffusion de l’hippocampe du rat, importez le fichier masque créé dans le logiciel AMIDE et ouvrez les cartes paramétriques et masquez l’image du rat.

Pour ajouter la région d’intérêt du fichier masque dans AMIDE, sélectionnez l’image du fichier masque, cliquez sur Modifier, Ajouter région d’intérêt et isocontour 3D et donner à la région d’intérêt un nom significatif. Cliquez sur la région d’intérêt affichée dans l’image du masque et confirmez que ce volume ne doit contenir que des voxels d’une valeur d’un. Pour calculer les valeurs moyennes des mesures de diffusion dans l’hippocampe, cliquez sur Outils et Calculez les statistiques de la région d’intérêt et indiquez les images et la région d’intérêt à inclure.

Après avoir cliqué sur Exécuter, une fenêtre contexturée avec les valeurs calculées qui peuvent être utilisées pour une analyse statistique plus poussée apparaîtra. Dans cette expérience représentative, il n’y avait aucune évidence de rupture de crâne comme évalué par la formation image de CT et les images de T2 n’ont montré aucune anomalie au site de contusion un jour après le trauma. Pour examiner la qualité de l’étape de co-enregistrement non rigide entre l’image T2 et l’ensemble de données de diffusion, une superposition de l’image T2 a été ajoutée à la carte fractionnelle de l’anisotropie codée en couleur.

Les cartes paramétriques pour l’anisotropie fractionnelle, la diffusivité moyenne, la diffusivité axiale et les cartes paramétriques de diffusion radiale pourraient alors être calculées. Dans la région d’intérêt, le calcul des valeurs moyennes pour les valeurs axiales, moyennes et radiales de kurtose ainsi que des valeurs pour la fraction axonale de l’eau, la diffusivité axiales et radiales extra-axonales, et la tortuosité de l’intégrité du tractus de matière blanche pourraient également être effectués. Dans cette expérience représentative, l’analyse des mesures de formation image de tensor de diffusion a indiqué une augmentation significative des valeurs fractionnelles d’anisotropie et une diminution des valeurs de diffusion suivant l’impact dans le groupe traumatique doux de dommages de cerveau.

Les mesures de kurtose de diffusion ont également montré une diminution significative de kurtose radiale suivant l’impact tandis qu’aucun changement dans la kurtose axiane ou moyenne n’a été observé. Utilisant le modèle d’intégrité de région de matière blanche, la diffusion extra-axonale radiale a montré une diminution significative et la tortuosité a démontré une augmentation significative du groupe traumatique doux de dommages de cerveau un jour après l’impact. Au cours de l’analyse d’image, il est important de vérifier si le format de données de MRtrix a été correctement converti et importé en ExploreDTI et que chaque étape de correction a été effectuée correctement.

Au lieu d’une analyse basée sur le roi, une analyse voxel-by-voxel peut être appliquée pour étudier les altérations du cerveau entier. Cette technique est très précieuse dans le domaine de la neuroimagerie et peut également être appliquée à d’autres troubles cérébraux, par exemple la démence et la sclérose en plaques.