ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית תפקודית של קליפת המוח של חבית החולדה במהלך גירוי שפם

תקציר

מקור: Blanc, J., et al. ספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית פונקציונלית ב-7 T בקליפת המוח של חבית החולדה במהלך הפעלת השפם. J. Vis. Exp. (2019)

סרטון זה מדגים את השיטה לניתוח שינויים מטבוליים בקליפת חבית החולדה באמצעות ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית תפקודית במהלך גירוי שפם. ספקטרום מטבוליט בסיסי מושווה לספקטרום מגורה כדי לזהות עלייה בלקטט בקליפת החבית, מה שמאשר הפעלה עצבית מוצלחת.

פרוטוקול

כל ההליכים הכוללים מודלים של בעלי חיים נבדקו על ידי הוועדה המוסדית המקומית לטיפול בבעלי חיים ומועצת הביקורת הווטרינרית של JoVE.

1. רכישת הדמיית תהודה מגנטית תפקודית תלויה ברמת החמצן בדם (BOLD fMRI)

1. מקם את מוח החולדה כך שיהיה במצב זקוף והשתמש במוטות האוזניים כדי לשמור עליו. הנח את סליל מערך הנפח מעל ראש החולדה (איור 1A) ותקן אותו באמצעות סרט. בדוק שהמפרש נע כהלכה (תנועה אנטרופוסטריורית, ללא סיבוב וללא חיכוך של המפרש) כאשר מערכת נשיפות האוויר מופעלת; לאחר מכן, כבה אותו.
2. הכנס את המיטה ואת הסליל במרכז המגנט. בדוק שהמפרש עדיין נע כהלכה ברגע שהמיטה נמצאת בתוך המגנט כאשר מערכת נשיפות האוויר מופעלת; לאחר מכן, כבה אותו. עבור לחלוטין מאיזופלורן למדטומידין (קצב זלוף: 20 מיקרוליטר לדקה).
3. בדוק שהחולדה ממוקמת היטב באמצעות רצף לוקליזציה (זמן הד, TE = 2.5 אלפיות השנייה; זמן חזרה, TR = 100 אלפיות השנייה; ממוצע = 1; חזרה = 1; פרוסה = 1 מ"מ; גודל תמונה = 256 x 256; שדה ראייה (FOV) = 50 x 50 מ"מ; זמן סריקה = 12 שניות 800 אלפיות השנייה). גרור את הכרטיסייה Localizer sequence לשם ההוראה ולחץ על המשך.
4. גרור את לשונית הרצף T2_Star_FID_EPI (T2*-Weighted Free Induction decay echo planar imaging) לתוך שם ההוראה, מרכז את ה-FOV באמצע המוח ולחץ על הכרטיסייה פלטפורמת התאמה כדי לפתוח את הוראות הסריקה הערוכות. הקלט מפת B0 והמשך ל-shim סריקה.
   הערה: עבור מפת הומוגניות של שדה מגנטי (B0), השתמש בפרמטרים הבאים: זמן הד ראשון = 1.65 אלפיות השנייה; TR = 20 אלפיות השנייה, ממוצע = 1; זווית היפוך = 30°; מרווח הד = 3.805 אלפיות השנייה; פרוסה = 58 מ"מ; גודל תמונה = 64 x 64 x 64; FOV = 58 x 58 x 58 מ"מ; זמן סריקה = 1 מ' 24 שניות 920 אלפיות השנייה. לסריקת shim, השתמש בפרמטרים הבאים: עירור סלקטיבי של ווקסל = מצב רכישת הד מגורה (STEAM) דופק גאוס; TE = 5 אלפיות השנייה; זמן ערבוב = 10 אלפיות השנייה; משך רכישה = 204.8 אלפיות השנייה; רוחב פס = 10,000 הרץ; זמן השהייה = 50 מיקרון).
5. התחל את רצף Star_FID_EPI T2 (TE = 16.096 ms; TR = 500 אלפיות השנייה; ממוצע = 1; חזרה = 600; פרוסה = 1 מ"מ; ארבע פרוסות רצופות; גודל תמונה = 128 x 128; FOV = 20 x 20 מ"מ; רוחב פס = 333,333.3 הרץ; זמן סריקה = 5 דקות 00 שניות).
   הערה: בשל יציאת לוגיקת הטרנזיסטור-טרנזיסטור (TTL), אות טריגר חיצוני יפעיל את מערכת נשיפה האוויר בו-זמנית. הפרדיגמה = [הפעלה של 20 שניות + מנוחה של 10 שניות] x 10, למשך הזמן הכולל של 600 הסריקות, 500 אלפיות השנייה לסריקה. הפרוסות מרוכזות באמצע אזור שדה החבית.
6. רכשו רצף לוקליזציה אחר (זהה לזה שתואר בשלב 5.3) כדי להשוות לראשון ולבדוק אם החולדה זזה במהלך רצף T2_Star_FID_EPI.
7. הביאו את המיטה למקומה הראשוני, הסירו את סליל מערך הנפח וחברו את סליל המשטח.

2. עיבוד מודגש

1. פתח את Star_FID_EPI T2 file וקרא את תמונת T2 Star_FID_EPI בתצוגת תמונה. פתח את חלון ההפעלה של הבקר הפונקציונלי, הנקרא FunController.
2. בכרטיסייה עיבוד זו, בחר את חלון ההדמיה הפונקציונלית והגדר את פרוטוקול הגירוי (משך זמן והחלפה של תקופות הפעלה/כיבוי המתאימות לפרדיגמה בה נעשה שימוש).
3. בחר את חלון הפרוטוקול (מערך נתונים עם 600 מסגרות) והכנס את הערך של 40 בכרטיסייה על תקופה ו-20 בכרטיסייה תקופה כבויה. לחץ על הכרטיסייה היפוך ייחוס וגרור את המחוון מצבי גירוי שמאלה כדי לבחור את הערך 1.
4. בחלון העיבוד המקדים, לחץ על המסנן החציוני במישור לעיבוד מקדים ועל המסנן החציוני (2D, 3D) לעיבוד לאחר.
5. לחץ על הכרטיסייה ביצוע וגרור את הסמנים כדי להתאים את טבלת בדיקת המידע של שכבת-העל. דמיינו את אזור המוח המופעל (איור 1B).

3. רכישות ספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית של פרוטון (1H-MRS)

1. כדי למקם נכון את סליל פני השטח, שנה את מיקום ראש החולדה. סובבו את הראש (כ-30 מעלות בכיוון השעון) כך שניתן יהיה למקם את סליל פני השטח (איור 1A) ממש מעל קליפת הקנה השמאלית בעודו אופקי וממוקם במרכז המגנט בתוך המגנט.
2. הניחו את סליל פני השטח, קבעו אותו על מוח החולדה באמצעות סרט דבק (איור 2B), ובדקו שהמפרש נע כהלכה (תנועה קדמית-אחורית, ללא סיבוב וללא חיכוך של המפרש) כאשר מערכת נשיפה האוויר מופעלת; לאחר מכן, כבו אותה במתג הראשי.
3. בדוק שהמפרש נע כהלכה ברגע שהמיטה נמצאת בתוך המגנט כאשר מערכת נשיפה האוויר מופעלת. לאחר מכן, כבה אותו.
4. בדוק שהחולדה ממוקמת נכון באמצעות רצף לוקליזציה. הגדר פרמטרים באופן הבא: TE = 2.5 ms; TR = 100 אלפיות השנייה; ממוצע = 1; חזרה = 1; פרוסה = 1 מ"מ; גודל תמונה = 256 x 256; FOV = 50 x 50 מ"מ; זמן סריקה = 12 שניות 800 ms.
   1. גרור את הכרטיסייה רצף לוקלייזר לחלון שם ההוראות ולחץ על הכרטיסייה המשך כדי להפעיל את תוכנית הסריקה.
5. כאשר הלוקליזציה של המוח נכונה, גרור את לשונית הרכישה המהירה של טורבו משוקלל T2 עם שיפור הרפיה (T2_TurboRARE) בחלון שם ההוראות ולחץ על המשך כדי להפעיל את תוכנית הסריקה. תמונות אנטומיות אלה, יחד עם רכישת ה-fMRI הקודמת של BOLD, יאפשרו לוקליזציה נכונה של הווקסל בשדה החבית הסומטוסנסורי הראשוני או S1BF, עבור MRS.
   הערה: הפרמטרים T2_TurboRARE הם 14 פרוסות, 2 מ"מ לפרוסה, FOV = 2.5 x 2.5 ס"מ, TE = 100 אלפיות השנייה, TR = 5,000 אלפיות השנייה, מטריצה = 128 x 128, זמן רצף = 2 דקות ו-40 שניות.
6. גרור את לשונית הרצף של לוקליזציה על ידי מיקוד מחדש סלקטיבי אדיאבטי (LASER) לחלון שם ההוראות, והנח את הווקסל (גובה 2 מ"מ, אורך 2.5 מ"מ, עומק 3 מ"מ) במרכז אזור ה-S1BF.
   1. השתמשו באטלס מוח של חולדה ובשיפור ה-fMRI BOLD כדי למקם את האזור בתמונות T2 (איור 3). לחץ על הכרטיסייה פלטפורמת התאמה כדי לפתוח את הוראות הסריקה הערוכות. לחץ על הכרטיסייה Wobble ושנה מעט את העכבה (טעינה אלקטרונית) של סליל הקבלה כדי לכוון אותו. לחץ על הכרטיסייה החל בסיום הכוונון כדי לסגור את עורך ההוראות ולהחיל את השינויים בהוראה הערוכה.
7. הקלט מפת B0 והמשך לסרוק את ה-shim ולאחר מכן בצע shim מקומי.
   הערה: עבור מפת B0, השתמש בפרמטרים הבאים: זמן הד ראשון = 1.65 אלפיות השנייה; TR = 20 אלפיות השנייה, ממוצע = 1; זווית היפוך = 30°; מרווח הד = 3.805 אלפיות השנייה; פרוסה = 58 מ"מ; גודל תמונה = 64 x 64 x 64; FOV = 58 x 58 x 58 מ"מ; זמן סריקה = 1 מ' 24 שניות 920 אלפיות השנייה. עבור ה-shim של הסריקה, השתמש בפרמטרים הבאים: עירור סלקטיבי של ווקסל, דופק גאוס STEAM; TE = 5 אלפיות השנייה; זמן ערבוב = 10 אלפיות השנייה; משך רכישה = 204.8 אלפיות השנייה; רוחב פס = 10,000 הרץ; זמן השהייה = 50 מיקרון. עבור ה-shim המקומי, השתמש בפרמטרים הבאים: דיכוי מים, הספק משתנה ומשך רכישת הרפיה אופטימלית (VAPOR) = 1,363.15 ms; נקודות = 4,096; רוחב פס בהרץ = 3,004.81 הרץ; רוחב פס בחלקים לדקה (חלקים למיליון) = 10 עמודים לדקה; זמן שהייה = 166.40 מיקרון; רזולוציה ספקטרלית = 0.37 הרץ/נקודות. פרמטרי הלייזר הם: זמן הד = 19.26 אלפיות השנייה; TR = 2,500 אלפיות השנייה; ממוצעים = 128 או 32; זמן סריקה = 5 דקות ו-20 שניות או דקה אחת ו-20 שניות; נקודות רכישה = 4,096.
8. בצע 1H-MRS.
   1. התחל את רכישת 1H-MRS תחילה במהלך תקופת מנוחה (4 x 32 סריקות לייזר + 128 סריקות לייזר; 2,500 אלפיות השנייה לסריקה).
   2. רכוש רצף לוקליזציה נוסף (זהה לזה המתואר בשלב 5.3) כדי להשוות לראשון שתועד ולוודא שהחולדה לא זזה במהלך רכישת הלייזר.
   3. בצע 1H-MRS במהלך הפעלת השפם באמצעות רצף הלייזר (4 x 32 סריקות לייזר + 128 סריקות לייזר; 2,500 אלפיות השנייה לסריקה) כאשר מערכת נשיפה האוויר מופעלת (פרדיגמה = 20 שניות של הפעלה ו-10 שניות של מנוחה).
   4. שוב, בצע רצף לוקליזציה כדי לבדוק אם החולדה זזה.
      הערה: ניתן להתאים ולשנות את מספר הסריקות ותקופות המנוחה/הפעלה, אך תמיד ודא שהחולדה אינה זזה על ידי ביצוע רצף לוקליזציה באופן קבוע.

תוצאות

איור 1: BOLD fMRI. (A) מיקום סליל מערך נפח. ראש החולדה נמצא במצב אופקי וחסום על ידי מוטות אוזניים. בדוק שהמפרש נע בחופשיות ואינו חסום על ידי הסליל או על ידי מיטת ה-MRI. (B) אות BOLD טיפוסי בקליפת המוח השמאלית המופעלת (חץ...

חומרים