Summary
עבור קו תחילת זמן להערכת במודל של עכברים של שבץ ניצול פרמטרים כמותיים תהודה מגנטית (qMRI) פרוטוקול המתואר. ההליך מנצלת דיפוזיה MRI על תיחום של הנגע שבץ חריפה ו T כמותי1 , T פי2 (qT1 ו- qT2) הרפיה לתזמון של שבץ.
Abstract
MRI מספקת כלי הדמיה רגיש וספציפי כדי לזהות שבץ איסכמי אקוטי באמצעות מקדם דיפוזיה מופחתת של מים במוח. במודל של עכברים של שבץ איסכמי, להגדיל את ההבדלים T כמותי1 ו- T פי של הרפיה2 MRI (qT1 ו- qT2) בין הנגע איסכמי (המותווית על ידי דיפוזיה נמוך) והצד שאינו-איסכמי contralateral עם הזמן בין תחילת העבודות. התלות בזמן של MRI בזמן רגיעה ההבדלים בשיטה יוריסטית מתואר על ידי פונקציה קווית, ובכך מספק הערכה פשוטה של קו תחילת הזמן. בנוסף, אמצעי האחסון של qT חריג1 ו- qT2 בתוך הנגע איסכמי להגדיל באופן ליניארי עם הזמן לספק שיטה משלימה לתזמון שבץ. (חצי) אוטומטי שגרתי מחשב מבוסס על כימות פעפוע מקדם מוצג על רקמות שבץ איסכמי אקוטי עכברוש איסכמיה. רוטינה זו קובעת גם הבדלים hemispheric qT1 ו- qT2 הרפיה פעמים ואת מיקום נפח של qT חריג1 ו- qT voxels2 בתוך הנגע. אי הוודאויות הקשורים עם תחילת הערכות זמן של qT1 , נתונים2 MRI qT להשתנות מ ± 25 דקות ± 47 דקות 5 השעות הראשונות של שבץ. הערכות זמן תחילת המדויקות ביותר יכול להיות מתקבל על ידי לכימות נפח חופפיםqT חריג1 ו- qT הנגע כרכים , כינה ' Vחופפים' (± 25 דקות) או על-ידי לכימות hemispheric הבדלים qT2 הרפיה פעמים בלבד (± 28 דקות). בסך הכל, qT2 נגזר פרמטרים לפעול טוב יותר אלה של qT1. פרוטוקול MRI הנוכחי נבדק בשלב hyperacute של מודל איסכמיה מוקד קבוע, אשר עשוי להיות לא החלים במוח מוקד ארעי איסכמיה.
Introduction
רקמת המוח פגיע במיוחד איסכמיה בשל התלות הגבוהה של זרחון חמצוני סינתזת ATP, עתודות אנרגיה מוגבלת. איסכמיה גורמת שינויים עדינים של יונית תלוית זמן בחללים תאיים, חוץ-תאית להוביל הפצה של בריכות מים במוח, בשחרור של נוירוטרנסמיטרים excitotoxic ובסופו של דבר חניכה של תהליכי 1. במוקד איסכמיה, נזק לרקמות מתפשט מעבר הגרעין הראשוני אם זרימת הדם לא ישוחזר בתוך מסוימים מסגרת הזמן 2. שעת תחילת העבודות נחשב כיום לאחד הקריטריונים המרכזיים בקבלת החלטות קליניות עבור pharmacotherapy של שבץ איסכמי, לרבות recanalization על ידי סוכנים thrombolytic 3. כתוצאה מכך, חולים רבים נמצאים באופן אוטומטי מושעים. טיפול thrombolytic עקב בפעם התפרצות סימפטום לא ידוע, בשל הקו המתרחשים במהלך השינה ('קו השכמה'), חוסר העד, או להיות מודעים לסימפטומים 4,5. הליך זה קובע את הזמן של תחילת העבודות ולכן נדרש כך לחולים כאלה עשויים להיחשב עבור thrombolysis.
MRI הגששים מים בתוך vivo. הדינמיקה של אשר הן קשות מוטרד על ידי אנרגיה איסכמי אקוטי כשל 6. בעיקר, הרגעים הראשונים של איסכמיה עקב כשל אנרגיה 7מופחת פעפוע של מים נשלטת על ידי translational (תרמית) תנועה של מולקולות המים. בתורו התוצאה אנאוקסיים דפולריזציה של תאים עצביים 8. דיפוזיה MRI (DWI) הפך להיות תקן הזהב מודאליות הדמיה אבחון שבץ חריפה 9. האות DWI מגדיל במהירות בתגובה איסכמיה ומאפשר רקמות איסכמי להיות מזוהה אך אינם מראים כל הזמן-תלות במהלך בשעות הראשונות של שבץ איסכמי 10. באופן דומה, מדדים כמותיים של דיפוזיה מים כגון מקדם דיפוזיה נראית לעין (ADC) או את עקבות טנזור דיפוזיה (Dav) ירידה במהירות בתוך הרקמה איסכמי, אבל להראות שום קשר עם הזמן בין תחילת העבודות המוחי בעלי חיים מודלים 10 וחולים 11.
פרמטרים הרפיה MRI (qMRI) כמותית, qT1, qT2 ו- qT1ρ, נשלטים על ידי תנועה סיבובית, ההחלפה של אטומי המימן של המים, להציג שינויים תלויי-זמן מורכבים בעקבות parenchyma מוח איסכמי אנרגיה כשל 6. שינויים כאלה תלויי-זמן מופעל קו בפעם התפרצות להערכה חולים 12 , מודלים חייתיים של איסכמיה 13,14,15. המוחי מוקד עכברוש, qT1ρ מגביר באופן כמעט מיידי לאחר תחילת איסכמיה וממשיך באופן ליניארי לפחות 6 שעות 13,14. qT1 הרפיה פעמים גם להגדיל באופן תלוי-זמן בתוך רקמת מוח איסכמי, אשר יכול להיות מתואר על ידי שני קבועי זמן: השלב הראשוני מהיר בעקבות שלב איטי שנמשך שעות 8,16. בשל עלייה זו biphasic, השימוש של qT1 בתזמון הקו עשוי להיות מסובך יותר של qT1ρ MRI 15. qT2 הרפיה פעמים גם להראות שינוי דו-phasic המוחי מוקד עכברוש, לפיה שם הוא ראשי תיבות קיצור בתוך השעה הראשונה, ואחריה גידול לינארי עם הזמן 13. לקיצור הראשונית יכולה להיות מוסברת על ידי שני גורמים פועל במקביל כולל: (i) הצטברות של deoxyhemoglobin וכתוצאה מכך מה שמכונה 'סוג דם חמצון רמת התלויים אפקט' ו (ii), המשמרת של חוץ-תאי מים לתוך שטח תאיים 17,18. הגידול תלויי-זמן ב- qT2 הוא ככל הנראה בגלל ציטוטוקסיות ו/או בצקת vasogenic עם פירוט עוקבות של תאיים macromolecular מבני 18. QT1ρ והן qT2 נתונים מספקים הערכות מדויקות של קו זמן תחילת במודלים פרה 14. qT2 12 ו- T2-אות משוקלל עוצמות 19,20 גם נוצלה על קו תחילת זמן להערכת בהגדרות קליניים.
בנוסף hemispheric הבדלים כמותיים פעמים הרפיה, התפוצה המרחבית של מוגברות פעמים רגיעה בתוך אזור איסכמי לשמש גם כתחליף עבור קו תחילת הזמן 14. עכברוש דגמים של שבץ, אזורים עם qT גבוהות1ρ, qT2 ו- qT1 הרפיה פעמים הם בתחילה קטן יותר פעפוע שהוגדרו איסכמי הנגע אבל להגדיל עם הזמן 14,15, 21. ומכאן כימות של התפלגות מרחבית מוגברות פעמים הרפיה כאחוז מגודלו של הנגע איסכמי מאפשר גם קו תחילת זמן משוער 14,15. כאן, אנו מתארים את פרוטוקול כדי לקבוע קו זמן תחילת במודל של עכברים של קו באמצעות פרמטרים qMRI.
Protocol
ההליכים בבעלי חיים היו שנערך בהתאם להנחיות 86/609/EEC דירקטיבות אירופאיות של מועצת הקהילה ואושרו על ידי חיה על עצמך ועל שימוש הוועדה האוניברסיטה של מזרח פינלנד, קופיו, פינלנד-
1. מודל בעלי חיים
- Anesthetize זכר Wistar חולדות במשקל של 300-400 גרם עם איזופלוריין N 2 /O 2 זרימת (70/30%) דרך facemask משך זמן הפעולה וניסויים MRI. לגרום הרדמה בשכונה מאוורר. לשמור על רמות איזופלוריין בין 1.5 ל- 2.4%-
- צג עומק ההרדמה במהלך בדיקת MRI לנשום תדירות באמצעות כרית פנאומטית תחת הגוף. חוסר תגובה לצבוט רפלקס היא נלקחה כסימן של עומק מספיק עבור ניתוח בהרדמה. שימוש איזופלוריין נבלות המצורפת מגנט נשא.
- סגר קבוע עורק המוח התיכון בצע (MCAO) כדי לגרום שבץ איסכמי מוקד. להשתמש במודל חוט intraluminal עבור MCAO ולבצע את הפעולה על פי שיטות שניתנו על ידי Longa. et al. 22.
- לעזוב את החוט occluding (נימה monofil מחוסמת סיליקון-PTFE, קוטר 0.22 מ מ) במקום משך זמן הניסוי MRI.
- לנתח הגזים והסריקה ו- pH באמצעות מנתח דם.
- במהלך ה MRI, הצג קצב הנשימה עם כרית פנאומטית שמונח מתחת את הגוף ואת הטמפרטורה פי הטבעת באמצעות מערכת ניטור טמפרטורה רקטלית. לשמור על טמפרטורת קרוב 37 ° C באמצעות מים חימום כרית תחת הטורסו.
- מיד לאחר MCAO, מאובטח העכברוש בטעינה במרכז של המגנט נשא באמצעות בעל ראש עכברוש. הכנס 2 מ ל תמיסת intraperitoneally לפני העברת החולדות לתוך המגנט נשא.
2. MRI
- MRI לרכוש נתונים באמצעות 9.4T / 31 ס מ (עם הוספת צבע 12 ס מ) אופקי מגנט לממשק למסוף מצויד עם המשדר באופן פעיל decoupled נפח לינארית, quadrature מקלט סליל זוג.
- סרוק כל עכברוש להודעה h עד 5 MCAO. במרווחים לפי שעה (60, 120, 180, 240 דקות פוסט MCAO), לרכוש 12 congruently שנדגמו (לפער-פרוסה 0.5 מ מ, עובי הפרוסה = 1 מ"מ, שדה ראייה = 2.56 ס"מ על 2.56 ס"מ) פרוסות הילתית של המעקב של טנזור דיפוזיה (2.2.1.), (2 T קאר-פורסל-Meiboom-גיל 2.2.2.) זווית נמוכה מהר ירה T 1 (2.2.3.)-
- קבל עקבות הדימויים טנזור דיפוזיה (D av = 1/3 מעקב [ד]) עם שלושה מעברי צבע דו-קוטבית לאורך כל ציר (משך הזמן של מעבר הצבע דיפוזיה = 5 אלפיות השנייה, הפעם דיפוזיה = 15 ms) ואת ערכי-b 3 (0, 400 ו- 1400 מ"מ/s-2 s), איפה, Δ = 15 ms, ∂ = 5 מילי-שניות, הד הזמן (TE) = 36 ms, זמן החזרה (TR) = 4000 ms וזמן רכישה = מינימלית 7.36
- להשיג את הרצף 2 T קאר-פורסל-Meiboom-גיל עם 12 הדים על כימות 2 T, איפה אקו ריווח = 10 ms, TR = 2000 ms ורכישת זמן = מינימלית 4.20
- להשיג את מהר נמוך זווית ירייה (פלאש) עבור T 1, שבו הזמן של היפוך הרצף פלאש הראשון (T 10) הוא 7.58 ms, עם גידול של 600 ms של היפוכים 10 עד 5407.58 ms, TR = 5.5 ms, הזמן בין היפוך פולסים (T להירגע ) = זמן s ורכישת 10 = מינימלית 8.20
3. לעיבוד תמונה
- חישוב של relaxometry ו- ADC מפות: לחשב qT 2, qT 1 ו ADC המפות באמצעות פונקציות Matlab המופיע באתר אוניברסיטת בריסטול [DOI:10.5523/bris.1bjytiabmtwqx2kodgbzkwso0k], עבור אשר הקלט הוא נתיב קובץ למיקום של הנתונים MRI.
- עבור T 2 נתונים, החל המינג סינון ב- k-שטח לפני שחזור של תמונות (או בתחום התמונה על ידי קונבולוציה, עם תוצאות שוות ערך אבל שהמפתחות פחות יעילה). לחשב qT 2 מפות של לוגריתם של כל סדרה זמן ופתרון על מבחינת voxel בסיס מאת שיטת הריבועים הפחותים (התאמה bi-מעריכית יכול להתבצע גם נרקב 2 T, אבל voxel מבחינת בדיקות F-בדיקות חשף את voxels בתוך התמונה שעבורם פרמטרים נוספים ניתן להצדקה).
- עבור T 1 נתונים, החל המינג סינון ב- k-שטח לפני שחזור של תמונות. לבצע T 1 מתאים על פי שיטות ניתנה התייחסות 23. כדי להתמודד עם הבעיה של השלט לא ידוע (עקב השימוש של גודל תמונות), הנקודה הנמוכה ביותר-עוצמת עשוי להיות לא נכלל או ההערכה במהלך התאמה עם תוצאות דומות.
- לנתונים משוקלל דיפוזיה, להחיל המינג סינון על-ידי קונבולוציה בתחום התמונה (זה יותר ישירה בשל המסלול k מקוטע-שטח). מתאים ADC מפות בשיטת 13.
- זיהוי של רקמות איסכמי
- לזהות רקמת איסכמי בתמונות av הדדיים D (1/יח av) כמו זה מספק מלשקף לזיהוי הנגע. כדי ליצור אמצעי אחסון איסכמי עניין (VOI), מגדירים רקמות איסכמי voxels עם ערכים אחד החציוני מוחלטת סטיית מעל הערך החציוני של ההתפלגות כולה-מוח 1/יח av. כדי לזהות אזורים הומולוגיים בחצי הכדור הצפוני-איסכמי, משקפים את VOI איסכמי סביב הציר האנכי. כוונן באופן ידני את VOIs-איסכמי להימנע כולל voxels המכיל נוזל מוחי שדרתי.
- על מנת לקבוע את היחס של qT 1 ו- qT 2 עם הזמן פוסט MCAO, העכברוש בכל נקודת זמן, לטעון את VOIs איסכמי ואיסכמי אל qT 1 ו- qT 2 מפות. לחלץ פעמים הרפיה רשע ולחשב את ההפרש באחוזים qT 1 ו- qT 2 בין ההמיספרות (ΔT 1, ΔT 2) באמצעות המשוואה הבאה:
< img alt = "משוואה" src = "/ קבצים/ftp_ upload/55277/55277eq1.jpg"/ >
איפה T x הוא פרמטר שבחרת, qT 1 או qT 2.
מתייחסת רעה בזמן רגיעה של הקול איסכמי, 
בזמן רגיעה רשע בהקול הלא-איסכמי. הקול-איסכמי אמור לשמש כך כל עכברוש משמש את שליטתה. - השתמש הקריטריונים הבאים כדי לזהות voxels עם qT מוגברות 1 ו- qT 2: כל voxels בתוך הקול איסכמי עם הרפיה פעמים חריגה בזמן רגיעה החציוני של qT 1 או 2 qT הזרעון VOI הלא-איסכמי לפי יותר רוחב חצי מקסימום חצי (HWMH). קריטריונים אלה מתכוון הרפיה פעמים חייב להיות בהאחוזון ה 95 ומעלה כדי להיות מסווגים ' גבוהה '. השימוש בזמן רגיעה החציוני של הקול הלא-איסכמי מאפשר כל עכברוש לשמש את שליטתה.
- לדמיין את התפוצה המרחבית של שינויים בזמן רגיעה בתוך אזורים של דיפוזיה ירד, לזהות, צבע voxels קוד עם qT מוגברות 1 או qT 2, כמו גם voxels עם שניהם גבוהות qT 1 ו- qT 2 כינה ' qT 1 ו- qT 2 חופפים '.
- כדי לקבוע את גודלו של הנגע לפי qT 1 ו- qT 2, לחשב את f פרמטר (כפי שהוצגו על ידי האביר. et al. 18) מנתוני MRI רכשה עבור כל עכברוש וכל הזמן-נקודה. f 1 ו- f 2 represent המספר של voxels עם qT גבוהה 1 או qT 2 (בהתאמה) כאחוז מגודלו של הקול איסכמי.
- השתמש בהבא המשוואה לחישוב f 1 ו- f 2:
בו
מתייחס בזמן רגיעה (qT 1 או qT 2), 
מתייחס למספר של ' גבוהה ' voxels בזמן רגיעה בתוך הקול איסכמי, 
הוא המספר ' נמוך ' voxels בזמן רגיעה בתוך הקול איסכמי, 
, המספר הכולל של voxels בתוך הקול איסכמי. קריטריונים לזיהוי voxels עם qT מוגברות 1 ו- qT 2 מתוארים בסעיף 3.2.3. ' דל ' voxels הן voxels עם הרפיה פעמים פחות מאשר qT חציון 1 או qT 2 של הקול הלא-איסכמי על ידי אחד HWHM. החיסור של מאפשר ירידות בתקופות רגיעה עקב איסכמיה או פתולוגיות אחרות 17. - לקבוע את מידת ' qT 1 ו- qT 2 חפיפה ' על-ידי חישוב הנפח של חופפים qT מוגברות 1 ו- qT 2 כאחוז של אמצעי אחסון כל המוח, בזאת המכונה ' V חופפים '. להשתמש במשוואה הבאה:
,
מתייחס למספר של voxels בתוך הקול איסכמי עם שניהם ' גבוהה ' qT 1 ו ' גבוהה ' qT 2 ו- 
מייצג את המספר הכולל של voxels במוח כל עכברוש. לקבוע את מספר voxels במוח חולדה על-ידי יצירת באופן ידני VOI סביב כל המוח במפות relaxometry 2 qT.
- השתמש בהבא המשוואה לחישוב f 1 ו- f 2:
מתייחסת רעה בזמן רגיעה של הקול איסכמי, 
בזמן רגיעה רשע בהקול הלא-איסכמי. הקול-איסכמי אמור לשמש כך כל עכברוש משמש את שליטתה.
מתייחס בזמן רגיעה (qT 1 או qT 2), 
מתייחס למספר של ' גבוהה ' voxels בזמן רגיעה בתוך הקול איסכמי, 
הוא המספר ' נמוך ' voxels בזמן רגיעה בתוך הקול איסכמי, 
, המספר הכולל של voxels בתוך הקול איסכמי. קריטריונים לזיהוי voxels עם qT מוגברות 1 ו- qT 2 מתוארים בסעיף 3.2.3. ' דל ' voxels הן voxels עם הרפיה פעמים פחות מאשר qT חציון 1 או qT 2 של הקול הלא-איסכמי על ידי אחד HWHM. החיסור של 
מתייחס למספר של voxels בתוך הקול איסכמי עם שניהם ' גבוהה ' qT 1 ו ' גבוהה ' qT 2 ו- 
מייצג את המספר הכולל של voxels במוח כל עכברוש. לקבוע את מספר voxels במוח חולדה על-ידי יצירת באופן ידני VOI סביב כל המוח במפות relaxometry 2 qT.4. אימות של הנגע איסכמי עם Triphenyletrazolium כלוריד (TTC)
- מיד אחרי עריפת ראש, בזהירות לחלץ המוח עכברוש של הגולגולת. השלם הליך זה בתוך 10 דקות מהפעם העכברוש היה ערף.
- מאגר המוחות בכל פוספט 0.01 M בקירור buffered תמיסת מלח (PBS) לפני שימוש במטריצה מבצעה המוח חולדה על סעיף המוח לפרוסות טורי 1 בעובי mm הילתית.
- לאחר חלוקתה, דגירה כל פרוסה המוח ב- PBS 20 מ"ל המכיל TTC ב 37 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות בחושך, כפי שהומלץ ב- 24. למרות הריכוז TTC 1% קבילה, להשתמש 0.5% עבור חדות משופרת.
- לכסות את המכולות של הסעיפים בנייר כדי להסתיר את זה.
- לאחר דגירה, להסיר את הפתרון TTC באמצעות פיפטה ולשטוף פרוסות שלושה שינויים ל- PBS.
- מיד לצלם פרוסות באמצעות מיקרוסקופ אור רגיל ומצלמה דיגיטלית-
5. ניתוח סטטיסטי
- לבצע ניתוח סטטיסטי באמצעות Matlab ותוכנות סטטיסטיות.
- קביעת הקשר של מר פרמטרים עם הזמן
- פירסון בצע ' s מתאמים על עכברוש במאגר נתונים כדי לקבוע את היחס של ΔT 1, ΔT 2, f 1 ו- f 2, V לחפוף עם הזמן פוסט MCAO.
- עבור פרמטרים המציגים הקשר הליניארי משמעותי (p < 0.05), לבצע רגרסיה ליניארית מרובע לפחות כדי לקבוע אם ניתן לחזות בפעם התפרצות שבץ מוחי על ידי לכימות הפרמטר של עניין. השתמש השגיאה שורש ממוצע הריבועים (RMSE) כדי להעריך את הדיוק של הערכות זמן תחילת.
- כימות של גודל הנגע
- כדי להשוות גדלים הנגע על פי פרמטרים שונים qMRI, התנהגות חד-כיווני הקשורים ANOVAs פישר ' s הפחות משמעותי ההבדל פוסט-הוק על המספר הממוצע של voxels ב הקול איסכמי, המספר הממוצע של voxels עם qT גבוהה 1 ו- qT 2. ההבדלים נחשבים משמעותיים ב- p < 0.05. אם לא מתקיימים sphericity הנחות לכל מוקלי ' s sphericity בדיקה, הנכון דרגות חופש של משמעות ערכים על-פי הערכות חממה Geisser.
Representative Results
מעבר חולדות הפרופילים גז דם היו כדלקמן: ±2 95.8 וכו 3.2%, PCO2 51.6 ± 2.9 מ מ כספית ו pH 7.30 ± 0.04.
D טיפוסיav, qT2 ו- qT תמונות1 פרוסה המרכזי של חולדה נציג 4 מוצב נקודות של זמן, MCAO מוצגות באיור הלוחות הראשונים של איור 1a. תמונות בהלוחות האחרים של איור 1 הצג הנגע איסכמי שזוהו באופן אוטומטי ובאדום, אזורים בתוך הנגע איסכמי עם qT מוגברות1, qT2 אזורים עם Vחופפים מוצגים בירוק. למעלה פוסט 2 h-MCAO, אזורים עם qT גבוהה1 בתוך הנגע איסכמי היו גדול יותר באופן משמעותי מאשר qT גבוהה2 (p < 0.01), אך משולבים עם הזמן (איור 1). הנגע איסכמי מאת Dav היה גם גדול יותר אזורים של qT גבוהה1 (p < 0.05) ו- qT2 (p < 0.05) בשעתיים הראשונות.
התלות בזמן של qMRI פרמטרים מוצגים באיור2. כל הפרמטרים qMRI היו גורמים מנבאים משמעותיים של זמן פוסט MCAO (ΔT1: R2 = 0.71, ΔT2: R2 = 0.75, f1: R2 = 0.53, f2: R2 = 0.82, V חפיפה: R2 = 0.87). בהתבסס על RMSE עבור כל פרמטר, אי הוודאויות הקשורים עם הערכות של הזמן מאז תחילת העבודות היו ± 37 min ΔT1, ± 28 דקות ΔT2, ± 47 דקות עבור f1, ±34 דקות עבור f2דקות ±25 עבור Vחופפים. לפיכך, Vחופפים נתן ההערכה המדויקת ביותר של הזמן מאז תחילת העבודות.
TTC מכתים של המוח דגימות בסביבות 6 שעות לאחר MCAO נזק איסכמי בלתי הפיך ברובו בתוך החומר האפור (איור 1 d).
איור 1: שינויים בפרמטרים qMRI עקב שבץ איסכמי ב עכברוש דוגמה. () מציג דוגמה qMRI תמונות במשך 4 שעות של איסכמיה. העמודות ארבע הראשונות הראה D מפותav , qT2 מפות, מפות1 qT ו- T2 משוקלל תמונות בהתאמה. יתר העמודות להראות שהav -D מפות עם ייצוגים שונים של נגעים באופן אוטומטי מקוטע. הנגעav D שזוהו באופן אוטומטי מוצג בעמודה 5 באדום. בעמודה 6 Dav הנגע מוצג בצבע אדום עם voxels עם qT גבוהה2 מוצגים בירוק. בעמודה 7 Dav הנגע מוצג בצבע אדום עם qT גבוהה1 voxels מוצגים בירוק. טור 8 הנגעav D מוצג בצבע אדום עם voxels עם qT מוגברות1 וגם qT2 (Vחופפים) מוצגים בירוק. (b) מציג את ההתפלגות של qT2 הנגעav D כפונקציה של הזמן פוסט MCAO, כמו גם את התפלגות2 הלא-הנגע qT בזמן אפס. (ג) מראה qT המתאימים הפצות1 , האגדה סמוכים המתייחס הן לוחות (ב) ו- (ג). (ד) מראה פרוסה שהוכתמו TTC המוח לאחר החיה הוקרב ב 6-אייץ ' פוסט-MCAO. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: קשרי הגומלין בין זמן פוסט-MCAO ו- qMRI פרמטרים הנוגעים שתזמון איסכמיה. () מציגה f1, ΔT (b) f2, (ג), Vחופפים, (ד),1 ו- (e), ΔT2. מיטבית עבור כל פרמטר (הקו האדום מוצק), ברים RMSE (קווים שחורים מוצק) מוצגים. קווים מנוקדים לייצג כל אחד העכברושים indivudual 5 נתון MCAO. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Discussion
בפרוטוקול הנוכחי עבור הערכה של קו זמן תחילת בחולדות משתמש כמותיים דיפוזיה, בזמן רגיעה MRI נתונים במקום האות עוצמות בהתאמה משוקלל מר חדות תמונות19. ראיות האחרונות מצביע על ביצועים נחותים של התמונה עוצמות באומדן קו תחילת הזמן 14,25. בהנגע 'דיפוזיה-חיובית' קו פרוטוקול MRI שלנו מספק קו פעמים התחלתה של qT1 ו- qT2 MRI נתונים עם דיוק של חצי שעה בערך. זה כי המגמה הכללית qT2 נתונים outperforms של qT1. למידת הדיוק לקביעת זמן תחילת מתקבל מאמצעי האחסון של qT מוגברות חופפים1 ו- qT2 (Vחופפים).
התמונות באיור 1 להדגים את זה בזמן מקדם דיפוזיה מופחתת מופיע במקום מדים, אזורים עם qT חריג1 ו- qT2 heterogeneously פזורים בתוך הנגע איסכמי. ממצא זה תואם את התצפיות הקודמות, והוא ככל הנראה בגלל רגישויות שונות של פרמטרים אלה qMRI לשינויים הקשורים pathophysiological הנגרמת על ידי איסכמיה 6. הדבר מצביע על פרמטרים qMRI עשוי להיות אינפורמטיבי של רקמות מצב ותומך המושגים DWI יתר הערכות נזק איסכמי 26. אכן, הנקודות האחרונות עדויות פרה לכיוון הטרוגניות של נזק איסכמי בתוך דיפוזיה מוגדר נגעים 27. לפיכך, השילוב של דיפוזיה, qT1 ו- qT2 פוטנציאל מספק מידע על קו תחילת הזמן ורקמות מצב, אשר שניהם שימושיים קלינית טיפול ההחלטות לגבי חולים עם תחילת לא ידוע.
Vחופפים ו f2 נתן את הערכות מדויקות ביותר של קו תחילת זמן. היתרון של לכימות הרפיה פעמים הוא כי בניגוד עוצמות האות הם רגישות לווריאציות הגלום הנגרמת על ידי גורמים טכניים כגון שדה מגנטי inhomogeneities ופרוטון צפיפות 6, כולל השדה המגנטי הצפויות וריאציה בתוך הנגע איסכמי 18. צמצום אי ודאות המשויך בפעם התפרצות הערכות של qT1 ו- f1 הם כנראה עקב התגובה דו-phasic הנ של qT1 איסכמיה, אשר תורמת המדרון רדוד של qT תלויי-זמן1 שנה 8,15,16. הנתונים MRI המוצגת (איור 2) הם בהתאם הקודם עובד 13,14, כי הקורסים זמן בזמן רגיעה הבדלים בין המוח-איסכמי איסכמי, contralateral הם במידה מספקת מתוארת על ידי פונקציות קוויות. זה, עם זאת, חשוב לציין כי השינויים hydrodynamic underpinning עקב איסכמיה אינם ליניארית 1,18.
פרוטוקול MRI הנוכחי עבור קו הזמן הוא הפגין בחולדות נתון קבוע איסכמיה באמצעות הליך Longa et al. 22. מניסיוננו, ואח Longa ההליך נכשל כדי לגרום MCAO % 10-20 של חולדות, עם זאת, כפי ADC משמש לאימות הנוכחות של איסכמיה, הניסויים יכולה להיפסק בטרם עת. כשל לזירוז MCAO לעתים קרובות בשל חוט occluder לא מושלם. גורם נוסף וכתוצאה מכך כשלים ניסיוני הוא MCAO הוא הליך קשה גרימת מוות של עד 20% של חולדות במהלך מפגש MRI ממושך.
פרוטוקול עיתוי תחילת קו חל רק על איסכמיה קבוע. בעכברוש איסכמיה מוקד עם פגיעה reperfusion, היחסים בין Dav ו- qT1 או qT2 מביצועם Dav משחזרת, אבל אולי לא בשביל qT1 ו- qT2 בהתאם משך איסכמיה לפני פגיעה reperfusion 8,28. בנוסף, האבולוציה של נזק איסכמי הוא עשוי להיות משתנה יותר בחולי שבץ בשל הבדלים אינדיבידואליים של גורמים המשפיעים על microcirculation כגון גיל, שותף morbidities (למשל, סוכרת, יתר לחץ דם, מחלות לב). גורמים אלה תשפיע באופן בלתי נמנע את התלות בזמן של f1, f2 ו- Vחופפים משיכות האנושי, ולכן דורש חקירה בהגדרות קליניים.
לסיכום, הפרמטרים qMRI מספקים הערכות של קו תחילת הזמן. Vחופפים ו f2 לספק את הערכות מדויקות ביותר, עשוי גם להיות אינפורמטיבי של מצב הרקמות. qMRI ולכן יכול להיות מועיל קלינית מבחינת סיוע החלטות לטיפול בחולים בפעם התפרצות לא ידוע. בעיה להיחשב כאן היא כי היחס ללבן-האפורים במוח עכברוש הוא הרבה יותר גבוה מאשר אצל בני אדם, הידרודינמיקה אלו סוגים של רקמות המוח עשוי להשתנות 18. למרות זאת, להמשך החקירה לתוך התלות בזמן של f2, Vחופפים , qT2 בחולים היפר קו חריפה היא מוצדקת.
Disclosures
המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
BLM נמען של ד ר EPSRC studentship, קיבלה מענק נסיעות ל אוניברסיטת מזרח פינלנד של בית הספר ניסיוני לפסיכולוגיה, אוניברסיטת בריסטול. MJK ממומן על ידי אליזבת בלקוול המכון ועל ידי קרן סיוע אסטרטגי בינלאומי טרסט [ISSF2: 105612/Z/14/Z]. KTJ, OHJG ממומנות על ידי האקדמיה של פינלנד, UEF-מוח אסטרטגי מימון של אוניברסיטת מזרח פינלנד ועל ידי Biocenter פינלנד. העבודה נתמכה על ידי דאנהיל רפואי הקרן [גרנט מספר R385/1114].
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Magnetic Field Strength | Operation Frequency | ||
| MRI scanner | Agilent, Santa Clara, CA, USA | 9.4T | 400.13 MHz |
| Linear volume transmit RF-coil | RAPID Biomedical, Rimpar, Germany | - | 400.13MHz |
| Actively decoupled receive coil | RAPID Biomedical, Rimpar, Germany | - | 400.13MHz |
| Rat head holder | RAPID Biomedical, Rimpar, Germany | ||
| i-Stat handheld blood-gas analyzer | i-Stat Co, East Windsor, NJ, USA | ||
| Pneumatic pillow breathing rate monitor | SA Instruments Inc, Stony Brook, NY, USA | ||
| Rodent rectal temperarure moniring device | SA Instruments Inc, Stony Brook, NY, USA | ||
| Name | Company | ||
| Chemicals | |||
| Isoflurane: Attane Vet 1000mg/g | Piramal Healthcare UK Ltd, Northumberland, UK | ||
| 2,3,5-Triphenyltetrazolium cholide=TTC | Sigma-Aldrich, Gillinham, Dorset, UK |
References
- Siesjö, B. K. Mechanisms of ischemic brain damage. Crit. Care Med. 16, 954-963 (1988).
- Astrup, J., Siesjö, B. K., Symon, L. Thresholds in cerebral ischemia: the ischemic penumbra. Stroke. 12, 723-725 (1981).
- Hacke, W., et al. Association of outcome with early stroke treatment: pooled analysis of ATLANTIS, ECASS, and NINDS rt-PA stroke trials. Lancet. 363, 768-774 (2004).
- Rudd, A. G., et al. Stroke thrombolysis in England, Wales and Northern Ireland: how much do we do and how much do we need? J Neurol Neurosurg Psychiatry. 82, 14-19 (2011).
- George, M. G., et al. Paul Coverdell National Acute Stroke Registry Surveillance - four states, 2005-2007. MMWR Surveill Summ. 58, 1-23 (2009).
- Kauppinen, R. A. Multiparametric magnetic resonance imaging of acute experimental brain ischemia. Prog NMR Spectr. 80, 12-25 (2014).
- Moseley, M. E., et al. Early detection of regional cerebral ischemia in cats: comparison of diffusion and T2-weighted MRI and spectroscopy. Magn Reson Med. 14, 330-346 (1990).
- Kettunen, M. I., et al. Interrelations of T(1) and diffusion of water in acute cerebral ischemia of the rat. Magn Reson Med. 44, 833-839 (2000).
- Wintermark, M., et al. Acute stroke imaging research roadmap. Stroke. 39, 1621-1628 (2008).
- Knight, R. A., Dereski, M. O., Helpern, J. A., Ordidge, R. J., Chopp, M. Magnetic resonance imaging assessment of evolving focal cerebral ischemia. Comparison with histopathology in rats. Stroke. 25, 1252-1261 (1994).
- Madai, V. I., et al. DWI intensity values predict FLAIR lesions in acute ischemic stroke. PLoS One. 9, e92295 (2014).
- Siemonsen, S., et al. Quantitative T2 values predict time from symptom onset in acute stroke patients. Stroke. 40, 1612-1616 (2009).
- Jokivarsi, K. T., et al. Estimation of the onset time of cerebral ischemia using T1 and T2 MRI in rats. Stroke. 41, 2335-2340 (2010).
- Rogers, H. J., et al. Timing the ischemic stroke by 1H-MRI: Improved accuracy using absolute relaxation times over signal intensities. NeuroReport. 25, 1180-1185 (2014).
- McGarry, B. L., et al. Stroke onset time estimation from multispectral quantitative magnetic resonance imaging in a rat model of focal permanent cerebral ischemia. Int J Stroke. , (2016).
- Calamante, F., et al. Early changes in water diffusion, perfusion, T1, and T2 during focal cerebral ischemia in the rat studied at 8.5 T. Magn Reson Med. 41, 479-485 (1999).
- Gröhn, O. H. J., et al. Graded reduction of cerebral blood flow in rat as detected by the nuclear magnetic resonance relaxation time T2: A theoretical and experimental approach. J Cereb Blood Flow Metab. 20, 316-326 (2000).
- Knight, M. J., et al. A spatiotemporal theory for MRI T2 relaxation time and apparent diffusion coefficient in the brain during acute ischemia: Application and validation in a rat acute stroke model. J Cereb Blood Flow Metab. 36, 1232-1243 (2016).
- Thomalla, G., et al. DWI-FLAIR mismatch for the identification of patients with acute ischaemic stroke within 4·5 h of symptom onset (PRE-FLAIR): a multicentre observational study. Lancet Neurol. 10, 978-986 (2011).
- Petkova, M., et al. MR imaging helps predict time from symptom onset in patients with acute stroke: implications for patients with unknown onset time. Radiology. 257, 782-792 (2010).
- Hoehn-Berlage, M., et al. Evolution of regional changes in apparent diffusion coefficient during focal ischemia of rat brain: the relationship of quantitative diffusion NMR imaging to reduction in cerebral blood flow and metabolic disturbances. J. Cereb. Blood Flow Metab. 15, 1002-1011 (1995).
- Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20, 84-91 (1989).
- Nekolla, S., Gneiting, T., Syha, J., Deichmann, R., Haase, A. T1 maps by K-space reduced snapshot-FLASH MRI. J Comput Assist Tomogr. 16, 327-332 (1992).
- Joshi, C. N., Jain, S. K., Murthy, P. S. An optimized triphenyltetrazolium chloride method for identification of cerebral infarcts. Brain Res Brain Res Protoc. 13, 11-17 (2004).
- McGarry, B. L., et al. Determining stroke onset time using quantitative MRI: High accuracy, sensitivity and specificity obtained from magnetic resonance relaxation times. Cerebrovasc Dis Extra 6. 6, 60-65 (2016).
- Fiehler, J., et al. Severe ADC decreases do not predict irreversible tissue damage in humans. Stroke. 33, 79-86 (2002).
- Lestro Henriques, I., et al. Intralesional Patterns of MRI ADC Maps Predict Outcome in Experimental Stroke. Cerebrovasc Dis. 39, 293-301 (2015).
- Kettunen, M. I., Gröhn, O. H. J., Silvennoinen, M. J., Penttonen, M., Kauppinen, R. A. Quantitative assessment of the balance between oxygen delivery and consumption in the rat brain after transient ischemia with T2-BOLD magnetic resonance imaging. J Ceber Blood Flow Metab. 22 (3), 262-270 (2002).
