Waiting
Elaborazione accesso...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

En magnetisk resonans Imaging protokoll for hjerneslag utbruddet tid anslag i Permanent Cerebral iskemi

Published: September 16, 2017 doi: 10.3791/55277
Automatic Translation
*1, *2, 1, 2, 1
1School of Experimental Psychology and Clinical Research and Imaging Center Bristol, University of Bristol, 2Department of Neurobiology, A.I. Virtanen Institute, University of Eastern Finland
* These authors contributed equally

Summary

En protokoll for hjerneslag utbruddet tid anslag i en rotte modell av slag utnytte kvantitative magnetisk resonans imaging (qMRI) parametere er beskrevet. Prosedyren utnytter diffusjon MRI for avgrensning av akutt slag lesjon og kvantitative T1 og T2 (qT1 og qT2) avslapning tider for tidspunkt for hjerneslag.

Abstract

Mr gir en følsom og bestemt imaging-verktøyet for å oppdage akutt iskemiske hjerneslag med en redusert spredning koeffisient av hjernen vann. I en rotte modell av iskemiske hjerneslag, forskjeller i kvantitative T1 og T2 Mr avslapning ganger (qT1 og qT2) mellom den iskemiske lesjonen (preget av lav spredning) og den kontralateral ikke-iskemiske halvkulen øke med tiden fra slag utbruddet. Tid avhengighet av Mr avslapning tidsforskjeller beskrives heuristisk av en lineær funksjon og dermed gir en enkel anslag slag utbruddet tid. I tillegg volum av unormal qT1 og qT2 innenfor iskemiske lesjon øker lineært med gangen gir en utfyllende metode for hjerneslag timing. En (semi) automatisk datamaskinen rutine basert på kvantifisert spredningen koeffisient er presentert for å avgrense akutt iskemiske hjerneslag vev i rotte ischemia. Denne rutinen bestemmer også hemisfæriske forskjeller i qT1 og qT2 avslapning ganger og plasseringen og volumet av unormal qT1 og qT2 voxels innen lesjonen. Usikkerhet knyttet til utbruddet estimater qT1 og qT2 Mr data varierer fra ± 25 min til ± 47 minutter for de første 5 timene av hjerneslag. De mest nøyaktige utbruddet estimatene kan oppnås ved å kvantifisere mengden overlappende unormal qT1 og qT2 lesjon volumer, kalt ' Voverlapper' (± 25 min) eller kvantifisere hemisfæriske forskjeller i qT2 avslapning ganger bare (± 28 min). Samlet bedre qT2 avledet parametere fra qT1. Gjeldende MRI protokollen er testet i hyperacute fase av en permanent fokal iskemi modell, som ikke nødvendigvis gjelder for forbigående fokal hjernen ischemia.

Introduction

Hjernevev er spesielt utsatt for iskemi på grunn av høy avhengighet av oxidative fosforylering for ATP syntese og begrenset energi reservene. Ischemia resultater i subtile tidsavhengige ioniske endringer i intracellulær og ekstracellulære som fører til omfordeling av hjernen bassenger, utgivelsen av excitotoxic nevrotransmittere, og til slutt initiering av destruktive prosesser 1. I fokal iskemi sprer vevsskade utover første kjernen hvis blodstrøm ikke gjenopprettes innenfor en bestemt tidsramme 2. Tidspunktet for hjerneslag er en av de viktigste kriteriene i klinisk beslutninger for farmakoterapi av iskemiske hjerneslag, inkludert recanalization av trombolytika 3. Følgelig er mange pasienter automatisk kvalifisert for thrombolytic terapi på grunn av ukjent symptom utbruddet tid, på grunn av slag forekommer under søvn ("wake-up strek"), mangel på vitne, eller som er klar over symptomer 4,5. En prosedyre som angir tidspunktet for hjerneslag er derfor nødvendig slik at slike pasienter kan anses for thrombolysis.

Mr sonder vann i vivo. Dynamikken som er sterkt opprørt akutt iskemiske energi feil 6. Mest spesielt, er spredningen av vann underlagt translasjonsforskning (termisk) bevegelse i vann redusert i tidlig øyeblikk av iskemi på grunn av den energi feil 7. Dette resulterer i sin tur i anoksisk depolarization av neural celler 8. Diffusjon MRI (DWI) har blitt en gull-standard diagnostiske tenkelig modaliteten for akutt slag 9. DWI signalet øker raskt svar på iskemi tillater iskemiske vevet identifiseres, men viser ikke noen gang-avhengighet i løpet av de første timene av iskemiske hjerneslag 10. Likeledes kvantitative tiltak for spredning av vann som tilsynelatende diffusjon koeffisient (ADC) eller spor av diffusjon tensoren (Dav) redusere raskt i iskemiske vevet, men viser ingen forhold til tid fra slag utbruddet i dyr strøk modeller 10 og pasienter 11.

Kvantitativ MRI (qMRI) avslapning parametere, qT1, qT2 og qT1ρ, styres av roterende bevegelse og utveksling av vann hydrogenatomer og Vis komplekse tidsavhengige endringer i hjernen parenchyma følgende iskemiske energi feil 6. Tidsavhengige endringer aktivert slag utbruddet tid fastsettes i pasienter 12 og dyremodeller iskemi 13,14,15. I rotte fokal slag, qT1ρ øker nesten umiddelbart etter iskemi utbruddet og fortsetter lineært for minst 6 timer 13,14. qT1 avslapning ganger også øke i tidsavhengige mote i iskemiske hjernevev som kan beskrives ved to tid konstantene: en rask startfasen etterfulgt av en langsom fase timer 8,16. På grunn av denne bifasisk økningen, kan bruk av qT1 i slag timing være mer komplisert enn qT1ρ Mr 15. qT2 avslapning ganger også vise en bi-phasic endring i rotte fokal slag, der det er en innledende forkortelse i den første timen, etterfulgt av en lineær økning med tiden 13. Den første forkortelsen kan forklares av to parallelle kjører faktorer inkludert: (i) opphoping av deoxyhemoglobin resulterer i den såkalte "negativ blod oksygenering nivå avhengige effekt" og (ii), skiftet ekstracellulære vann i den intracellulær plass 17,18. Tidsavhengige økningen i qT2 er sannsyligvis cytotoksiske og/eller vasogenic ødem med påfølgende sammenbrudd av intracellulær macromolecular strukturer 18. Både qT1ρ og qT2 data gir nøyaktig anslag over streken utbruddet tid i preklinisk modeller 14. qT2 12 og T2-vektet signal intensiteter 19,20 har også blitt utnyttet ved slag utbruddet tid beregning i klinisk innstillinger.

I tillegg til hemispheric forskjeller i kvantitative avslapning, kan den romlige fordelingen av opphøyet avslapning klokkeslett innenfor iskemiske området også tjene som surrogater for hjerneslag utbruddet tid 14. I rotte modeller av slag, regioner med forhøyet qT1ρ, qT2 og qT1 avslapning tid utgangspunktet mindre enn spredningen definert iskemiske lesjon men øke med tiden 14,15, 21. Kvantifisering av den romlige fordelingen av opphøyet avslapning ganger som en prosent av iskemiske lesjon kan dermed også slag utbruddet tid å være beregnet 14,15. Her beskriver vi protokollen for å avgjøre slag utbruddet tid i en rotte modell av strek med qMRI parametere.

Protocol

dyr prosedyrer ble gjennomført i henhold til europeiske samfunnet direktiver 86/609/EØF retningslinjer og godkjent av Animal Care og bruk komiteen av universitetet i østlige Finland, Kuopio i Finland.

1. dyr modell

  1. Anesthetize Wistar hannrotter veier 300-400 g med isoflurane i N 2 /O 2 strøm (70% / 30%) gjennom en ansiktsmaske for varigheten av drift og MRI eksperimenter. Indusere anestesi i ventilert panseret. Isoflurane tilsvarer mellom 1,5 og 2.4%.
    1. Skjerm dybdeskarphet anestesi under MRI puste frekvens via en pneumatisk pute under torso. Mangelen på respons å klype refleks tas som et tegn på tilstrekkelig dybde for kirurgiske anestesi. Bruk isoflurane åtseldyr knyttet til en magnet bar.
  2. Utføre permanent arteria cerebri okklusjon (MCAO) å indusere fokal iskemiske hjerneslag. Bruk intraluminal tråd modellen for MCAO og utføre operasjonen etter metoder gitt av Longa et al. 22.
    1. La occluding tråden (silicon-PTFE herdet monofil filament, diameter 0.22 mm) i stedet for varigheten av Mr eksperimentet.
  3. Analysere arterial blod gasser og pH bruker en blod analysator.
    1. Under MRI, skjermen pustefrekvens med en pneumatisk pute plassert under torso og endetarms temperatur bruke endetarms temperatur avlytting system. Opprettholde en kjernetemperatur nær 37 ° C med en vann varmeputen under torso.
    2. Umiddelbart etter MCAO, sikre rotta inne holder på midten av magneten bar bruker en rotte hodet holder. Injisere 2 mL saltoppløsning intraperitoneally før overføring rotter til magneten bar.

2. Mr

  1. kjøpe Mr data ved hjelp av en 9.4T / 31 cm (med 12 cm gradient innsatsen) vannrett magnet interfaced til en konsoll utstyrt med et aktivt avparet lineær volum senderen og quadrature mottaker coil par.
  2. Skanne hver rotte for opptil 5 h innlegg MCAO. På hourly intervaller (60, 120, 180, 240 min post MCAO), erverve 12 congruently samplet (0,5 mm skive-gap, slice tykkelse = 1 mm, synsfelt = 2.56 cm x 2.56 cm) koronale skiver av spor av diffusjon tensoren (2.2.1.), Carr-Purcell-Meiboom-Gill T 2 ( 2.2.2.) og rask lav vinkel skjøt T 1 (2.2.3.).
    1. Innhente spor av diffusjon tensoren bilder (D av = 1/3 spor [D]) med tre bipolar graderinger langs hver akse (varigheten av diffusjon graderingen = 5 ms, diffusjon tiden = 15 ms) og tre b-verdier (0, 400 og 1400 s/mm-2 s), der, Δ = 15 ms, ∂ = 5 ms, ekko tid (TE) = 36 ms, repetisjon tiden (TR) = 4000 ms og anskaffet = 7.36 min.
    2. Få Carr-Purcell-Meiboom-Gill T 2 sekvensen med 12 ekko for T 2 kvantifisering, hvor ekko avstand = 10 ms, TR = 2000 ms og anskaffet = 4,20 min.
    3. Få Fast lav vinkel skudd (FLASH) for T 1, der tiden fra inversjon til den første FLASH sekvensen (T 10) er 7.58 ms, med 600 ms intervaller på 10 inversjon opptil 5407.58 ms, TR = 5,5 ms, tid mellom inversjon pulser (T slappe av ) = 10 s og oppkjøp tid = 8.20 min.

3. Bildebehandling

  1. beregning av relaxometry og ADC kart: beregne qT 2, qT 1 og ADC kart ved hjelp av Matlab funksjoner på University of Bristol nettsted [DOI:10.5523/bris.1bjytiabmtwqx2kodgbzkwso0k], for som er en bane til plasseringen av Mr dataene.
    1. For T 2 data, bruker Hamming filtrering i k-plass før rekonstruksjon av bilder (eller bilde-domene av convolution, med tilsvarende resultater, men beregningsmessig mindre effektiv). Beregne qT 2 kart av tar logaritmen til hver tidsserier og løse på en voxel-klok basis av lineær minste kvadrater (en bi-eksponentiell passform kan også utføres til T 2 henfall, men voxel-klok F-tester testene viste at voxels i bildet som flere parametere ikke kan rettferdiggjøres).
    2. For T 1 data, bruker Hamming filtrering i k-plass før rekonstruksjon av bilder. Utføre T 1 passer ut metodene i referanse 23. For å håndtere problemet med ukjent tegn (på grunn av bruk av omfanget bilder), det laveste intensitet punktet kan enten utelukket, eller beregnet i løpet av passer med lignende resultater.
    3. For diffusion-vektet data, bruker Hamming filtrering av convolution bilde domene (dette er enklere på grunn av segmentert k-space banen). Passer ADC kart av metoden i 13.
  2. Identifikasjon av iskemiske vevet
    1. identifisere iskemiske vevet på gjensidig D av bilder (1/D av) som dette gir tydelig kontrast lesjon identifikasjon. Vil generere iskemiske volumer av interesse (VOI), definere iskemiske vevet som voxels med verdier en median absolutt avvik over median verdien av hele-hjerne 1/D av distribusjonen. For å identifisere homologe regioner i den ikke-iskemiske halvkulen, gjenspeile den iskemiske VOI om den loddrette aksen. Justere ikke-iskemiske VOIs for å unngå inkludert voxels som inneholder cerebrospinalvæske.
    2. For å bestemme forholdet mellom qT 1 og qT 2 tid legge MCAO, for hver rotte og -punkt, laste de iskemiske og ikke-iskemiske VOIs på qT 1 og qT 2 kart. Ekstra mener avslapning ganger og beregne den prosentvise forskjellen i qT 1 og qT 2 mellom halvkuler (ΔT 1 og ΔT 2) ved hjelp av følgende ligning:
      < img-alt = "Ligning" src = "filer/ftp_ upload/55277/55277eq1.jpg"/ >
      der T x er valgt parameteren, qT 1 eller qT 2. Equation refererer til mener avslapning tid den iskemiske VOI og Equation det bety avslapning tid i den ikke-iskemiske VOI. Den ikke-iskemiske VOI skal brukes slik at hver rotte fungerer som sin egen kontroll.
    3. Bruker følgende kriterier for å identifisere voxels med forhøyet qT 1 og qT 2: noen voxels i den iskemiske VOI med avslapning ganger overstiger median avslapning tid av qT 1 eller qT 2 distribusjon i den ikke-iskemiske VOI med mer enn en halv bredde på halv-maksimale (HWMH). Disse kriteriene mener avslapning ganger må være i den 95 th persentilen eller høyere for å bli klassifisert som ' høy '. Bruk av median avslapning tid av den ikke-iskemiske VOI lar hver rotta å tjene som en egen kontroll.
    4. Bilde den romlige fordelingen av avslapning tidsendringer i regioner i redusert diffusjon, identifisere og farge kode voxels med forhøyet qT 1 eller qT 2 og voxels med både opphøyet qT 1 og qT 2 kalles ' qT 1 og qT 2 overlapper '.
    5. å bestemme størrelsen på lesjonen qT 1 og qT 2, beregne parameteren f (som introdusert av Knight et al. 18) fra Mr data ervervet for hver rotte og tidspunkt. f 1 og f 2 represent antall voxels med høy qT 1 eller qT 2 (henholdsvis) som en prosent av iskemiske VOI.
      1. Bruk følgende formel til å beregne f 1 og f 2:
        Equation
        der Equation refererer til avslapning tid (qT 1 eller qT 2), Equation refererer til antall ' høy ' avslapning tid voxels i den iskemiske VOI, Equation er antall ' lav ' avslapning tid voxels i den iskemiske VOI og Equation, antall voxels i Den iskemiske VOI. Vilkår for å identifisere voxels med forhøyet qT 1 og qT 2 er beskrevet i delen 3.2.3. ' lav ' voxels er voxels med avslapning ganger mindre enn medianen qT 1 eller qT 2 av de ikke-iskemiske VOI av en HWHM. Subtraksjon av Equation gir nedgang i avslapning tid på grunn av ischemia eller andre patologi 17.
      2. bestemme omfanget av ' qT 1 og qT 2 overlapping ' ved å beregne volumet av overlappende opphøyet qT 1 og qT 2 som en prosent av hele hjernen volumer, herved referert til som ' V overlapper '. Bruk denne formelen:
        Equation
        , Equation refererer til antall voxels innenfor den iskemiske VOI med begge ' høy ' qT 1 og ' høy ' qT 2 og Equation representerer antall voxels i hele rotte hjernen. Bestemme antall voxels i rotte hjernen ved manuelt å opprette en VOI rundt hele hjernen på qT 2 relaxometry maps.

4. Verifisering av iskemiske lesjon med Triphenyletrazolium Chloride (TTC)

  1. umiddelbart etter halshogging, nøye pakke rotte hjernen fra skallen. Fullfør denne fremgangsmåten i 10 min etter at rottene ble decapitated.
  2. Store hjerner i nedkjølt 0,01 M fosfat bufret saltvann (PBS) før du bruker en rotte hjernen slicer matrise til delen hjernen i seriell 1 mm tykke koronale skiver.
  3. Etter snitting ruge hver hjernen skive i 20 mL PBS inneholder TTC på 37 ° C i 30 min i mørket, som anbefalt i 24. Selv om 1% TTC konsentrasjon er akseptabelt, bruke 0,5% bedre kontrast.
    1. Dekke beholdere av delene i folie å holde det mørke.
  4. Ved fjerne TTC løsningen bruker en pipette og vaskes skiver i tre endringer av PBS.
  5. Umiddelbart fotografere skiver bruker standard lys mikroskop og et digitalkamera.

5. Statistisk analyse

  1. utføre statistisk analyse ved hjelp av Matlab og statistisk programvare.
  2. Å bestemme forholdet mellom MR parametere med tiden
    1. utføre Pearson ' s sammenhenger på grupperte rotte data til å bestemme forholdet mellom ΔT 1, ΔT 2, f 1 og f 2 og V Overlappe tid innlegget MCAO.
    2. For parametere som viser en betydelig lineær sammenheng (p < 0,05), utfører lineær minst kvadrat regresjon for å fastslå om slag utbruddet tid kan bli spådd av kvantifisere parameteren rundt. Bruke root-betyr-torget (RMSE) å vurdere nøyaktigheten av utbruddet estimater.
  3. Kvantifisering av lesjon størrelse
    1. for å sammenligne lesjon størrelser etter ulike qMRI parametere, oppførsel enveis relatert ANOVAs og Fisher ' s minst signifikante forskjellen innlegg-hoc på gjennomsnittlig antall voxels i Den iskemiske VOI og gjennomsnittlig antall voxels med høy qT 1 og qT 2. Forskjeller anses betydelig i p < 0,05. Hvis sphericity forutsetninger ikke oppfylles per Mauchly ' s sphericity test, riktig frihetsgrader og betydning verdier ifølge drivhus Geisser anslag.

Representative Results

Over rotter blod gass profilene var som følger: SO2 95,8 ± 3,2%, PenCO2 51.6 ± 2.9 mmHg og pH 7,30 ± 0,04.

Typisk Dav, qT2 og qT1 bilder fra en sentral del av rotte representant på 4 tid poeng post MCAO vises i de første 3 panelene av figur 1a. Bilder i andre panelene i figur 1 viser den automatisk oppdagede iskemiske lesjonen i rødt og regioner i den iskemiske lesjonen med forhøyet qT1, qT2 og regioner med Voverlapper vises i grønt. Opp til 2 h post-MCAO, regioner med høy qT1 i den iskemiske lesjonen var betydelig større enn høy qT2 (p < 0.01), men konvergerte med tid (figur 1). Den iskemiske lesjonen av Dav var større enn regioner av høy qT1 (p < 0,05) og qT2 (p < 0,05) i de første to timene.

Tid avhengigheter av qMRI parametere er vist i figur 2. Alle qMRI parametere ble betydelig prediktorer av tid innlegget MCAO (ΔT1: R2 = 0.71, ΔT2: R2 = 0,75, f1: R2 = 0.53, f2: R2 = 0,82, V overlappe: R2 = 0.87). Basert på RMSE for hver parameter, usikkerhet knyttet anslag over tid siden slag utbruddet var ± 37 min for ΔT1, ± 28 min for ΔT2, ± 47 minutter for f1, ±34 min f2og ±25 min for Voverlapper. Dermed ga Voverlapper den mest nøyaktige estimatet tid siden slag utbruddet.

TTC farging av hjerner prøver rundt 6 h etter MCAO bekreftet irreversibel iskemiske skader hovedsakelig i grå materie (figur 1 d).

Figure 1
Figur 1: endringer i qMRI parametere på grunn av iskemiske hjerneslag i et eksempel rotte. (en) viser eksempel qMRI bilder over en 4 h ischemia. De første fire kolonnene viser Dav kart, qT2 kart, qT1 kart og T2 vektet bilder henholdsvis. Gjenværende kolonnene viser Dav kart med ulike representasjoner av automatisk segmentert lesjoner. Automatisk oppdages Dav lesjonen vises i kolonne 5 i rødt. I kolonnen 6 D erav lesjon vist i rødt med voxels med høy qT2 vises i grønt. I spalte 7 D erav lesjon vist i rødt med høy qT1 voxels vises i grønt. I kolonnen 8 vises Dav lesjonen i rødt med voxels med både opphøyet qT1 og qT2 (Voverlapper) vises i grønt. (b) viser fordelingen av qT2 i Dav lesjonen som en funksjon av tid innlegget MCAO, så vel som ikke-lesjon qT2 distribusjon ved tidspunkt null. (c) viser tilsvarende qT1 distribusjoner, tilstøtende legenden gjelder både paneler (b) og (c). (d) viser et TTC-farget hjernen stykke etter dyret ble ofret på 6 h innlegg-MCAO. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: forholdet mellom tid innlegg-MCAO og qMRI parametere aktuelle på tidspunktet for iskemi. (en) viser f1, (b) f2, (c), Voverlapper, (d), ΔT1 og (e), ΔT2. Passer for hver parameter (solid rød linje) og RMSE barer (solid svart linje) vises. Prikkete linjene representerer hvert av bestemte 5 rotter utsatt for MCAO. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

Gjeldende protokollen for estimering av hjerneslag utbruddet tid i rotter bruker kvantitative spredning og avslapning tid MRI data i stedet for signalet intensiteter respektive vektet MR kontrast bilder19. Nyere bevis peker dårligere ytelse av bildet intensiteter ved estimering slag utbruddet tid 14,25. I 'diffusion-positive' slag lesjonen våre MRI-protokollen gir slag utbruddet ganger fra qT1 og qT2 Mr data med en nøyaktighet på halvparten en time eller så. Det er en generell trend at qT2 data utkonkurrerer som qT1. Det beste nøyaktigheten for utbruddet tid vilje hentes fra volumet av overlappende opphøyet qT1 og qT2 (Voverlapper).

Bildene i figur 1 viser at mens redusert spredning koeffisient vises ganske jevnt, regioner med unormal qT1 og qT2 heterogeneously spredt i den iskemiske lesjonen. Dette funnet er tidligere observasjoner og trolig på grunn av ulike sensitiviteten for parameterne qMRI patofysiologiske endringer forårsaket av iskemi 6. Dette tyder qMRI parametere kan være informativ vev status og støtter begrepene at DWI over estimatene iskemiske skader 26. Faktisk definert siste prekliniske bevis peker mot heterogenitet iskemiske skader i diffusjon lesjoner 27. Dermed gir kombinasjonen av diffusjon, qT1 og qT2 potensielt informasjon om slag utbruddet tid og vev status, begge er klinisk nyttig for behandling beslutninger om pasienter med ukjent utbruddet.

Voverlapper og f2 ga de mest nøyaktige anslagene slag utbruddet tid. Fordelen med kvantifisere avslapning ganger er at i motsetning til signalet intensiteter de er ufølsomme for iboende variasjoner forårsaket av tekniske forhold som magnetfelt inhomogeneities og proton tetthet 6, inkludert forventede magnetfeltet variasjon i iskemiske lesjon 18. Redusert usikkerhet knyttet til utbruddet tid anslag over qT1 og f1 er sannsynlig på grunn av nevnte bi-phasic responsen fra qT1 til iskemi, som bidrar til den grunne skråningen av tidsavhengige qT1 endre 8,15,16. Mr dataene (figur 2) er i tråd med tidligere arbeider 13,14, som tiden kurs av avslapning tid forskjellene mellom iskemiske og kontralateral ikke-iskemiske hjernen er tilstrekkelig beskrevet av lineære funksjoner. Det er imidlertid viktig å merke seg at understøttelsen etter endringene på grunn av iskemi ikke er lineær 1,18.

Gjeldende MRI protokollen for hjerneslag gang demonstreres i rotter utsatt for permanent iskemi bruker Longa et al. prosedyren 22. I vår erfaring, Longa et al. prosedyren mislykkes å indusere MCAO i 10-20% av rotter, men kan som ADC brukes til å bekrefte tilstedeværelse av iskemi, eksperimenter bli avbrutt. Unnlatelse av å indusere MCAO er ofte imperfektum occluder tråden. En ytterligere faktor som resulterer i eksperimentell feil er at MCAO er en alvorlig prosedyre forårsaker død opptil 20% av rotter under en langvarig MRI-økt.

Den utbruddet timing protokollen gjelder bare permanent ischemia. I rotte fokal iskemi med reperfusion, vil forholdet mellom qT1 -Dav eller qT2 distansere Dav gjenoppretter, men kanskje ikke for qT1 og qT2 avhengig av iskemi før reperfusion 8,28. Dessuten er utviklingen av iskemiske skader sannsynligvis være mer variabel i slagpasienter skyldes individuelle forskjeller i faktorer som påvirker mikrosirkulasjonen som alder og Co-morbidities (f.eks, diabetes, hypertensjon, hjertesykdommer). Disse faktorene påvirker uunngåelig tid avhengigheten av f-1, f2 og Voverlapper i menneskelige slag, og dermed krever etterforskning i klinisk innstillinger.

For å konkludere, gir qMRI parametere estimater slag utbruddet tid. Voverlapper og f2 gir de mest nøyaktige anslagene og kan også være informativ vev status. qMRI kan derfor være klinisk gunstig i forhold til hjelpe behandlingen avgjørelser for pasienter med ukjent utbruddet tid. Et problem å bli vurdert her er at grå-til-hvitt-saken forholdet i rotte hjernen er mye høyere enn i mennesker, og hydrodynamikk i slike hjernen vev kan variere 18. Likevel videre etterforskning av tid avhengighet av f2, Voverlapper og qT2 i hyper akutt slagpasienter garanteres.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

BLM er en mottaker av EPSRC PhD studentship og fikk reise stipend til Universitetet i østlige Finland fra skolen av eksperiementell psykologi, University of Bristol. MJK er finansiert av Elizabeth Blackwell Institute og Wellcome Trust internasjonal strategisk støtte fondet [ISSF2: 105612/Z/14/Z]. KTJ og OHJG er finansiert av Academy i Finland, UEF-hjerne strategiske finansiering fra Universitetet i østlige Finland og Biocenter Finland. Arbeidet ble støttet av The Dunhill medisinsk Trust [bevilgning nummer 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Siesjö, B. K. Mechanisms of ischemic brain damage. Crit. Care Med. 16, 954-963 (1988).
  2. Astrup, J., Siesjö, B. K., Symon, L. Thresholds in cerebral ischemia: the ischemic penumbra. Stroke. 12, 723-725 (1981).
  3. 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).
  4. 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).
  5. George, M. G., et al. Paul Coverdell National Acute Stroke Registry Surveillance - four states, 2005-2007. MMWR Surveill Summ. 58, 1-23 (2009).
  6. Kauppinen, R. A. Multiparametric magnetic resonance imaging of acute experimental brain ischemia. Prog NMR Spectr. 80, 12-25 (2014).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Wintermark, M., et al. Acute stroke imaging research roadmap. Stroke. 39, 1621-1628 (2008).
  10. 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).
  11. Madai, V. I., et al. DWI intensity values predict FLAIR lesions in acute ischemic stroke. PLoS One. 9, e92295 (2014).
  12. Siemonsen, S., et al. Quantitative T2 values predict time from symptom onset in acute stroke patients. Stroke. 40, 1612-1616 (2009).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20, 84-91 (1989).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Fiehler, J., et al. Severe ADC decreases do not predict irreversible tissue damage in humans. Stroke. 33, 79-86 (2002).
  27. Lestro Henriques, I., et al. Intralesional Patterns of MRI ADC Maps Predict Outcome in Experimental Stroke. Cerebrovasc Dis. 39, 293-301 (2015).
  28. 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).

Tags

Nevrovitenskap problemet 127 hjernen slag magnetisk resonans Imaging utbruddet tid
En magnetisk resonans Imaging protokoll for hjerneslag utbruddet tid anslag i Permanent Cerebral iskemi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

McGarry, B. L., Jokivarsi, K. T.,… More

McGarry, B. L., Jokivarsi, K. T., Knight, M. J., Grohn, O. H. J., Kauppinen, R. A. A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia. J. Vis. Exp. (127), e55277, doi:10.3791/55277 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter