Diffusion Imaging nel midollo spinale cervicale Rat

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di ottenere una risonanza magnetica pesata in diffusione di alta qualità del midollo spinale di ratto per la caratterizzazione non invasiva della microstruttura tissutale. Ciò si ottiene preparando prima un ratto nello scanner RM con un'adeguata mobilizzazione e monitoraggio respiratorio. Il secondo passo consiste nell'eseguire una risonanza magnetica pesata in diffusione personalizzata con gating respiratorio.

Successivamente, le immagini vengono corrette per gli artefatti di suscettibilità. Il passaggio finale consiste nell'adattare il segnale MRI a un modello matematico. In definitiva, il confronto dei parametri del modello all'interno delle regioni di interesse viene utilizzato per mostrare le proprietà della microstruttura tissutale.

Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come la scansione ex vivo, è che può essere tradotta in clinica per scopi diagnostici. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nelle lesioni del midollo spinale, come l'identificazione dei meccanismi di lesione secondaria e la prognosi per il recupero. A dimostrare la procedura saranno i tecnici Natasha Wilkins e Matt Renquist del mio laboratorio prima di eseguire i passaggi di questo protocollo.

In primo luogo, ottenere l'approvazione dai comitati istituzionali appropriati per l'assistenza e l'uso per tutte le procedure. Iniziare anestetizzando il ratto in una camera di induzione utilizzando il 5% di fluoro in aria medica. Quando il ritiro della zampa e il riflesso della scrittura sono assenti, ridurre l'anestesia al 2%Quindi trasferire l'animale sul letto dello scanner in posizione prona con la testa in avanti.

Mantenere il 2% di fluoro ISO attraverso un cono nasale durante la procedura e mantenere l'aria medica a una velocità di flusso di circa un litro al minuto. Inoltre, applicare una piccola quantità di unguento lubrificante sugli occhi del ratto per evitare di danneggiare la cornea durante l'anestesia. Posizionare saldamente una cintura di monitoraggio respiratorio attorno al busto del ratto e collegarla a un sistema di gating respiratorio.

Controllare il computer di monitoraggio respiratorio per assicurarsi che il ciclo respiratorio sia chiaro e coerente. Se necessario, regolare una cinghia poiché questo passaggio è fondamentale per la qualità dell'immagine. Utilizzare un sistema di riscaldamento ad aria calda e monitorare e mantenere la temperatura corporea dell'animale attraverso una sonda rettale per assicurarsi che venga mantenuta a 37 gradi Celsius.

Mantenere la frequenza respiratoria tra 30 e 45 respiri al minuto regolando il livello di anestesia tra l'1,2 e il 2% Ora, posiziona il ratto nel supporto per la testa con una barra per morso e avvita le barre auricolari e fai scorrere la testa in una bobina di volume in quadratura fino a quando il rachide cervicale non è posizionato al centro della bobina. Infine, far avanzare il ratto e i supporti di supporto nel foro dello scanner, se applicabile, regolare la sintonizzazione e l'abbinamento dei condensatori della bobina alla frequenza e all'impedenza corrette secondo le istruzioni del fornitore. Acquisisci una scansione di ricognizione a tre piani predefinita per garantire il posizionamento corretto.

Questa prima scansione attiva le procedure automatizzate del sistema MRI per il rilevamento dello spessoramento della frequenza di risonanza, la calibrazione della potenza della radiofrequenza e la regolazione del guadagno del ricevitore. Verificare che il centro del rachide cervicale sia allineato sia con il centro del magnete che con il centro della bobina MRI. Quindi aggiungere al protocollo di imaging un echo planer, una sequenza spin echo pesata in diffusione.

Utilizzate le impostazioni predefinite di una sequenza, ma prescritte 12 fette con uno spessore della fetta di 0,75 millimetri e orientatele perpendicolarmente all'asse principale del midollo cervicale. Utilizzare la base del cervelletto come riferimento interno per garantire un posizionamento coerente della fetta tra gli animali e tra le sessioni. Attiva le bande di saturazione.

Quindi posizionare quattro bande di saturazione con uno spessore di 10 millimetri al di fuori del midollo spinale per ridurre al minimo il segnale da questi tessuti e ridurre il loro potenziale di indurre artefatti. Inoltre, assicurati di attivare il gating respiratorio. Ora, imposta la sequenza utilizzando le impostazioni di attesa della diffusione, come mostrato sullo schermo qui.

Quindi avvia la scansione. Il tempo totale di acquisizione sarà di circa 25 minuti durante le scansioni. Monitorato il software di gating respiratorio e regolato il periodo di ritardo tra l'innesco e il segnale al sistema di risonanza magnetica in modo che le acquisizioni avvengano solo nella parte quiescente del ciclo respiratorio.

Si noti che sarà necessario un ritardo di attivazione compreso tra 100 e 400 millisecondi a seconda del modello di respirazione dell'animale. Ciò contribuirà a ridurre gli artefatti che si verificano con il movimento respiratorio. Se disponibile, ripetere la sequenza con i segnali inversi personalizzati impostati su On al termine dell'imaging.

Togliete l'animale dal supporto e rimettetelo nella sua gabbia. Monitora l'animale fino a quando non ha ripreso conoscenza. Per mantenere la posizione sdraiata sternale.

Iniziare l'elaborazione delle immagini eseguendo prima la correzione degli artefatti di suscettibilità. Quindi estrarre i volumi B uguale a zero da ogni scansione in un singolo file utilizzando le utilità fornite con FSL o altri pacchetti software MRI. Il codice di esempio è visibile qui.

È necessario un file per ogni fase nella direzione del codice. Successivamente, utilizzare il comando di ricarica in FSL per creare un file corretto con artefatti di distorsione dell'immagine ridotti. Applicare questa correzione alle immagini DWI grezze da utilizzare per la creazione di mappe parametriche.

Caricare questo file DWI corretto nella vista FSL e selezionare il file. Crea maschera dal menu. Usa gli strumenti matita per disegnare una regione di interesse all'interno di un tipo di tessuto.

Salva questo file e ripeti l'operazione per tutte le altre aree di interesse o ROI desiderate. Utilizzare il file ROI per mascherare il file DWI, quindi calcolare il segnale medio all'interno del ROI per ogni volume di immagine. Copia i primi otto risultati in un programma di calcolo numerico come MATLAB come vettore per il segnale trasversale e i secondi otto risultati come vettore per il segnale longitudinale, dove otto è il numero di valori B utilizzati.

Copiare anche i valori B nel programma come vettore di otto valori B. I valori B per le direzioni trasversale e longitudinale dovrebbero essere identiche, se possibile. Lo scanner deve ottenere il valore B effettivo anziché il valore B nominale.

Utilizza una casella degli strumenti di adattamento della curva per adattare i dati del segnale rispetto al valore B al modello desiderato. Digitando CF tools al prompt dei comandi, selezionare i valori B come dati X e i vettori del segnale come dati y. Quindi selezionare il menu di raccordo e immettere un'equazione per il raccordo.

Si noti che quando si inserisce l'equazione, potrebbe essere necessario impostare i punti di partenza e i limiti per le variabili più ragionevoli per i dati. Dopo aver applicato le equazioni all'adattamento, annota i valori dei parametri che serviranno come marcatori quantitativi. Questa immagine mostra immagini pesate in diffusione di alta qualità ottenute con la diffusione applicata trasversalmente e longitudinalmente all'asse principale del midollo spinale.

Per ogni direzione vengono mostrati diversi valori B che forniscono il miglior contrasto tra la materia bianca e quella grigia. Qui, la colonna di sinistra mostra una sezione riprodotta con la sequenza DWI. La colonna centrale mostra l'acquisizione con i segnali acustici inversi.

Si noti come le feature che appaiono allungate nella prima immagine appaiono compresse nella colonna centrale. La colonna di destra mostra le immagini pesate in diffusione corrette utilizzando la ricarica. La riga superiore è l'immagine pesata non in diffusione.

La riga centrale mostra la ponderazione della diffusione applicata nella direzione trasversale e la riga inferiore mostra la ponderazione della diffusione nella direzione longitudinale. Qui possiamo vedere il segnale normalizzato tracciato in funzione della ponderazione della diffusione con la direzione di codifica della diffusione trasversale e longitudinale. Mappe di alta qualità di diffusività, curtosi e anisotropia sono calcolate dal segnale ad ogni voxel.

C'è una chiara differenza nei parametri tra la materia bianca e quella grigia, così come le differenze regionali nelle regioni della sostanza bianca. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di monitorare attentamente la respirazione dell'animale e regolare il ritardo nel livello di anestesia al fine di ridurre gli artefatti di movimento. Ciò è particolarmente importante nei ratti feriti che possono avere tassi di respirazione anormali o altre complicazioni fisiologiche che possono richiedere l'adattamento delle procedure.