磁気共鳴イメージング (qMRI) パラメーターを利用したストロークのラットモデルにおける脳卒中発症時間推定のためのプロトコルを説明します。手順は、脳卒中急性期病変と定量的 T1と T2 (qT1および qT2) 緩和時間ストロークのタイミングのための描写のための拡散強調 MRI を悪用します。
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磁気共鳴イメージング (qMRI) パラメーターを利用したストロークのラットモデルにおける脳卒中発症時間推定のためのプロトコルを説明します。手順は、脳卒中急性期病変と定量的 T1と T2 (qT1および qT2) 緩和時間ストロークのタイミングのための描写のための拡散強調 MRI を悪用します。
MRI は、脳水の低下の拡散係数による急性期脳梗塞を検出する特異的かつ高感度イメージング ツールを提供します。虚血性脳卒中のモデルラット、(低拡散による線引き) 虚血性病変と非虚血性対側半球の定量的 T1と T2 MRI 緩和時間 (qT1および qT2) の違いを増やす脳卒中発症からの時間。MRI 緩和時間差の時間依存性は線形関数で記述されるヒューリスティックと脳卒中発症時の簡単な見積もりを提供します。さらに、異常 qT1と qT2虚血病変内のボリュームはストロークのタイミングの相補的な方法を提供するとともに直線的に増加します。(半) 自動化されたコンピューター ルーチンに基づいて定量化された拡散係数は虚血ラットにおける急性期脳梗塞組織を記述する発表します。このルーチンは、大脳半球機能差 qT1 qT2緩和時間と場所異常 qT1と病変内 qT2ボクセルのボリュームを決定します。QT1発症時間の見積もりに関連付けられた不確実性、qT2 MRI データがストロークの最初の 5 時間の ± 47 分 ± 25 分から変わる。最も正確な発症時間の見積もりを異常 qT1と qT2病変ボリュームの重複の量を定量化することで得られる、' V は、重複を ' と呼ばれることができます (± 25 分) または qT2大脳半球機能差を定量化することで緩和時間のみ (± 28 分)。全体的にみて、qT2派生パラメーターは qT1からのそれらを上回る。現在の MRI プロトコルは、一過性脳虚血に適用できない可能性があります恒久的な虚血モデルの超急性期でテストします。
脳組織は、ATP 合成と限られたエネルギー資源の酸化的リン酸化の依存度が高いため虚血に対して特に脆弱です。脳水プールの再分配、興奮神経伝達物質放出と最終的に破壊的なプロセス1の開始につながる細胞内および細胞外スペースの微妙な時間依存イオン変化の ischemia の結果します。虚血、組織の損傷は、特定の時間枠の2内血流をリストアできない場合初期コアを超えて します。脳卒中発症の時間は、現在の薬物療法の虚血性脳卒中、血栓溶解薬3で再開通を含む臨床判断の重要な基準の 1 つです。その結果、多くの患者は、自動的に、証人や症状4、5の意識の欠如 ('ウェイク アップ ストローク')、睡眠中に起こる脳卒中により、未知の症状発症時期による血栓溶解療法の対象外です。このような患者は、血栓溶解療法のものと思われるので、脳卒中発症の時間を決定する手順そのためです。
MRI プローブ水in vivo。ダイナミクスを急性虚血性エネルギー障害6深刻な摂動.特に、水の分子の並進 (熱) によって支配される水の拡散はエネルギー障害7による虚血の早期の瞬間に減少します。これは順番神経細胞8の無酸素脱分極の結果します。拡散 MRI (飲酒運転) 脳卒中急性期9のゴールド スタンダードの診断イメージ投射様相となっています。飲酒運転信号が虚血虚血組織識別することを許可するのに応答して急速に増加、虚血性脳卒中10の最初の数時間の間に任意の時間依存性を表示されません。同様に、見かけの拡散係数 (ADC) などの水の拡散の定量的な対策または拡散テンソル (Dav) のトレース、虚血性の組織で急速に減少、動物脳卒中脳卒中発症からの時間との関係を示す10患者11をモデル化します。
定量的な MRI (qMRI) 緩和パラメーター、qT1qT2 qT1ρ、回転運動と水の水素原子の交換によって支配され、虚血性脳実質次のように複雑な経時変化を表示エネルギー障害6。このような経時変化は、脳卒中発症患者12と虚血13,14,15の動物モデルで推定するに有効になります。ラット焦点ストローク、qT1ρ虚血発症後ほぼ瞬時に増加、少なくとも 6 時間13,14線形続行されます。qT1緩和時間はまた 2 つの時定数で記述することができます脳虚血組織における時間依存的増加: 初期の速い段階の後、持続時間8,16遅いフェーズ。この相性増加のため qT1ストロークのタイミングでの使用は、qT1ρ MRI 15のそれよりも複雑かもしれません。qT2緩和時間も変化を示す bi, ラット焦点のストロークでというが初期を短縮されて 1 時間以内時間13と直線的に増加が続きます。初期の短縮を含む 2 つの並列実行要因によって説明される: (i) の蓄積はいわゆる結果脱酸素化ヘモグロビン '否定的な血液酸素化レベル依存効果' と (ii) は、細胞外の水へのシフト、細胞内スペース17,18。QT2の時間依存の増加は細胞毒性の原因および/または分子病態浮腫とそれに続く分解細胞内の高分子構造18。QT1ρと qT2データの両方は、前臨床モデル14ストローク発症時間の正確な見積もりを提供します。qT2 12と T2-加重信号強度19,20は、臨床の現場で脳卒中発症時間推定のため悪用されています。
量的緩和時間の大脳半球機能差に加え虚血領域内の上昇の緩和時間の分布も脳卒中発症時間14の代理として役立つかもしれない。ストローク、高架 qT1ρqT2 qT と地域のモデルラット1緩和時間は当初普及には虚血性病変が定義されているよりも小さいが時間14,15、増加 21。したがって虚血性病変のサイズに対する割合として上昇の緩和時間の分布の定量化は推定14,15と脳卒中発症時間もできます。ここでは、qMRI パラメーターを使用してストロークのラットモデルにおける脳卒中発症時刻を確認するプロトコルについて述べる。
動物の手続きがコミュニティ評議会指令 86/609/EEC の指針に従って行われ、動物のケアおよび使用委員会クオピオ、フィンランド東フィンランド大学によって承認します
。1 です。 動物モデル
2。MRI
3。画像処理
虚血性のボイの平均緩和時間を指しますと
非虚血性のボイで平均緩和時間。それぞれのラットは、独自のコントロールとして機能するように非虚血性のボイを使用する必要があります
とは、緩和時間 (qT 1 または qT 2)、
の数を指します ' 高 ' 虚血性 VOI で緩和時間ボクセル
の数は、' 低 ' 緩和時間虚血性のボイのボクセルと
、ボクセル内の合計数虚血性のボイ。セクション 3.2.3 中昇格した qT 1 と qT 2 ボクセルを識別するための基準のとおりです。' 低 ' ボクセルが緩和時間より中央 qT 1 または 1 つの HWHM によって非虚血性のボイの qT 2 とボクセル。減算
虚血または他の病態 17 による緩和時間の減少が可能になります
両方で虚血性の VOI 内ボクセルの数を指します' 高 ' qT 1 と ' 高 ' qT 2 と
全体のラット脳における画素の総数を表します。QT 2 relaxometry 地図周り全脳ボイを手動で作成するラットの脳におけるボクセルの数を決定します4。虚血性病変と Triphenyletrazolium 塩化 (TTC) の検証
5。統計解析
ラットの血液ガスの通り: その2 95.8 ± 3.2%、P、CO2 51.6 ± 2.9 mmHg、pH 7.30 ± 0.04。
典型的な DavqT2 MCAO は図 1 aの最初 3 のパネルに示すように 4 時間ポイント記事で代表的なラットの中央のスライスから qT1画像。図 1の他のパネルで画像を示す赤と昇格した qT1qT2 Vが重なる地域と虚血病変領域の自動検出の虚血性病変が緑色で表示されます。2 h のポスト-MCAO、虚血性病変で高 qT1地域だった高 qT2よりも大きく (p < 0.01)、時間 (図 1) が収束します。Davで虚血性病変高 qT1の地域よりも大きかった (p < 0.05) と qT2 (p < 0.05) 最初の 2 時間で。
QMRI パラメーターの時間の依存関係は、図 2のとおりです。すべての qMRI パラメーターが時間ポスト MCAO の有意な予測因子 (ΔT1: R2 = 0.71、ΔT2: R2 = 0.75、f1: R2 = 0.53、f2: R2 = 0.82 V重複: R2 = 0.87)。脳卒中発症が ± ΔT1ΔT2± f1f2±34 分 ± 25 V重複分に 47 分 28 分 ± 37 分頃各パラメーターの RMSE を基に、不確実性の時間の見積もりに関連付けられます。したがって、脳卒中発症からの時間の最も正確な推定値を与えた Vオーバー ラップします。
MCAO は主に灰白質 (図 1 d) で不可逆的な虚血性損傷を確認後、約 6 時間のサンプルを脳 TTC 染色します。

図 1: 例ラットにおける虚血性脳卒中による qMRI のパラメーターの変更。(な) 例 qMRI 画像虚血 4 時間以上です。最初の 4 つの列表示 Davマップ、qT2マップ、qT1マップと T2強調像それぞれ。残りの列は、Davを自動的にセグメント化された病変の様々 な表現とマップを表示します。自動的に検出された Dav病変が赤い [5] 列に表示されます。6 D 列にav病変は高 qT2緑ボクセルと赤で表示されます。列 7 Dav病変は緑色で示されている高 qT1ボクセルと赤で表示されます。列 8 Dav病変が昇格した qT1と qT2が (V重複) 緑ボクセルと赤で表示されます。(b) は、時間記事、MCAO の関数として Dav病変だけでなく、時間 0 で非病変 qT2配布 qT2の分布を示しています。(c) 凡例を示しています対応する qT1分布、隣接するパネル (b) と (c) に係る。(d) は、動物は 6 h ポスト MCAO で犠牲になった後に TTC 染色脳スライスを示しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2: 虚血のタイミングに関連する時間のポスト MCAO と qMRI のパラメーター間の関係。f1f2、(c) V のオーバー ラップ、(d)、(b) ΔT1 , (e)、(、) を示しています ΔT2。各パラメーター (赤実線) に最適、RMSE バー (黒実線) が表示されます。点線は、MCAO を受ける indivudual 5 ラットのそれぞれを表しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
ラットにおける脳卒中発症時間を推定するための現在のプロトコルは、それぞれの強調 MR コントラスト画像の信号強度ではなく、定量的拡散および緩和時間 MRI データを使用します19。最近の証拠は、脳卒中の発症時間の推定における画像強度のパフォーマンスが劣っていることを示しています 14,25。「拡散陽性」脳卒中病変では、当社の MRI プロトコルは、qT1 および qT2 MRI データからの脳卒中発症時間を 30 分程度の精度で提供します。qT2 のデータが qT1 のデータよりも優れているのは一般的な傾向です。発症時間決定の最良の精度は、重複する上昇したqT1とqT2の体積(Vオーバーラップ)から得られます。
図1の画像は、減少した拡散係数がかなり均一に見える一方で、異常なqT1およびqT2を持つ領域が虚血性病変内に不均一に散在していることを示しています。この発見は以前の観察結果に従っており、虚血によって引き起こされる病態生理学的変化に対するこれらの qMRI パラメーターの感度が異なるためである可能性があります 6。これは、qMRI パラメーターが組織の状態に関する情報である可能性があることを示唆しており、DWI が虚血性損傷を過大評価しているという概念を裏付けています 26。実際、最近の前臨床証拠は、拡散定義病変内の虚血性損傷の不均一性を示しています 27。したがって、拡散、qT1 および qT2 の組み合わせは、脳卒中の発症時間と組織状態に関する情報を提供する可能性があり、どちらも発症が不明な患者に関する治療決定に臨床的に役立ちます。
Vの重複と f2 は、脳卒中の発症時間を最も正確に推定しました。緩和時間を定量化することの利点は、信号強度とは異なり、虚血性病変18内の予想される磁場変動を含む、磁場の不均一性や陽子密度6などの技術的要因によって引き起こされる固有の変動に鈍感であることである。qT1およびf1の発症時間推定に関連する不確実性の低下は、虚血に対するqT1の前述の二相応答によるものと考えられ、これは時間依存性qT1変化の浅い傾きに寄与します8,15,16。示されているMRIデータ(図2)は、虚血性脳と対側非虚血性脳の間の弛緩時間差の時間経過が線形関数によって適切に記述されるという点で、以前の研究13,14に準拠しています。ただし、虚血による基礎となる流体力学的変化は線形ではないことに注意することが重要です1,18。
脳卒中時間の現在の MRI プロトコルは、Longa et al. 手順 22 を使用して永久虚血を受けたラットで実証されています。私たちの経験では、Longaら手順はラットの10〜20%でMCAOを誘導できませんが、ADCを使用して虚血の存在を確認するため、実験を早期に終了する可能性があります。MCAOの誘導の失敗は、多くの場合、不完全な閉塞器スレッドが原因です。実験の失敗につながるさらなる要因は、MCAOが重度の処置であり、長時間のMRIセッション中に最大20%のラットが死亡することです。
脳卒中発症タイミングプロトコルは、永久虚血にのみ適用されます。再灌流を伴うラット限局性虚血では、Dav と qT1 または qT2 の間の関係は、Dav が回復するにつれて解離しますが、再灌流前の虚血の期間に応じて、qT1 と qT2 では解離しない場合があります 8,28。さらに、虚血性損傷の進行は、年齢や併存疾患 (糖尿病、高血圧、心臓病など) などの微小循環に影響を与える要因の個人差により、脳卒中患者ではより変動する可能性があります。これらの要因は、ヒト脳卒中における f1、f2、および V の重複の時間依存性に必然的に影響を与えるため、臨床現場での調査が必要です。
結論として、qMRI パラメーターは脳卒中の発症時間の推定値を提供します。Vのオーバーラップ と f2 は最も正確な推定値を提供し、組織の状態に関する情報にもなります。したがって、qMRI は、発症時期が不明な患者の治療決定を支援するという点で臨床的に有益である可能性があります。ここで考慮すべき問題は、ラットの脳の灰白質と白質の比率がヒトよりもはるかに高く、これらの脳組織タイプの流体力学が異なる可能性があることです 18。それにもかかわらず、超急性脳卒中患者における f2、Vオーバーラップ 、および qT2 の時間依存性に関するさらなる調査が必要です。
著者が明らかに何もありません。
BLM は、EPSRC 思い立ったの受信者であり、東フィンランド大学にブリストル大学実験心理学学校の旅行補助金を受け取った。MJK はエリザベス ・ ブラックウェル所、Wellcome の信頼の国際戦略的支援ファンドに資金を供給 [ISSF2: 105612/Z/14/Z]。KTJ と OHJG は、UEF 脳の戦略的な資金東フィンランド大学から、オ フィンランド フィンランドのアカデミーによって賄われています。仕事は、ダンヒル医療信頼 [許可番号 R385/1114] によって支えられました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 磁場強度 | 操作周波数 | ||
| MRI | スキャナーAgilent、カリフォルニア州サンタクララ、米国 | 9.4T | 400.13 MHz |
| 線形体積送信RFコイル | RAPIDバイオメディカル、リンパー、ドイツ | - | 400.13MHz |
| アクティブに分離された受信コイル | RAPIDバイオメディカル、リンパー、ドイツ | - | 400.13MHz |
| ラットヘッドホルダー | RAPID Biomedical, Rimpar, Germany | ||
| i-Stat handheld blood-gas analyzer | i-Stat Co, East Windsor, NJ, USA | ||
| 空気圧式枕呼吸数モニター | SA Instruments Inc, Stony Brook, NY, USA | ||
| げっ歯類の直腸温調節装置 | SA Instruments Inc, Stony Brook, NY, USA | ||
| 名前 | 会社 | ||
| Chemicals | |||
| イソフルラン:Attane Vet 1000mg / g | Piramal Healthcare UK Ltd、ノーサンバーランド、英国 | ||
| 2,3,5-トリフェニルテトラゾリウムコリド= TTC | Sigma-Aldrich、Gillinham、ドーセット、英国 |
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