ラット頸部脊髄の拡散イメージング

この手順の全体的な目標は、組織の微細構造の非侵襲的特性評価のために、ラット脊髄の高品質の拡散加重磁気共鳴画像法を取得することです。これは、まずMRスキャナーでラットを準備し、適切な動員と呼吸モニタリングを行うことで達成されます。2 番目のステップは、呼吸ゲーティングを使用してカスタム拡散強調 MRI スキャンを実行することです。

次に、画像に感受性アーティファクトがないか補正します。最後のステップは、MRI信号を数学モデルに適合させることです。最終的には、関心領域内のモデルパラメータの比較を使用して、組織の微細構造の特性を示します。

この手法は、ex vivoスキャンなどの既存の方法と比較した場合の主な利点は、診断目的でクリニックに変換できることです。この方法は、二次損傷のメカニズムの特定や回復の予後など、脊髄損傷の重要な質問に答えるのに役立ちます。この手順をデモンストレーションするのは、このプロトコルの手順を実行する前に、私の研究室の技術者であるNatasha WilkinsとMatt Renquistです。

まず、すべての手続きについて、適切な施設ケア委員会および使用委員会から承認を得ます。医療用空気中の5%isofフッ素を使用して、誘導チャンバーでラットに麻酔をかけることから始めます。足の離脱と筆記反射がない場合は、麻酔を2%に減らし、次に動物を頭から腹臥位でスキャナーベッドに移します。

処置中は、ノーズコーンを通して2%ISOフッ素を維持し、医療用空気を毎分約1リットルの流量に保ちます。また、麻酔下での角膜の損傷を避けるために、ラットの目に少量の潤滑軟膏を塗布します。呼吸モニタリングベルトをラットの胴体にしっかりと巻き付け、呼吸ゲーティングシステムに接続します。

呼吸モニタリングコンピュータをチェックして、呼吸周期が明確で一貫していることを確認します。この手順は画質に不可欠であるため、必要に応じてベルトを調整します。温風暖房システムを使用し、直腸プローブを通じて動物の体温を監視および維持し、摂氏37度に維持されていることを確認します。

レベル麻酔を1.2〜2%に調整することにより、毎分30〜45回の呼吸数を維持します次に、ラットをバイトバーでヘッドホルダーに配置し、イヤーバーをねじ込み、頸椎がコイルの中央に配置されるまで頭を直交ボリュームコイルにスライドさせます。最後に、ラットとサポートホルダーをスキャナーボア(該当する場合)に進め、ベンダーの指示に従って、コイルの同調コンデンサとマッチングコンデンサを適切な周波数とインピーダンスに調整します。デフォルトの3平面スカウトスキャンを取得して、正しい位置決めを確保します。

この最初のスキャンにより、共振周波数シミングの検出、無線周波数電力のキャリブレーション、およびレシーバーゲインの調整のためのMRIシステムの自動手順がアクティブになります。頸椎の中心が磁石の中心とMRIコイルの中心の両方と揃っていることを確認します。次に、エコープレーナー、拡散加重スピンエコーシーケンスをイメージングプロトコルに追加します。

シーケンスのデフォルト設定を使用しましたが、スライスの厚さが0.75ミリメートルのスライスを12個指定し、これらを頸髄の主軸に対して垂直に向けました。小脳の基部を内部基準として使用して、動物間およびセッション間で一貫したスライス位置を確保します。彩度バンドをオンにします。

次に、脊髄の外側に厚さ10mmの4つの飽和バンドを配置して、これらの組織からのシグナルを最小限に抑え、アーティファクトを誘発する可能性を減らします。また、呼吸ゲーティングを必ずオンにしてください。次に、この画面に表示される拡散待機設定を使用してシーケンスを設定します。

次に、スキャンを開始します。スキャン全体を通して、合計取得時間は約25分です。呼吸ゲーティングソフトウェアを監視し、トリガーとMRIシステムへの信号との間の遅延期間を調整して、呼吸サイクルの静止部分でのみ取得が行われるようにしました。

動物の呼吸パターンによっては、100〜400ミリ秒のトリガー遅延が必要になることに注意してください。これにより、呼吸運動で発生するアーチファクトを減らすことができます。可能な場合は、イメージングが完了したら、カスタムリバースブリップをオンに設定してシーケンスを繰り返します。

動物をホルダーから取り外し、ケージに戻します。動物が意識を取り戻すまで監視します。胸骨のリカンベントを維持するため。

まず、感受性アーチファクトの補正を行うことから、画像処理を開始します。次に、FSLまたはその他のMRIソフトウェアパッケージに付属のユーティリティを使用して、各スキャンからBがゼロのボリュームを1つのファイルに抽出します。サンプルコードはこちらを参照してください。

コード方向のフェーズごとに 1 つのファイルが必要です。次に、FSL の top-up コマンドを使用して、画像の歪みアーティファクトが減少した補正ファイルを作成します。この補正を、パラメータマップの作成に使用する生のDWI画像に適用します。

この修正されたDWIファイルをFSLビューにロードし、ファイルを選択します。メニューからマスクを作成します。鉛筆ツールを使用して、1つの組織タイプ内に関心領域を描画します。

このファイルを保存し、他の目的の関心領域または ROI に対して繰り返します。ROI ファイルを使用して DWI ファイルをマスクし、各画像ボリュームの ROI 内の平均信号を計算します。最初の 8 つの結果を横方向信号のベクトルとして MATLAB などの数値計算プログラムにコピーし、2 番目の 8 つの結果を縦方向信号のベクトルとしてコピーします (8 は使用される B 値の数です)。

また、B 値を 8 つの B 値のベクトルとしてプログラムにコピーします。可能であれば、横方向と縦方向の B 値は同じである必要があります。公称B値ではなく、有効なB値はスキャナーから取得する必要があります。

カーブ フィッティング ツールボックスを使用して、信号と B 値のデータを目的のモデルに適合させます。コマンド プロンプトで「CF tools」と入力し、B 値を X データとして選択し、信号ベクトルを y データとして選択します。次に、フィッティングメニューを選択し、フィッティングの方程式を入力します。

方程式を入力するときは、データに対してより妥当な変数に対して開始点と制限を設定する必要があることに注意してください。方程式を近似に適用した後、定量的マーカーとして機能するパラメータ値に注意してください。この画像は、脊髄の主軸に対して横方向と縦方向に拡散を適用した高品質の拡散強調画像を示しています。

白色質と灰白質の最適なコントラストを提供する方向ごとに異なるB値が表示されます。ここで、左の列はDWIシーケンスで画像化されたスライスを示しています。中央の列は、逆ブリップでの集録を示しています。

最初の画像で引き伸ばされて表示されるフィーチャが、中央の列で圧縮されて表示されることに注意してください。右の列は、Top-upを使用して補正された拡散強調画像を示しています。一番上の行は、非拡散加重画像です。

中央の行は横方向に適用された拡散の重み付けを示し、下の行は縦方向の拡散の重み付けを示しています。ここでは、正規化された信号を、横方向と縦方向の拡散符号化方向による拡散重み付けの関数としてプロットされていることがわかります。拡散率、尖度、および異方性の高品質なマップは、各ボクセルの信号から計算されます。

白質と灰白質のパラメータには明確な違いがあり、白質領域には地域差があります。この手順を試みるときは、動物の呼吸を注意深く監視し、運動アーチファクトを減らすために麻酔レベルの遅延を調整することを忘れないでください。これは、異常な呼吸数や手順の適応を必要とする可能性のある他の生理学的合併症を有する可能性のある負傷したラットでは特に重要です。