이 비디오는 동시 양전자 방출 단층 촬영(PET) 및 자기 공명 영상(MRI)을 통해 뇌 저산소증 손상을 평가하는 기술을 보여줍니다. 마취된 쥐는 총경동맥(CCA) 결찰술을 받아 한쪽 뇌 반구로 가는 혈류를 감소시키고 저산소증으로 인한 손상에 걸리기 쉽습니다. PET 및 MRI 영상은 저산소증 중 포도당 대사 및 구조적 변화를 평가합니다. MRI는 제한된 수분 확산을 감지하는 반면, PET는 포도당 흡수 감소를 나타내어 저산소증으로 인한 세포 스트레스 및 대사 장애를 나타냅니다.
프로토콜
동물 모델과 관련된 모든 절차는 지역 기관 동물 관리 위원회와 JoVE 수의학 검토 위원회에서 검토되었습니다.
1. 편측성 총경동맥(CCA) 결찰:
멸균된 수술 도구와 재료가 편리한 위치에 있는 무균 필드를 준비합니다. 온도 프로브를 패드에 단단히 놓고 가열 패드가 37°C로 가열되었는지 확인합니다. 멸균 드레이프를 사용하여 수술 부위를 덮으십시오.
동물을 마취하고(이소플루란, 0.5-1L/분에서 공기 중 1-3%), 꼬리가 반대쪽을 향하도록 동물을 누운 자세로 눕힙니다. 발가락을 꼬집어 마취를 확인하십시오 - 동물이 적절하게 마취되면 반응이 나타나지 않아야 합니다. 눈에 안과 연고를 바르십시오.
면봉 1-2개를 사용하여 목 아래쪽부터 가슴 위쪽 부위까지 제모 크림을 바릅니다. 1-3분 정도 기다렸다가 젖은 거즈나 알코올 면봉을 사용하여 머리카락과 크림을 제거합니다. 절개 부위를 베타딘으로 안쪽에서 바깥쪽으로 원을 그리며 면봉으로 닦은 후 멸균 수술용 장갑으로 갈아입습니다.
수술용 가위를 사용하여 목 아랫부분의 정중선을 따라 약 1cm 정도 절개합니다. 수술용 가위를 사용하여 주변 근막과 외부 피부를 조심스럽게 분리합니다.
두 개의 McPherson 마이크로 홍채 봉합 겸자를 사용하여 정맥이 손상되거나 미주 신경을 방해하지 않도록 주의하면서 오른쪽 총경동맥과 근막을 분리합니다.
오른쪽에 있는 집게를 사용하여 오른쪽 CCA를 안정적인 위치로 외부화합니다. 건조를 방지하기 위해 식염수를 몇 방울 떨어뜨립니다. 오른쪽 CCA 아래에 적절한 길이(2-3cm)의 6-0 실크 봉합사를 통과시키고 이중 사각형 매듭을 사용하여 접합합니다. 선택적으로, 6-0 실크 봉합사의 두 번째 길이를 사용하여 다시 접합합니다.
오른쪽 CCA의 위치를 변경하고 멸균 스폰지 면봉을 사용하여 열리지 않는 과도한 액체를 청소합니다. 절개 부위를 6-0 실크 봉합사로 봉합합니다. 리도카인을 최대 7mg/kg까지 국소적으로 도포합니다.
동물이 마취에서 회복되어 보행할 수 있을 때까지(약 30분) 동물이 이미징할 준비가 될 때까지 수술 후 모니터링을 수행합니다.
2. 이미징 준비: 시스템 및 하드웨어 점검
MRI 및 PET 시스템에 대한 하드웨어 및 소프트웨어를 설정하고 다음과 같이 기능을 확인합니다. 모든 물리적 연결이 안전한지 확인하고 소프트웨어 설정이 적절하게 선택되었는지 확인합니다.
공랭식 시스템을 사용하여 PET 시스템이 규정된 작동 온도인 5°C인지 확인하십시오.
MRI 보어 내부에 PET 시스템을 장착하고 알려진 축 오프셋을 사용하여 PET 및 MRI 시야(FOV) 중심을 정렬합니다. PET 시스템의 보어 내부에 MRI 코일을 장착하고 PET 시스템과 MRI 자석 중심이 되도록 코일의 중심에 놓습니다.
전원 및 바이어스 볼륨에 대해 PET 전자 장치를 켭니다.tage(참고: 단계는 기기에 따라 다름). 68Ge 실린더를 사용하여 빠르게(5분) 스캔을 수행하고 결과 시노그램을 확인하여 모든 검출기가 작동하는지 확인합니다.
선택적으로 공동 정합 목적으로 PET/MRI 변환 매트릭스에 사용할 데이터 획득: 3차원 팬텀(예: 3개의 채워진 구)을 200μCi의 18F 수용액으로 채우고 PET로 15분 동안 획득합니다. 해부학적 MRI 데이터 수집: Scan Control Window에서 MSME(Multi-Slice Multi-Echo) 시퀀스를 선택합니다(표 1 참조). 세 가지 주요 방향(축방향, 시상면, 관상동맥) 모두에 대해 반복합니다.
주입 펌프 설정 및 작동을 확인하십시오. 펌프를 분당 4.44μl로 설정하면 45분 동안 지속적으로 주입하면 총 부피가 200μl이며, 이는 20g 동물에서 정맥(IV) 주입에 대한 일반적인 권장 한계입니다.
히터 작동을 확인하고 온도 출력이 동물을 따뜻하게 유지하기에 충분한지(37°C) 확인하십시오. 동물을 동물 침대에 눕힐 준비를 하기 위해 온도 및 호흡기 모니터링이 작동하는지 확인하십시오.
압축 공기 소스를 끄고 O2 및 N2 소스를 켠 상태에서 전원을 켜서 O2 및 N2 유량계(0.5L/min의 경우: 57.2mg/min에서 O2, 0.575g/min에서 N2)의 작동을 확인합니다. 유량계가 손상될 위험을 방지하려면 충분한 입력 압력 없이 유량계를 켜지 마십시오.
이소플루란 기화기가 충분히 채워졌는지 확인하십시오. 이미징 전에 이소플루란 마취 흐름을 1-2% 및 0.5 - 1L/분으로 시작합니다.
마취, 호흡 패드 및 히터 시스템이 안전하고 작동하는지 확인하여 동물 침대를 준비합니다. 추가적인 PET/MRI 공동 정합 정확도를 위해 기준 마커(예: 이미징을 위해 주입된 것과 유사한 농도의 방사성 추적자로 채워진 모세관 튜브)를 시야 내의 동물 침대에 부착할 수 있습니다.
3. 이미징 워크플로우
필요한 모든 장비 점검이 완료된 후 다음과 같이 이미징을 진행합니다.
이소플루란으로 동물을 마취하고 헤파린 식염수(0.5ml 헤파린, 1,000 USP/ml, 10ml 식염수)로 채워진 꼬리 정맥 카테터(28G 바늘, PE-10 튜브 5cm 미만)를 삽입합니다. 동물 및/또는 꼬리를 따뜻하게 하면 카테터 삽입 정확도가 향상될 수 있습니다. 선택적으로 삽입 부위에 시아노아크릴레이트 접착제 한 방울을 떨어뜨려 IV 라인을 고정합니다.
동물을 준비된 동물 침대로 옮깁니다. 동물의 머리가 고정되어 있는지 확인하고, 위쪽 앞니는 치아 막대와 이어 바(사용하는 경우)로 고정되어 있는지 확인하십시오.
건조를 방지하기 위해 눈에 안과 연고를 바르십시오. 직장 프로브 온도계를 삽입합니다. 온도 및 호흡 판독값이 작동하는지 확인하십시오.
방사성 추적자 선량(200μl당 약 600μCi)을 적절한 길이(PE-10 튜브의 경우 약 3m, 200μl의 부피)의 헤파린 처리된 PE-10 튜브에 주입합니다. 이 튜브의 한쪽 끝을 주입 펌프 주사기에 연결하고 다른 쪽 끝을 꼬리 정맥 카테터 라인에 연결합니다. 튜브에 구멍이 나지 않도록 주의하십시오.
동물 침대를 자석 구멍으로 앞으로 밀어 넣고 MRI 코일과 라인 또는 케이블, 특히 마취 튜브의 위치를 방해하지 않도록 합니다. 뇌의 중심이 MRI 코일, PET 시스템 및 MRI 자석의 중심과 정렬되어 있는지 확인하십시오.
코일의 조정 손잡이를 돌려 MRI 코일의 튜닝 및 매칭을 수행하고, 고출력 프리앰프의 표시를 관찰하여 임피던스(코일 사양 확인) 및 주파수(300 Tesla에서 1H의 경우 7MHz) 불일치를 최소화합니다.
(MRI) 튜닝 및 매칭 후 스카우트 이미지 획득: RARE(Rapid Imaging with Refocused Echoes) 트라이파일럿 시퀀스를 선택하고 Scan Control Window에서 시퀀스를 실행합니다. 필요에 따라 3.5 및 3.6 단계를 반복하여 동물의 위치를 확인하십시오. shim을 0 값으로 재설정합니다.
(MRI) 뇌 내 부피에서 국부적이고 점 분해된 분광 스캔(PRESS) 획득: 크기가 3.9mm × 6mm × 9mm 크기의 직사각형 부피에서 PRESS 시퀀스(표 1 참조)를 실행합니다. CalcLineWidth 매크로 명령을 사용하여 흘수선 너비를 확인합니다. FWHM(Full Width at Half-Max) 값이 허용되는 경우(예: 0.2ppm) 3.10단계를 계속합니다. 그렇지 않은 경우 3.9단계로 진행합니다.
(MRI) 필드 맵 획득: FieldMap 시퀀스를 실행합니다(표 1 참조). MAPSHIM 매크로 명령을 실행하고 선형 및 2차(z2) 로컬 조정을 선택하여 다중 각도 투영 심(MAPSHIM)에 대한 결과 데이터를 사용합니다. 3.8단계를 반복합니다.
(MRI) DWI(Diffusion-Weighted Imaging) 스캔을 위한 슬라이스 계획 배치(표 1 참조): Geometry Editor를 사용하여 획득 FOV가 뇌 내에서 원하는 관심 볼륨을 획득할 수 있도록 배치되었는지 확인합니다. 결과 슬라이스 계획이 원하는 대로 정렬되면 모든 후속 DWI 스캔에 대해 스캔 제어 창에서 이 슬라이스 계획을 복사합니다. 인수를 시작합니다.
(PET) PET 획득이 준비되고 시작할 준비가 되면 주입 펌프를 시작합니다. 카테터의 식염수가 주입되는 사전 결정된 지연 후 방사성 추적자의 진입을 캡처하기 위해 PET 수집(표 1 참조)을 시작합니다. 계수율을 모니터링하고 성공적인 주입을 나타내는 계수가 점진적으로 증가하는지 확인합니다.
10-15분 후 3.12단계와 동시에 저산소 챌린지를 시작합니다. 저산소 챌린지를 시작하려면 의료용 공기 흐름을 끄고 사전 결정된 설정으로 O2 및 N2 유량계의 전원을 즉시 켜서 8%의 산소와 92%의 질소를 전달하고 이소플루란을 0.8%로 줄입니다. 입력 압력 없이 유량계의 전원을 켜지 마십시오.
(MRI) 3.12단계와 동시에 3.10단계에서 준비한 DWI 수집을 시작합니다("H1" 스캔).
(MRI) 스캔 H1이 완료된 직후 3.10단계에서 준비한 DWI 수집(스캔 "H2")을 시작합니다. 유량계의 전원을 끄고, 의료용 공기 흐름을 복원하고, 생리학적 모니터링을 기반으로 이소플루란 농도를 적절한 값으로 되돌려 저산소 문제를 종식시킵니다.
(MRI) 3.10단계에서 준비한 저산소증 후 DWI 스캔을 획득합니다. 이 스캔이 완료된 후 주입 펌프를 끕니다.
(MRI) 축면과 시상면에서 해부학적 이미지를 획득합니다. Scan Control Window(스캔 제어 창)에서 MSME 시퀀스를 선택합니다(표 1 참조). Geometry Editor를 사용하여 획득 FOV가 뇌를 덮고 있는지 확인합니다.
동물을 제거하고 보행 시 케이지로 돌아가 이환율 징후를 모니터링하고 필요한 경우 CO2를 투여한 후 2차 방법으로 자궁경부 탈구를 안
락사시킵니다.
표 1. 프로토콜에 설명된 스캔에 대한 MRI 펄스 시퀀스 매개변수, PET 획득, 히스토그램 및 재구성 매개변수.
Imaging Acquistion Parameters and Hardware Acquisition
Diffusion MRI (EPI-DWI)
Acqusition time
15 min
Matrix size
256 x 64
Slices
10
FOV
30 x 14 x 8mm
복셀 크기
0.117 x 0.219 x 0.8mm
유효 스펙트럼 대역폭
150kHz
TE
41msec
TR
3,000msec
평균
6k
공간 세그먼트
16
b-값
0, 400, 800초/mm2
해부학적 MRI(MSME)
획득 시간
5분
매트릭스 크기
: 256 x 256
슬라이스
16
FOV
30 x 22 x 12.8 mm
복셀 크기
0.117 x 0.086 x 0.8 mm
TE
14 msec
TR
1,000 msec
평균
1
반복
1
포인트 분해 분광
스캔 (PRESS)
획득 시간
: 15초
복셀 크기
3.9 x 6 x 9mm
, TE
20msec
TR
2,500msec
평균
6
FieldMap
획득 시간
: 1분 21초
1차 TE
1.49msec
2차 TE
5.49msec
TR
20msec
, 평균
1
PET 획득, 히스토그램,
및 재구성 매개 변수
Tracer
[18F]FDG
주입 속도
4.44 μL/min
획득 시간
60분
슬라이스당 이미지 크기
128 x 128
슬라이스
99
복셀 크기
0.4 x 0.4 x 0.6 mm
동적 프레이밍
12 x 300 sec
재구성 유형
OS-MLEM (6 subsets, 6 iteration)
, : : , : , : , ,: , : , :
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
이 논문에 사용된 재료 목록
이름
회사
카탈로그 번호
댓글
수술
수술용 가위
Roboz
RS-5852
집게
Roboz
RS-5237
Hartman 모기 집게
Miltex
7-26
2x McPherson 봉합 펑크, 8.5 cm
정확한 수술 및 과학 기구
4473
경동맥을 고정하는 데 사용되는 펑크에 밴드로 개구부 너비를 줄이는 것이 유용합니다.
6-0 실리콘 코팅 꼰 실크 봉합사와 3/8 C-1 바늘
Covidien Sofsilk
S-1172
Homeothermic blanket system
Harvard Apparatus
507220F
Super O
산소증
유량계
이미징
7.05 Tesla MRI 시스템
Bruker
BioSpec
20cm 내부 보어 직경, 그라디언트 세트. Paravision 5.1 소프트웨어.
볼륨 Tx/Rx 1H 코일, 35mm ID
Bruker
T8100
PET 시스템
(사내)
4x24 LSO-PSAPD 검출기,
검출기당 10x10 LSO 어레이,
1.2mm 크리스탈 피치 및 14mm 깊이.14 x 14mm PSAPD. 시야각: 60x35mm. 350-650keV 에너지 창. 16ns 타이밍 윈도우.
선박 캐뉼레이션 Dumont 펜치
Roboz
RS-4991
PE-10 폴리에틸렌 튜빙
BD 인트라메딕
427401
주입 펌프
Braintree Scientific
BS-300
동물 모니터링 및 게이팅 장비
Small Animal Instruments Inc.
Model 1025
호흡 모니터링만 온도
조절 기능이 있는 동물 침대
(사내)
₂Alicat Scientific MC-500SCCM-D 플로미터용 접착제(일반) 저 N₂Alicat Scientific MC-5SLPM-D O₂ 미터 MSA Altair Pro
