쥐 자궁 경부 척수에 확산 이미징

요약

이 프로토콜의 목표는 조직 미세 구조의 비침습적 특성화를 위해 쥐 척수의 고품질 확산 가중 자기 공명 영상(DWI)을 얻는 것입니다. 이 프로토콜은 아티팩트가 없는 DWI 이미지를 가능하게 하는 MRI 시퀀스, 무선 주파수 코일 및 분석 방법의 최적화를 설명합니다.

초록

자기공명영상(MRI)은 척수의 상태를 비침습적으로 평가하기 위한 최첨단 접근 방식으로, 질병이나 부상의 경우 진단 및 예후 도구로 사용할 수 있습니다. DWI(Diffusion Weighted Imaging)는 물 분자의 열 운동에 민감하며 조직 미세 구조를 추론할 수 있습니다. 이 보고서는 소구경 동물 시스템에서 쥐 경추 척수의 DWI를 획득하고 분석하는 프로토콜을 설명합니다. 이 프로토콜은 마취된 살아있는 동물에 대한 이미징 설정을 보여주고, 탯줄 안정화 및 호흡 운동 제어를 포함하는 고품질 이미징을 위한 DWI 수집 프로토콜을 권장합니다. 서로 다른 방향과 크기에 따른 확산 가중치(b-값)를 사용한 측정이 사용됩니다. 마지막으로, 결과 신호의 몇 가지 수학적 모델을 사용하여 정상 코드에 대한 통찰력을 제공하고 부상 또는 질병 과정을 비침습적으로 모니터링하는 데 사용할 수 있는 척수 조직 내 확산 과정의 지도를 도출합니다.

서론

자기 공명 영상 (MRI)은 건강과 질병 모두에서 뇌와 척수에있는 창을 제공하는 비 침습적 인 도구입니다. MRI 임상 진단을 혁명뿐만 아니라 실험실 조사를위한 유용한 도구입니다. 신경 상해 또는 질병의 동물 모델은 병태 생리를 이해하고 치료법의 발견을 촉진하기위한 플랫폼을 제공한다. 이보고에서는, 확산 텐서 영상 (DTI)을 사용하여 미세 부상 ^한 바이오 마커의 가능성을 조사하기 척수 손상의 쥐 모델 MRI의 적용을 보여준다. 이미징 바이오 마커의 잠재력 발견은 척수 손상 환자의 진단 및 관리에 도움이 될 것입니다. 이러한 마커는 임상 그들의 번역 관찰 또는 예후를 전임상 모델에서 치료의 발견에 중요한 역할을하고 사용을 할 가능성이있다.

DTI는 미세한 움직임을 측정하는 MRI의 전문 형태물 분자 (즉, 확산). DTI는 그들의 방향 및 미세 성분에 관한 정보를 제공합니다 확산 불균형 빨리 그들에게 수직보다 축삭을 따라입니다 축색 돌기의 존재에 신경 시스템에서 특히 유리하고있다. 확산 성 (MD), 및 확산의 방향 의존성의 측정 값을 의미하는, 조직 내의 전체적인 확산의 측정 값 DTI 유래의 스칼라 지수, 분별 이방성 (FA) ^2,3, 미세 구조를 특징으로 광범위한 애플리케이션을 보았다 건강과 질병 ⁽⁴⁾ 모두에서 신경계의. 이러한 통계는 대부분의 다른 MRI의 방법을 통해 보이지 않는 미세한 조직 기능을 계시했다. 이전 노력은 DTI 쥐 ¹ 흉부 SCI에 따라 자궁 경부 코드 내에서 원격 미세 변화를 감지하는지 보여 주었다. 병변의 원격 DTI 변경 가능성이 방법은 전체 척수 입술을 반영부상 연못, 잠재적 차 부상의 마커입니다.

생체 내에서 쥐의 척수 이미징은 몇 가지 독특한 도전을 선물한다. 특히, 척수는 호흡 운동에 의해 영향을 여러 가지 방법을 사용하여 움직임을 최소화하기 위해 세심한주의를 필요로한다. 최근 연구에서, 고정 장치 ^(5)을 스캔하는 동안 척추의 움직임을 제거했다. 자궁 코드의 촬상을 위해, 우리는 감쇠 헤드 홀더 및 손잡이 바의 형태로 물리적 구속을 이용하지만, 호흡에 의한 움직임을 제거하지 않는다. 더욱이, 우리는 효율적인 방식으로 호흡주기 화상 취득을 동기화하는 커스텀 호흡 동기화 방식을 이용한다. 이러한 변경은 그렇지 않은 호흡 ^6에 의한 대규모 벌크 운동으로 인한 아티팩트의 제거를 가능하게한다. 음주 운전은 CSF 흐름과 혈액 맥동 및 모션의 이러한 작은 원을 포함하여 미세한 움직임에 매우 민감 contamination은 또한 호흡 게이팅 방식에 의해 완화된다. 또한 척수 작은 단면적을 가지고 있으며, 시야의 일부만을 나타낸다. 척수 동물의 체내 깊은 위치해있는 경추 이미징의 경우, 적절한 신호 보급률 원통형 고주파 코일 이미지를 고해상 경추 척수 필요하다. 시야의 감소는 또한 척수의 외부 조직으로부터 취소 신호 또는 망치고 역할 외부 볼륨 억제 (OVS)에 의해 달성된다. 스포일러 구배 또는 외부 볼륨 억제 불리는이 방법은, 이러한 조직 내에 잔류 동물 모션 CSF 흐름, 또는 혈액의 맥동의 오염을 감소시키는 역할을한다.

척수의 배열은 또한 촬상 된 프로토콜을 단순화하기 위해 이용 될 수있다. 백질 (WM)의 척수 축삭 거의 모든 척수의 주축에 평행하게 배향된다. 목뇌의 DWI이 결과 자석 (프로세스라는 확산 텐서 영상) 내의 위치에 의존하지 않도록하기 위해, 적어도 6 방향을 따라 측정을 필요로하는 반면 우리, 척수에서의 측정이 병행에만 따라 두 방향을 취득 할 수 있고, ^7,8에 직교 코드, 이하 각각 종횡이라. 따라서, 확산 및 다른 파라미터는 건강과 질병이나 부상 모두 조직의 미세 구조를 개별적으로 추론이 방향을 따라 측정하고있게된다.

프로토콜

참고 : 윤리 문 : 시설 보호 및 사용위원회 (IACUC) 위스콘신 의과 대학과 클레멘트 J. Zablocki VA 의료 센터는 모든 절차를 승인했다.

1. 동물 준비 및 모니터링

1. 의료 공기 중 5 % 이소 플루 란을 이용하여, 유도 챔버에서 래트를 마취. 바로 잡고 반사가없는과 뒷발을 압박하는 것은 더 철수 반사를하지 못하는 경우, 2 %로 마취를 줄이고 헤드 처음 발생하기 쉬운 위치에 스캐너 침대에 동물을 전송합니다. 절차 내내 노즈콘 장치를 통해 2 % 이소 플루 란을 유지하며, 약 1 L / min의 유량으로 공기를 유지하는 의료. 마취 동안 각막 손상을 방지하기 위해 래트의 눈 연고 윤활유의 소량을 적용한다.
2. 쥐의 몸통 주위에 안전하게 호흡 모니터링 벨트를 놓습니다. 호흡 게이팅 시스템에 벨트를 연결합니다. 스캐너 구멍으로 쥐를 진행, CHEC 전 호흡주기가 명확하고 일관성을 보장하기 위해 호흡 모니터링 컴퓨터 케이. 필요하다면이 단계는 화질 필수적이기 때문에, 벨트를 조정.
3. 모니터 및 직장 프로브와 온풍 가열 방식을 통해 37 ℃에서 동물의 체온을 유지한다. 1.2 내지 2 % 사이 마취의 레벨을 조정함으로써, 분당 호흡 30-45 사이의 호흡 속도를 유지한다.
4. 물린 바 헤드 홀더에 쥐를 놓고 스크류에 귀 바 (그림 1)과 경추가 코일의 중앙에 위치 할 때까지 직교 볼륨 코일에 머리를 밀어 넣습니다.
   주 : 쥐의 어깨는 코일로 더 진행되지 않을 수 있습니다.
5. 스캐너 구멍으로 쥐와 지원 홀더를 진행합니다. 해당되는 경우, 조정 및 적절한 주파수 코일의 일치 커패시터를 조정하고 코일 공급 업체에서 제공 한 지침에 따라 임피던스.

e_title "> 2. MRI 스캔 매개 변수

참고 : 여기에 설명 된 절차는 9.4 T 수평 구멍 작은 동물 시스템을 사용하지만 작은 동물 MRI 시스템의 다른 필드의 강점에 적용 할 수있다.

1. 반복적 수신기 이득의 자계의 균질성 (shimming), 고주파 전원의 교정, 조절 및 개선, 공진 주파수의 검출 용 MRI 시스템의 자동화 된 절차를 사용한다.
2. 시스템의 소프트웨어 인터페이스를 사용하여 정확한 위치 결정을 보장하기 위해 기본 세 평면 정찰 스캔을 얻었다.
   1. "새로운 스캔"을 선택 tripilot을 클릭하고 이미지를 수집하기 위해 "신호등"을 클릭합니다.
   2. 경추 중심 자석의 중심과 MRI 코일의 중심과 정렬되는 두 확인. 자석, 밀어 내 척추 센터 또는 크래들에 끌어와 검증을 위해 스카우트 스캔을 재 취득합니다.
   3. 하여 위치 될를 조정하려면MRI 코일 경추 상대의 n은 재배치를위한 자석에서 받침대를 제거합니다. 필요한 경우 위치가 일치 할 때까지이 과정을 반복합니다. 동물의 위치를​​ 바꾼 경우 2.1 단계를 반복합니다.
3. 현재 이미징 프로토콜에 새로운 에코 평면 확산 가중 스핀 에코 시퀀스 (DtiEpi)를 추가합니다.
   1. 구성하고 다음을 제외한 기본 설정을 사용 DWI 시퀀스 확산 강조 영상을 획득 :
   2. 0.75 mm의 두께로 12 조각을 규정하는 슬라이스 위치 그래픽 인터페이스를 엽니 다. 자궁 코드의 주축에 수직 한 방향을 슬라이스. 다른 동물 사이 또는 내부 기준으로 소뇌의베이스를 사용하여 다른 이미지 세션에서 일관된 조각의 위치를​​ 확인합니다.
   3. 'ON'으로 포화 밴드를 설정합니다. 척수의 외측 10mm의 두께를 갖는 4 위치 포화 대역이 조직으로부터 신호를 최소화하고유물 (그림 3)을 유도하기 위해 자신의 가능성을 줄일 수 있습니다. 설정 호흡기 게이트 '에'( '트리거 모듈')에.
      참고 : 사용자 지정 호흡 게이팅 펄스 시퀀스 프로그래밍 지식과 경험이 필요합니다. 이 사용할 수없는 경우, 해결책은 모든 슬라이스는 동물의 호흡 사이에 수득되도록 3-5 슬라이스의 수 (S)에 1 TR을 감소시키는 것이다. 자궁 코드의 전체 범위를 얻기 위해 조각의 다른 부분 집합 전체 순서를 반복합니다.
   4. 도구 상자 아이콘을 클릭 한 다음 "편집 방법을."4. 변경을 좌우하는 위상 인코딩 방향을 EPI 세그먼트의 수를 설정합니다. 다른 기본 설정은 다음과 같습니다 간격 = 0.3234 MS, EPI 세그먼트 당 총 에코 기차 길이 = 32 에코.
      주의 : 다른 구조에서 움직임 오염을 줄일 전후방 아닌 좌우 방향으로 설정된 위상 인코딩.
   5. 다음 geometri를 사용하여칼 설정. 평면 공간 해상도의 결과 = X 128 (128), 및 평면 시야 = 25.6 X 25.6 mm 매트릭스 크기 = 0.200 X 0.200 mm. 슬라이스 두께를 확인 = 0.75 mm를. 슬라이스 순서 = 슬라이스 격차 = 0mm, '끼워'.
   6. 다음 확산 가중치 설정을 사용하여 DW 측정 모드 = 'DW 대비', 확산 그라데이션 기간 (δ) = 7 MS, 확산 그라데이션 분리 (Δ) = 12 밀리 초, B-값의 수를 = 8, 원하는 B-값 = 0 , 250, 500, 750, 1,000, 1,500, 2,500, 3,500mm / s의 ^2, 확산 방향 = 2, 확산 가중 방향 = [1 0 0]의 수와 [0 0 1] (만든면에 평행하고 ) 척수 축에 직교.
      참고 :이 설정으로, 우리는 / mm ² 3500 S로 높은 B-값을 달성했다. 하드웨어 사양 및 확산법 기간 (δ) 및 확산법 분리 (Δ) 때문에, B 값을 제한 할 수있는 다른 시스템의 성능 특성에 의존 g우리의 시스템에 있었다 radient 성능 (최대 그라데이션 강도 : 440 만 T / m, 최대 회전 속도 : 3440 T / M / S). mm ² 이상 2000 S /의 높은 B-값 첨도의 측정, 2 B-값의 경우, 사용하는 것이 좋습니다.
   7. 다음 타이밍 설정을 사용합니다. 에코 시간 (TE)은 27 밀리 초 (0을 입력하여 최소로 설정), 반복 시간 (TR) = 1800 밀리 초 =.
4. 준비된 순서를 취득. 위에 열거 된 매개 변수들을 획득 총 시간은 약 25 분이다.
5. 획득 할수 호흡주기의 정지 (비가 동부) 부 (도 발생되도록 모든 검사 내내 (소프트웨어 만료 검출) 및 MRI 시스템에 신호를 호흡 동기화 소프트웨어를 모니터링하고 "트리거"사이의 지연 기간을 조정 2A, 회색 라인의 안정적인 부분). 100-400 밀리 간의 트리거 지연은 동물의 호흡 패턴에 따라 필요하다. 이 ARTI을 줄이기 위해 도움이 될 것입니다호흡 운동 (그림 3E) 발생 사실.
6. 가능하면, 획득 시간의 추가 25 분 필요 '에'로 설정 사용자 지정 "글을 역"으로 순서를 반복합니다.
   참고 : 사용자 지정 순서 ⁹ '- 글을 역'경우 (3 단계 중 감수성 이슈 보정을하기위한) 반대 글 순서 변경은 위상 인코딩 방향의 선택을 허용하는 반면 단일 EPI 위상 인코딩 방향이 오른쪽 (, 수, 사용할 수 없습니다 ) -to-왼쪽 또는 왼쪽에서 오른쪽으로.
7. 촬상이 완료되면 홀더로부터 제거하고 동물을 케이지로 복귀. 이 흉골 드러 누움을 유지하기 위해 충분한 의식을 회복 할 때까지 무인 동물을 방치하지 마십시오.

3. 이미지 처리

1. 직접 시스템에서 DICOM 형식의 시스템으로부터 데이터 내보내기 (바람직) 또는 사용자 또는 THIR를 사용 NIFTI 형식으로 데이터를 변환D-자 소프트웨어.
2. 감수성 이슈 보정을 수행합니다.
   1. 추출 B = 각 0 볼륨은 FSL 또는 다른 MRI 소프트웨어 패키지와 함께 제공되는 유틸리티를 사용하여, 하나의 파일로 스캔 할 수 있습니다. 각 단계 인코딩 방향에 대한 하나의 파일이 필요합니다.
      주 : 각 스캔은 길이 방향으로 확산 가중 8 스캔이어서 횡 방향 확산 가중과 B-값을 변화시키는 8 스캔 이루어진 경우, 예를 들어, 이미지 파일에 포함 된 B = ¹ 일 0 스캔 및 아홉 ^번째 볼륨 및 추출하고 다음 쉘 코드로 조립 될 수있다 :
      fslroi $ {최대} _dwi_masked.nii.gz의 TEMP1 0 1
      fslroi $ {최대} _dwi_masked.nii.gz의 TEMP2 8 일
      fslroi $ {다운} _dwi_masked.nii.gz의 TEMP3 0 1
      fslroi $ {다운} _dwi_masked.nii.gz의 temp4 8 일
      fslmerge -t blip_both TEMP1 TEMP2 TEMP3 temp4
      (단,이 경우 최대 $ 달러 아래로 정상으로 스캔하고 각각 위상 인코딩 방향을 역으로).
   2. 감소 된 이미지 왜곡 아티팩트와 수정 된 파일을 만들 FSL ^{(10, 11)의} 'topup'명령을 사용하십시오. 파라미터 맵의 작성에 사용되는 원료 DWI 화상이 보정을 적용한다.
      참고 : 명령의 사용 방법에서 찾을 수 있습니다 http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide . 이 경우에는 아래와 같은 명령을 사용하여, 실시 예 코드 :
      topup --imain = blip_both_nlmf_b0images_masked.nii --datain = .. / topup_data.txt --config =. / b02b0_ratspine.cnf --out = topup_splines_nlmf --iout = $ 밖으로 --verbose --logout = topuplog.log
      {최대} dwiup =`1!의 $ * dwi_nlmFilt.nii`
      dwidown =는`1!의 $ {다운} * dwi_nlmFilt.nii`
      applytopup --imain = $ {dwiup}, $ {dwidown} --datain = .. / topup_data.txt --method = JAC --inindex = 1, $ 공업 --topup = topup_splines_nlmf --out = 음주 운전으로 _ $ {아웃 } -v를
      복사 및 쥐의 스핀을 위해 $ {FSLDIR} /etc/flirtsch/b02b0.cnf의 기본 파일을 편집(10)의 인자에 의해 --warpres --fwhm 라인과 각각의 값을 감소시킴으로써 알 코드.
3. 확산 웨이팅 이미지 (Paravision의 DTI 방식 또는 유사한 주문 설계를 사용하여) 적어도 6 비 직교하는 방향을 따라 취득하는 경우, 표준 DTI 파라미터 맵을 계산하도록 이러한 FSL의 확산 툴박스 ¹² 카미노 ¹³ 소프트웨어 패키지를 사용한다. 그렇지 않은 경우, 이후의 단계 3.4에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 단지 2 개의 방향을 따라 확산 웨이팅을 채용 유용한 메트릭을 생성하기위한 사용자 지정 절차를 사용한다.
4. 메뉴에서 - "마스크 만들기 파일>"fslview에 TOPUP에 의해 출력 수정 DWI 파일을로드를 선택합니다. (예 : GM, 지느러미 WM을 위해, 또는 WM을 ventrolateral) 하나의 조직 유형 내 관심 영역을 그리는 연필 도구를 사용합니다. 이 파일을 저장하고 기타 원하는 ROI를 나중에 사용할 수 있도록 반복합니다.
   참고 : 척수에서 세그먼트의 ROI에 다른 절차는 ^{14, 15을} 기록되었습니다 및 고급 사용자를위한 것이 바람직 할 수있다.
5. 음주 운전으로 파일을 마스크 한 후 다음 명령을 사용하여 각 이미지 볼륨에 대한 투자 수익 (ROI) 내에서 평균 신호를 계산하기 위해 투자 수익 (ROI) 파일을 사용하여 :
   fslstats -t DWI_corrected.nii.gz -k GM_mask.nii.gz -M
6. 가로 신호의 벡터로, 같은 MATLAB 등의 수치 계산 프로그램에 첫 번째 8 결과를 복사합니다 (예를 들어 그것을 sig_T 전화) 및 B-의 수 8 종 신호 (sig_L)를위한 벡터로 제 8 결과 값을 사용합니다.
   1. 8 B-값의 벡터로 수치 계산 프로그램에서 B-값을 복사합니다. 가로 및 세로 방향의 B-값은 동일했다. 가능하면 효과적 B 값보다는 공칭 B 값은 "유효 값 B"로 단계 2.3.5에서 파라미터 창에 나열된 스캐너로부터 취득한다.
   2. B-값 데이터 토륨 대 신호에 맞게 수치 컴퓨팅 프로그램의 커브 피팅 도구 상자를 사용하여전자는 명령 프롬프트에서 cftools을 입력하여 모델을 원했다. 이렇게하려면, "데이터를 .."버튼을 클릭하고 X-데이터로 Y-데이터와 신호 벡터와 B-값을 선택합니다. 선택 "... 피팅"를 클릭하고 "맞는 유형"에서 "사용자 지정 식을,"다음 피팅에 대한 방정식을 입력 "새"와 "일반 방정식"을 클릭합니다.
7. 표준 확산 모델에 맞추기 위해 수식을 입력 :
   S0. * 애 썼는데 (-x. * D) "(1)
8. 확산 및 2 차 기간 (첨도, K)가 포함 된 모델에 맞게 방정식을 입력 가우시안 확산 ^{(16)로부터} 편차를 측정하기를 :
   S0. * 애 썼는데 (-x. * D + (1/6). * (X. * D). ^ 2 * K) "(2)
9. "적용", "확인"을 클릭합니다. 출력 창에 확산 (D)와 첨도 (K)에 대한 예상 값을 준수하십시오. "데이터 세트"에서 선택 식에 사용 sig_T (또는 sig_L) 데이터를 선택 (1)또는 (2) "적용"을 클릭합니다.
10. 횡 방향 및 종 방향 확산 성을 이용하여 이방성 지수 (AI)를 계산 :
    AI = (D _L -D _T) / (D의 _L + D _T) (3)
    이것은 DTI 모델로부터 산출 분별 이방성 (FA)와 유사하다. 첨도 용 이방성 확산 지수는 또한 대신에 종횡 첨도을 사용하여 계산 될 수있다.
    이 방법은 이후 모델에서 각 변수의 맵을 생성하기 위해 척추 내의 각 복셀에서 커브 피팅 툴박스의 커맨드 라인 동작을 사용하는 것도 가능하다 등 K _T, D _T, 같은 모델 파라미터들의 값을 제공 참고 . 대체 피팅 방법을 사용할 수 있으며, 다른 곳에서 자세히 설명되어 있습니다. ⁽¹⁷⁾

결과

적절한 절차 모션 아티팩트 래트 자궁 척수 고품질 확산 강조 영상 발생을 최소화한다. 척추 외부 조직에서 원치 않는 신호를 포화, (그림 2) 사용자 정의 호흡기 게이팅을 사용하여 (그림 3B & C), 자기장 감수성 왜곡 보정은 그림 4와 5에서와 확산 강조 영상을 생성한다. 부적절하거나 게이팅 이미지를 올바른 게이팅 유물이없는 반면, (그림 3E)을 고스트 형태의 유물로 이어질 것입니다.

조각 (12)에 걸쳐 확산 강조 영상의 육안 검사는 그 미세 구조에 관한 것이다 척수의 특징을 보여준다. 특히, 더 큰 확산 가중치 (B 값)으로 악화된다 확산 강조 영상에 더 큰 신호 손실에있는 조직 결과에 빠르게 확산. 확산 웨이팅 perpendic 함께 수행확산은 느리고 축색에 수직 제한 때문에 척수 축 울라 코드의 주위를 따라 백질은 밝다. 이 모두 한 방향을 따라 정렬되지 축색과 세포체이 구성되므로 대조적으로, 코드의 중심 영역 내의 회백질는 어둡게 나타난다. 회색 물질이 상대적으로 밝은 반면, 비교, 확산 이후 어두운 외관 흰색 문제에 평행 방향 결과에 확산 가중치, 빠른 축삭을 따라입니다. 그것은 병렬과 수직 방향이 다른 B-값에 흰색과 회색 물질 사이의 가장 좋은 대비가 있기 때문에 별도의 확산 강조 영상은, 다른 B-값을 표시된다는 점에 유의하는 것이 중요하다.

수학적 형식주의를 사용하여 확산 강조 영상을 모두 결합하여 확산 파라미터 맵을 도시 할 수있다. 흰색과 회색 물질의 평균 신호는 DIF에 대해 플롯평행 및 수직 방향에 대한 융합 가중 계수 (B 값). 이 정량적 데이터는 그림 4의 확산 강조 영상을 강화. 회색 물질이 방향에 덜 의존하는 반면 특히, 흰색 물질이, (세로 또는 가로) 확산 가중치의 방향에 강한 의존성을 가지고있다. 유사하게, 확산 첨도 수율이 동일한 의존성을 강조 확산 파라미터 (도 6B), 정량 맵 식을 이용하여 각 복셀에서 신호의 피팅. 화이트 문제는 확산 (AID)와 첨도 측정 (AIK) 모두에 대한 이방성의 높은 수준을 보유하고 있습니다. 따라서, 횡 방향 확산 첨도는 조직 학적 연구로부터 알려져 척수의 기본 미세 구조를 보여준다. 라이브에서 취득한하지만 동물을 마취 선택된 확산 파라미터는, 예컨대 엑손 밀도 및 직경 미시적 조직 특성을 반영한다. 의 변화상해 및 질병에 의한 자체 대책을 간접적으로 상해의 결과와 약속 치료의 효과를 평가하기위한 도움이 될 것입니다. 쥐의 자궁 경부 척수의 확산 가중 영상 그러므로 척수 손상 및 척수 질환의 임상 시험을위한 도구가 될 수 있습니다.

그림 1 :. 자궁 경부 척수의 코일과 홀더의 디자인은 MRI 사용자 정의 직교 볼륨 코일 (도티 과학 Inc의)는 이미지에 높은 민감도와 균일 경추를 사용 하였다. 마취 및 의료 공기는 쥐의 코 주위에 편안하게 맞는 코 콘으로 표시된 가스 포트가 제공된다. 호기 잉여 가스는 진공 하에서 약간의 배기 라인에 의해 캡쳐된다. 쥐의 머리는 앞니 주위에 배치 물린 바, 귀 바 배치 델 리치와 함께 고정러면 외이도 내에서. 호흡기 모니터 및 온도 프로브를 포함하는 다른 생리적 모니터링 구성 요소는 도시되지 않는다.

그림 2 : 호흡기 게이팅 방식. 게이팅 부에서 일반적인 호흡기 트레이스 (회색) 및 트리거 (적색) 개략적으로 나타내었다 (A). 게이팅 (B)의 전형적인 구현에서, 하나의 트리거는 모든 슬라이스 얻기 위해 사용된다 (수직선 12은 여기에 도시) 반복 시간 (TR) 내에서 균일하게 이격 된 시간. TR은 일반적인 기간을 초과하는 경우, 여러 조각 숨 중에 발생 및 모션 (빨간색)에 감염 될 수있다. 개질 방식 (C)에서, 슬라이스의 서브 세트가 후속 트리거 후에 취득한 다른 슬라이스, 지연 뒤에 트리거 (6은 여기에 도시 된) 후에 빠르게 취득한다. 효과적으로, TR은 시퀀스 내에서 지연을 재 배열하여 두 제도 사이의 동일합니다.

그림 3 :. MRI 슬라이스 위치, 포화 밴드 및 모션 제어 십이 축 조각은 뇌간과 소뇌의 교차점에서 일관성있는 거리에 위치하는 가장 앞쪽에 슬라이스 스카우트 이미지 (A)에 배치되었다. 채도 밴드 (B)는 관심 영역 외부의 원하지 않는 신호를 제거하기 위해 첨가 하였다. 사용되는 사용자 정의 게이팅 방식으로 확산 가중치 (D)와 확산 가중치 (C)과 하나없이 이미지가 명확하게 코드의 해부학을 보여 유물은 무료입니다. 최적화되지 않은 게이트 방식 또는 부적절한 호흡 게이팅, 확산 강조 영상이 손실 유물 (E)를 쇼 코드 내에서 신호 또는 손상 이후의 분석.합니다 코드 외부의 여러 "유령"의 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 4 :. 주제 확산 강조 영상 텍스트에 설명 최적화를 이용하여, 고품질의 화상을 확산 가중 척수 주축 확산 가중인가 횡 (A)과 길이 방향 (B)을 수득 하였다. 다른 B-값은 예시적인 목적으로 흰색과 회색 물질의 최적 대비를 각 방향에 대해 표시됩니다. 각 방향 또는 b 값의 경우, 모든 12 조각은 약 90 초에 인수되었다. 로드 / 52390 / 52390fig4large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5 :.이 프로토콜 ( "위로 글"이미지)에 설명 된대로 역상 인코딩 보정 과정 왼쪽 열은 음주 운전으로 시퀀스를 이미지화 한 조각을 보여줍니다. 중간 열은 순서가 설정 한 "역 글"로 두 번째를 인수 표시 '에.' 첫 번째 이미지로 확대되어 표시 기능 가운데 열 압축 나타나는 방법을 참고. 오른쪽 열은 TOPUP를 사용하여 수정 확산 강조 영상을 보여줍니다. 윗줄은 비 확산 강조 영상은, 중간 행은 가로 방향으로인가 확산 웨이팅 예제이며, 하단 행은 길이 방향으로인가 확산 웨이팅 예이다.//www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig5large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 6 :. 확산율 첨도의 맵을 계산 정규화 신호 (이미지 세기)는 횡 (T)과 길이 (L)의 확산 부호화 방향 확산 가중 (B 값)의 함수로서 (A) 플롯. 고품질 확산 맵 (D)의 (B), 첨도 (K)과 이방성 (AI)는 각 복셀에서의 신호로부터 계산 및 척수 조직의 고유의 기능을 공개한다. 특히, 흰색과 회색 물질 사이의 매개 변수뿐만 아니라 백질 지역의 지역적 차이에 명확한 차이가있다. vi를하려면 여기를 클릭하십시오이 그림의 더 큰 버전을 EW.

토론

여기에 설명 된 기술은, 생체 내에서 래트 척수 고품질 확산 강조 영상을 제공 할 수있다. 이미지 품질은 여러 가지 요인에 따라 다르지만, 척수 중요한 몇 가지 고유 한 문제점을 갖는다.

모션 수정하지 않을 경우 사용할 수없는 이미지를 얻을 수 있다는 중요한 문제이다. 따라서, MRI 세션 동안 모니터링주의를 필요로한다. 이미지 아티팩트 움직임과 일치 초기 검사에서 관찰하는 경우, 인수를 중지하고 이러한 후 처리에서 제거하기가 어렵습니다 때문에, 아티팩트를 제거하는 조치를 취합니다. 호흡 컴퓨터가 호흡 모니터링 장치에서 강한, 일반 신호를 수신하는지 확인하십시오. 호흡 벨트 일관된 신호를 제공하지만, 동물의 호흡을 제한하지 않습니다 올바른 장력 조정해야 할 수도 있습니다. 항상 마취의 적절한 수준을 유지; 1.5 ~ 2.0 % 이소 플루오 란 우리 experien에 사용 된CE. 마찬가지로, 동물과 척추의 전체 운동 감소 잡티없는 이미지를 제공하는 또 하나의 중요한 측면이다. 심장주기에 관련된 CSF 맥동에 의한 의미있는 움직임을 경험 인간의 척수는 달리, 설치류에서 CSF 맥동은 호흡주기 ^(18)과 주로 관련이있다. 완전히 코드의 모든 움직임을 제거하는 것이 곤란하지만, 종종 시행 착오를 통해 달성 가능한 한도 내에서, 움직임을 줄이기 위해 특히 중요하다. 또한, 다양한 신경 학적 부상 또는 장애를 가진 쥐들은 여기에 설명 된 절차의 적응이 필요할 수 있습니다 비정상적인 호흡 속도 또는 다른 생리 학적 합병증이있을 수 있습니다.

이러한 목적에 맞춘 화상 재구성 과정과 함께 호흡 게이팅 펄스 시퀀스로 변형, remov 수없는 불균일 자기장에 의한 왜곡의 영향을 최소화MRI 시스템에 의해 수행되는 조정 에디션.

마찬가지로, 화질 촬상 시간의 지속 기간에 의존한다. 우리의 예에서, 단지 두 방향을 따라 확산 가중치의 수를 제한하는 것은 전체 촬상 시간의 감소를 가능. 이 방법의 한계는 더 이상 다른 많은 연구 규범 전체 텐서 분석 (DTI)과 호환하지 않는다는 것이다. 대안 적으로, 동일한 획득 시간을 유지하면서 더 특성화를 허용 할 수 평균보다 적은 확산 방향 또는 B- 값을 사용. 이전의 연구는 2 방향 접근법 6 방향 (DTI) 접근법 ¹⁹ 일관성있는 정보를 제공한다는 것을 도시했지만,주의를 슬라이스 (및 확산 방향)을 보장하기 위해 취해 져야 정확하게을 따라 직교 코드로 배향된다. 그러나, 다수의 B-값을 취득하는 것은 더 나은 특성화 및 첨도의 수학 피팅이 가능하며 하나의 B-가치있는의 사용을 통해 권장전자. 또한, 풀 시퀀스는 자기장 감수성 아티팩트의 효과를 감소시키고, 평균화 통한 전체 이미지 품질을 향상 역상 인코딩 방향으로 반복 하였다. 마지막으로, 우리의 프로토콜에 사용되는 이미지 해상도는 흰색과 회색 물질의 명확한 분리를 제공합니다. 이 종종 이상 검사 시간의 비용 이상의 유물의 가능성에 온다하더라도 더 높은 해상도의 이미지는 가능하다.

고주파 코일, 펄스 시퀀스, 및 후 처리 방법의 개선은 모두이 방법의 미래에 적응 척수의 영상을 향상시키는 효과를 가질 것이다. 예를 들어, 표면 코일 마우스에서 관찰 된 것과 유사한 이미지 품질 개선에 유용 할 수있다. 이러한 치수는 ²⁰ 척수 손상의 임상 진단 및 관리를위한 바이오 마커로서 유용한되는 일 가능성이 높다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
소동물 이미징 RF 코일	Doty	SAIP400-H-38-S
호흡 게이팅 시스템	SA Instruments	1030
MR 스캐너	Bruker	Biospec 94/30 USR