쥐 자궁 경부 척수에 확산 이미징

이 절차의 전반적인 목표는 조직 미세 구조의 비침습적 특성화를 위해 쥐 척수의 고품질 확산 가중 자기 공명 영상을 얻는 것입니다. 이것은 먼저 MR 스캐너에서 적절한 이동성 및 호흡 모니터링을 통해 쥐를 준비함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 호흡기 게이팅을 사용하여 맞춤형 확산 가중 MRI 스캔을 수행하는 것입니다.

다음으로, 감수성 아티팩트에 대해 이미지를 수정합니다. 마지막 단계는 MRI 신호를 수학적 모델에 맞추는 것입니다. 궁극적으로, 관심 영역 내에서 모델 매개변수의 비교는 조직 미세 구조의 특성을 보여주는 데 사용됩니다.

체외 스캐닝과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 진단 목적으로 클리닉으로 변환할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 2차 손상 메커니즘 식별 및 회복 예후와 같은 척수 손상의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 절차를 시연하는 것은 내 실험실의 기술자인 Natasha Wilkins와 Matt Renquist 기술자가 이 프로토콜의 단계를 수행하기 전에 수행할 것입니다.

먼저 모든 절차에 대해 적절한 기관 관리 및 사용 위원회의 승인을 받습니다. 의료용 공기 중 5%의 불소를 사용하여 유도 챔버에서 쥐를 마취시키는 것으로 시작합니다. 발 철수와 쓰기 반사가 없을 때 마취를 2%로 줄인 다음 머리를 먼저 엎드린 자세로 동물을 스캐너 침대로 옮깁니다.

시술 내내 노즈콘을 통해 2%ISO 불소를 유지하고 의료용 공기를 분당 약 1리터의 유속으로 유지합니다. 또한 마취 상태에서 각막이 손상되지 않도록 쥐의 눈에 소량의 윤활 연고를 바르십시오. 쥐의 몸통에 호흡 모니터링 벨트를 단단히 두르고 호흡기 게이팅 시스템에 연결합니다.

호흡 모니터링 컴퓨터를 점검하여 호흡 주기가 명확하고 일관되는지 확인하십시오. 이 단계는 이미지 품질을 위해 필수적이므로 필요한 경우 벨트를 조정합니다. 따뜻한 공기 난방 시스템을 사용하고 직장 프로브를 통해 동물의 체온을 모니터링하고 유지하여 섭씨 37도로 유지되는지 확인합니다.

마취 수준을 1.2%에서 2% 사이로 조정하여 분당 30-45회 호흡 사이의 호흡수를 유지합니다.이제 바이트 바를 사용하여 헤드 홀더에 쥐를 놓고 이어바를 조이고 경추가 코일 중앙에 위치할 때까지 머리를 직교 볼륨 코일에 밀어 넣습니다. 마지막으로, 해당되는 경우 랫 및 지지 홀더를 스캐너 구멍으로 전진시키고 코일의 조정 및 일치 커패시터를 공급업체 지침에 따라 적절한 주파수와 임피던스로 조정합니다. 올바른 위치를 보장하기 위해 기본 3면 정찰 스캔을 획득합니다.

이 첫 번째 스캔은 MRI 시스템의 공진 주파수 shimming 감지, 무선 주파수 전력 보정 및 수신기 이득 조정을 위한 자동화된 절차를 활성화합니다. 경추의 중심이 자석의 중심과 MRI 코일의 중심과 정렬되어 있는지 확인하십시오. 그런 다음 에코 플래너, 확산 가중 스핀 에코 시퀀스를 이미징 프로토콜에 추가합니다.

시퀀스 기본 설정을 사용했지만 0.75mm 슬라이스 두께의 12개 슬라이스를 규정하고 경추의 주축에 수직으로 방향을 잡습니다. 소뇌의 기저부를 내부 참조로 사용하여 동물 간 및 세션 전반에 걸쳐 일관된 슬라이스 위치를 보장합니다. 채도 밴드를 켭니다.

그런 다음 척수 바깥쪽에 10mm 두께의 포화 밴드 4개를 배치하여 이러한 조직에서 오는 신호를 최소화하고 인공물을 유발할 가능성을 줄입니다. 또한 호흡기 게이팅을 켜야 합니다. 이제 여기 화면에 표시된 대로 확산 대기 설정을 사용하여 시퀀스를 설정합니다.

그런 다음 스캔을 시작합니다. 총 획득 시간은 스캔 전반에 걸쳐 약 25분입니다. 호흡 게이팅 소프트웨어를 모니터링하고 트리거와 MRI 시스템에 대한 신호 사이의 지연 기간을 조정하여 호흡 주기의 정지 부분에서만 획득이 이루어지도록 했습니다.

동물의 호흡 패턴에 따라 100밀리초에서 400밀리초 사이의 트리거 지연이 필요합니다. 이렇게 하면 호흡 동작으로 발생하는 인공물을 줄이는 데 도움이 됩니다. 사용 가능한 경우 이미징이 완료되면 사용자 지정 역방향 블립을 켜기로 설정하여 시퀀스를 반복합니다.

홀더에서 동물을 꺼내 우리로 되돌려 놓습니다. 동물이 의식을 되찾을 때까지 동물을 모니터링하십시오. 흉골 누운 자세를 유지합니다.

먼저 민감성 아티팩트 보정을 수행하여 이미지 처리를 시작합니다. 그런 다음 FSL 또는 기타 MRI 소프트웨어 패키지와 함께 제공되는 유틸리티를 사용하여 각 스캔의 볼륨이 0인 B를 단일 파일로 추출합니다. 샘플 코드는 여기에서 볼 수 있습니다.

코드 방향의 각 단계에 대해 하나의 파일이 필요합니다. 그런 다음 FSL에서 top-up 명령을 사용하여 이미지 왜곡 아티팩트가 감소된 수정된 파일을 만듭니다. 매개 변수 맵을 만드는 데 사용할 원시 DWI 이미지에 이 보정을 적용합니다.

이 수정된 DWI 파일을 FSL 보기에 로드하고 파일을 선택합니다. 메뉴에서 마스크를 만듭니다. 연필 도구를 사용하여 한 조직 유형 내에서 관심 영역을 그립니다.

이 파일을 저장하고 원하는 다른 관심 영역 또는 ROI에 대해 반복합니다. ROI 파일을 사용하여 DWI 파일을 마스킹한 다음 각 이미지 볼륨에 대한 ROI 내의 평균 신호를 계산합니다. 처음 8개 결과를 MATLAB과 같은 수치 연산 프로그램에 가로 신호에 대한 벡터로 복사하고, 두 번째 8개 결과를 세로 신호에 대한 벡터로 복사합니다. 여기서 8은 사용되는 B 값의 개수입니다.

또한 B 값을 8개의 B 값으로 구성된 벡터로 프로그램에 복사합니다. 가로 방향과 세로 방향에 대한 B 값은 가능하면 동일해야 합니다. 공칭 B 값이 아닌 유효 B 값은 스캐너에서 얻어야 합니다.

곡선 피팅 툴박스를 사용하여 신호 대 B 값 데이터를 원하는 모델에 피팅합니다. 명령 프롬프트에 CF tools를 입력하여 B 값을 X 데이터로 선택하고 신호 벡터를 y 데이터로 선택합니다. 그런 다음 피팅 메뉴를 선택하고 피팅에 대한 방정식을 입력합니다.

방정식을 입력할 때 데이터에 더 적합한 변수에 대해 시작점과 한계를 설정해야 할 수도 있습니다. 방정식을 피팅에 적용한 후 정량적 마커 역할을 할 매개변수 값을 기록해 둡니다. 이 이미지는 척수 주축에 가로 및 세로 방향으로 확산이 적용된 상태에서 얻은 고품질 확산 가중 이미지를 보여줍니다.

백색 물질과 회백질 사이에 최상의 대비를 제공하는 각 방향에 대해 서로 다른 B 값이 표시됩니다. 여기서 왼쪽 열은 DWI 시퀀스로 이미지화된 슬라이스를 보여줍니다. 중간 열은 역 블립이 있는 획득을 보여줍니다.

첫 번째 이미지에서 늘어난 것처럼 보이는 특징이 가운데 열에서 어떻게 압축되어 보이는지 주목하십시오. 오른쪽 열은 top-up을 사용하여 보정된 확산 가중 이미지를 보여줍니다. 맨 위 행은 확산되지 않은 가중 이미지입니다.

중간 행은 가로 방향으로 적용된 확산 가중치를 보여주고, 맨 아래 줄은 세로 방향으로 적용된 확산 가중치를 보여줍니다. 여기서 우리는 가로 및 세로 확산 인코딩 방향에 대한 확산 가중치의 함수로 표시된 정규화 된 신호를 볼 수 있습니다. 확산도(diffusivity), 첨도(kurtosis) 및 이방성(anisotropy)의 고품질 맵은 각 복셀의 신호에서 계산됩니다.

백질과 회백질 사이의 매개변수와 백질 영역의 지역적 차이에는 분명한 차이가 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 동물의 호흡을 주의 깊게 모니터링하고 움직임 아티팩트를 줄이기 위해 마취 지연을 조정하는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 이것은 비정상적인 호흡 속도나 절차의 적응이 필요할 수 있는 기타 생리학적 합병증을 가질 수 있는 부상당한 쥐에서 특히 중요합니다.