Het algemene doel van deze procedure is voor het meten van de bloedstroom in de gemeenschappelijke halsslagader rat met behulp van de noninvasive fase contrast magnetische resonantie beeldvorming.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Fase Contrast magnetische resonantie beeldvorming in de gemeenschappelijke halsslagader Rat
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Fase contrast magnetische resonantie beeldvorming (PC-MRI) is een noninvasive benadering die stroom-gerelateerde parameters zoals de bloedstroom kan kwantificeren. Eerdere studies hebben aangetoond dat abnormale bloedstroom kan gepaard gaan met systemische vasculaire risico. Dus, PC-MRI kan het vergemakkelijken van de vertaling van gegevens die zijn verkregen uit dierlijke modellen van cardiovasculaire ziekten relevante klinische onderzoeken. In dit verslag, we beschrijven van de procedure voor het meten van de bloedstroom in de gemeenschappelijke halsslagader (CCA) van ratten met behulp van cine-gated PC-MRI en bespreken van relevante analysemethoden. Deze procedure kan worden uitgevoerd in een live, narcose dier en vereist geen euthanasie na de ingreep. De voorgestelde scannen parameters opbrengst herhaalbare metingen voor de doorbloeding, met vermelding van uitstekende reproduceerbaarheid van de resultaten. De PC-MRI-procedure die wordt beschreven in dit artikel kan worden gebruikt voor farmacologische testen, pathofysiologische beoordeling en evaluatie van de cerebrale hemodynamiek.
Inleiding
Magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is een veelzijdige aanpak die verstrekt gedetailleerde informatie over het interne lichaam structuren en fysiologie, en wordt steeds vaker gebruikt voor klinische diagnose en in preklinische dierstudies. Dierlijke modellen zijn van vitaal belang voor een beter begrip van aanzienlijke klinische implicatie 1. Zoals dierlijke modellen aanzienlijk van de mens met betrekking tot de eisen van de verdoving en fysiologische parameters verschillen, neemt optimalisatie van de MRI procedures voor dergelijke dieren belang.
Fase contrast MRI (PC-MRI) is een gespecialiseerde vorm van MRI die gebruikmaakt van de snelheid van stromende spins te kwantificeren stroom-gerelateerde parameters zoals de bloedstroom. Met PC-MRI, kan mapping stromingspatronen in de grote slagaders met behulp van diermodellen helpen licht werpen op cardiovasculaire aandoeningen, 2. PC-MRI Activiteitenweergave bovendien niet-gebeurt de inherente afwisseling in de bloedstroom in de pathofysiologische omstandigheden 3. Deze opmerkingen suggereren dat PC-MRI is een waardevolle aanpak die in diermodellen van cardiovasculaire ziekten bij de mens kan worden gebruikt.
In dit verslag beschrijven we een methode voor de kwantificering van de bloedstroom in de gemeenschappelijke halsslagader (CCA) van ratten. De twee CCAs leveren het hoofd en de nek met zuurstofrijk bloed, en de ziekte van de halsslagader is een belangrijke oorzaak van een beroerte. Opsporen van de vroege pathologie in het CCA is daarom cruciaal. Deze procedure heeft een looptijd van ongeveer 15 min en potentieel kan worden toegepast op voorwaarden met de hemodynamica veranderingen, dergelijke atherosclerose of beroerte.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle procedures afgekeurd op de institutionele zorg en gebruik commissies (IACUC) van de medische universiteit van China.
1. dierlijke voorbereiding en follow-up
- Laat alle magnetisch gevoelig objecten zoals portemonnee, sleutels, kredietkaart, etc. buiten de scanner kamer vóór dierlijke voorbereiding voor het scannen van de MRI.
- In eerste instantie anesthetize de rat (2-maanden oude mannelijke Sprague-Dawley (SD) rat, 280 – 350 g) in een doos van de inductie met behulp van een mengsel van 5% Isofluraan (ISO) en zuurstof (2 L/min) voor 3-5 min, indien nodig.
- Wanneer het dier ligfiets is en geen reactie is op een staart of teen snuifje vertoont, staken ISO beheer en overbrengen van het dier naar de scannen kamer.
- Plaats de rat in het bed van de MRI in een hoofd-eerste liggend en 2-3% ISO leveren via een neus kegel apparaat voor het onderhoud van anesthesie.
- Ademhaling controleren door het plaatsen van een respiratoire kussen sensor onder de romp van het dier.
- De sensor aansluiten voor een ademhalingswegen en controleren op de ademhalingsfrequentie tussen 40-50 slagen per minuut (hsm).
- Voor cine-gated PC-MRI acquisitie, plaatst u elk een elektrode op de juiste forepaw en de linker hind paw, respectievelijk (Figuur 1a).
- Draai het elektrocardiogram (ECG) kabels samen.
- Gebruik een hoofd houder met oor bars en een hap bar om het dier te beperken hoofd verkeer veilig te stellen.
- Gebruik een warme lucht verwarming systeem of gaas kussentjes te handhaven van de lichaamstemperatuur, terwijl in de magneet.
- Zorgen dat de R-golf duidelijk op de monitor van de ECG (Figuur 1b is), en plaats het dier in de scanner. Er is niet nodig voor de oppervlakte spoel op de bovenkant van de nek van het dier als afbeeldingen zijn verworven door de spoel van het volume.
2. MRI overname
- Gebruik 2-3% ISO om verdoving tijdens de gehele procedure van de beeldvorming. Continu monitor fysiologische reacties en houden zo constant mogelijk.
- Start de MRI-scans zodra het dier in de scanner is geplaatst en fysiologisch stabiel blijft. In deze studie een 7 T klein dier MRI systeem gebruiken met een kleurovergang kracht van 630 mT/m, maar andere Veldsterkten van kleine dierlijke MRI-systemen kunnen worden gebruikt.
- Selecteer de "Localizer" -reeks van de monitor van de console van de MRI-scanner en het verwerven van scout afbeeldingen langs alle drie richtingen met behulp van een snelle overname Afbeeldingsvolgorde, bijvoorbeeld, de snelle rotatie echo, maken de coronale, axiale, en Sagittaal afbeeldingen . Het doel van deze scout beelden is het bepalen van de beeldvorming vliegtuigen.
- Ervoor zorgen dat het midden van het hoofd en de nek van het dier in het midden van de magneet. Pas indien nodig de positie van het dier totdat de juiste positie is bereikt. Als het dier is verplaatst, herhaalt u scannen om te verkrijgen scout beelden.
- Selecteer de "Time-van-flight (TOF) angiogram" -reeks van de monitor van de console van de MRI-scanner en het verwerven van een 2D TOF angiogram om eerst na te gaan van de precieze anatomische locatie van de CCA. Gebruik de volgende scannen parameters: herhaling tijd (TR) / echo tijd (TE) = 22/4.87 ms, flip hoek = 90°, beeldveld (FOV) = 40 × 40 mm2, de grootte van de matrix = 256 × 256, segment dikte 0,6 mm, met het aantal excitatie (NEX) = 1.
Opmerking: De naam van de reeks TOF zijn vender-specifieke. De gebruiker kan deze parameters invoegen in de console-monitor. - Ervoor zorgen dat de verzadiging band is "on" is geplaatst op de top van veneuze signalen interferentie te voorkomen.
Opmerking: Voor de verzadiging band, het meestal gaat met de opeenvolging van TOF. Als de verzadiging band niet op de monitor weergegeven wordt, laat u de persoon. - Na het lokaliseren van de CCA met behulp van de TOF angiogram, richten op het beeldvlak van de PC-MRI naar het midden van de CCA en oriënteren zodat het segment loodrecht op de richting van de bloedstroom (Figuur 2a staat).
- Zorgen dat zowel ademhaling en ECG gating zijn aangesloten op het systeem van de MRI, waaruit het duidelijke signaal op de monitor computer (Figuur 1b), en van de triggermodule instellen om "op" in de "Trigger Mode" van de monitor van de console van de MRI-scanner.
- Bevestigen dat de fysiologische reacties van het dier voordat het PC-MRI-scan van de controle computer (Figuur 1b) stabiel zijn. Controleer of gating selecties "on" in zowel de computer monitor als de monitor van de console van MRI-scanner.
Opmerking: De fysiologie controle systeem dat wordt gebruikt in deze studie wordt geleverd door de verkoper. Voor meest dierlijke scanners is de systemen voor het toezicht van fysiologie vergelijkbaar voorzien en vender-specifieke. - Selecteer de reeks van PC-MRI sequentie van de monitor van de console van de MRI-scanner en gated PC-MRI scans met behulp van de volgende parameters uitvoeren: TR/TE=15.55/4.51 ms (minimale TR en TE), flip hoek = 30°, FOV = 40 × 40 mm2, de grootte van de matrix = 192 × 192, segment dikte 2 mm, snelheid codering (VENC) = = 120 cm/s, met de NEX = 8. Unidirectionele VENC wordt verworven in de via-vliegtuig richting.
Opmerking: De tijd van de scan is ongeveer 8,5 min, maar de werkelijke scannen tijd enigszins afwijken tussen de dieren als gevolg van de variatie in cardiale cycli. - Herhaal stap 2.6-2.9 van Beeldacquisitie als het gebied van belang (ROI) te wijzigen naar een andere locatie in de CCA, zoals op de bifurcatie 4.
- Het dier uit de scanner te verwijderen en terug te sturen naar zijn kooi herstel wanneer de scan voltooid is.
- Warm het dier met een verwarming lamp te handhaven van de lichaamstemperatuur. Houd de lamp minstens 15 cm van het dier om oververhitting te voorkomen.
- Wanneer het dier begint te verplaatsen en vertoont een reactie op een staart of teen snuifje, schakelt u de lamp van de verwarming.
3. de verwerking van de gegevens
- MRI-gegevens opslaan in Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) of elke andere verkoper-specifieke indeling. Cine serie met twee soorten afbeeldingen genereren: een beeld van de omvang (anatomie beeld) en de afbeelding van een fase (Figuur 2b).
Opmerking: In sommige scanners, het derde type van beeld, die mogelijk de grootte beeld × fase beeld of het complex-verschil (de complexe aftrekken tussen de twee acquisities met verschillende snelheid-encoding verlopen), wordt gegenereerd. De derde afbeelding is afhankelijk van de leverancier. - Vooraf verwerken de afbeeldingsgegevens. Heimelijke de fase in de toewijzing van de snelheid van het beeld en corrigeren van de fase-verschuiving fout 5.
Opmerking: Het fase-plaatje heeft een willekeurige heer eenheid van signaalsterkte in plaats van echte snelheid waarden, maar de heer signaal intensiteit is lineair evenredig met de snelheid. Het maximale MRI signaal van de fase-afbeelding wordt meestal toegewezen als de waarde van VENC, en de minimale signaal wordt toegewezen de tegengestelde waarde van VENC. Zie aanvullende codebestand 1 voor een voorbeeld van de Matlab-script en druk op de knopuitvoeren". - Bakenen de ROI zorgvuldig door het traceren van de grens van de CCA. Als de slagader kan verwijden en tijdens de verschillende fasen van de cardiale bouwen, bakenen ROIs voor elk frame van de tijd. Bereken de bloedstroom door te integreren over de slagader ROI, dat wil zeggen, snelheid × gebied. Het resulteerde doorbloeding van elke slagader was in de eenheden van mL/s. Zie aanvullende codebestand 2 voor een voorbeeld van de Matlab-script en druk op de knopuitvoeren".
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Juiste segment geometrie is cruciaal voor het welslagen van het PC-MRI-experiment. De nauwkeurige beeld vliegtuig positionering levert een "ronde" slagader vorm (Figuur 3a), en zoals gehoekt, dat wil zeggen, toeneemt wanneer er minder loodrecht op de slagader, de resulterende slagader geometrie wordt eivormige, leidt tot grotere gedeeltelijke volume effecten (Figuur 3b). Ernstige gedeeltelijke volume effecten zou leiden ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
PC-MRI is een alomvattende aanpak voor niet-invasieve en longitudinale evaluatie van de bloedstroom. Presenteren we een protocol voor het uitvoeren van PC-MRI van de rat CCA. Deze procedure is gemakkelijk uit te voeren bij geen enkel dier MRI-scanner, en toont goede reproduceerbaarheid.
De PC-MRI-techniek heeft steeds meer populariteit in menselijke 10,11 , alsmede dierstudies 4,12
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
Er is niets bekend te maken.
Dankbetuigingen
Dit werk werd gesteund door subsidies van het ministerie van wetenschap en technologie, Taiwan, onder grant nummer van MOST-105-2314-B-039-044-MY2.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 7T small animal MRI system | Bruker | ||
| Isoflurane | Baxter | 1001936040 | anestheticum |
| ECG lead | 3M | 2269T | |
| Matlab | MathWorks | software voor beeldverwerking | |
| Monitoring and gating system | SA instruments, Inc | Model 1030 |
Referenties
- Zakszewski, E., Schmit, B., Kurpad, S., Budde, M. D. Diffusion imaging in the rat cervical spinal cord. J Vis Exp. (98), (2015).
- Wise, R. G., Al-Shafei, A. I., Carpenter, T. A., Hall, L. D., Huang, C. L. Simultaneous measurement of blood and myocardial velocity in the rat heart by phase contrast MRI using sparse q-space sampling. J Magn Reson Imaging. 22 (5), 614-627 (2005).
- Skardal, K., Espe, E. K., Zhang, L., Aronsen, J. M., Sjaastad, I. Three-Directional Evaluation of Mitral Flow in the Rat Heart by Phase-Contrast Cardiovascular Magnetic Resonance. PLoS One. 11 (3), e0150536(2016).
- Peng, S. L., et al. Phase-contrast magnetic resonance imaging for the evaluation of wall shear stress in the common carotid artery of a spontaneously hypertensive rat model at 7T: Location-specific change, regional distribution along the vascular circumference, and reproducibility analysis. Magn Reson Imaging. 34 (5), 624-631 (2016).
- Yu, H. Y., Peng, H. H., Wang, J. L., Wen, C. Y., Tseng, W. Y. Quantification of the pulse wave velocity of the descending aorta using axial velocity profiles from phase-contrast magnetic resonance imaging. Magn Reson Med. 56 (4), 876-883 (2006).
- Peng, S. L., et al. Optimization of phase-contrast MRI for the quantification of whole-brain cerebral blood flow. J Magn Reson Imaging. 42 (4), 1126-1133 (2015).
- Peng, S. L., Shih, C. T., Huang, C. W., Chiu, S. C., Shen, W. C. Optimized analysis of blood flow and wall shear stress in the common carotid artery of rat model by phase-contrast MRI. Sci Rep. 7 (1), 5253(2017).
- Bozgeyik, Z., Berilgen, S., Ozdemir, H., Tekatas, A., Ogur, E. Evaluation of the effects of sildenafil citrate (viagra) on vertebral artery blood flow in patients with vertebro-basilar insufficiency. Korean J Radiol. 9 (6), 477-480 (2008).
- Swampillai, J., Rakebrandt, F., Morris, K., Jones, C. J., Fraser, A. G. Acute effects of caffeine and tobacco on arterial function and wave travel. Eur J Clin Invest. 36 (12), 844-849 (2006).
- Neff, K. W., Horn, P., Schmiedek, P., Duber, C., Dinter, D. J. 2D cine phase-contrast MRI for volume flow evaluation of the brain-supplying circulation in moyamoya disease. AJR Am J Roentgenol. 187 (1), W107-W115 (2006).
- Stalder, A. F., et al. Quantitative 2D and 3D phase contrast MRI: optimized analysis of blood flow and vessel wall parameters. Magn Reson Med. 60 (5), 1218-1231 (2008).
- Dall'Armellina, E., et al. Improved method for quantification of regional cardiac function in mice using phase-contrast MRI. Magn Reson Med. 67 (2), 541-551 (2012).
- Peng, S. L., Ravi, H., Sheng, M., Thomas, B. P., Lu, H. Searching for a truly "iso-metabolic" gas challenge in physiological MRI. J Cereb Blood Flow Metab. 37 (2), 715-725 (2017).
- Liu, P., et al. Quantitative assessment of global cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO2) in neonates using MRI. NMR Biomed. 27 (3), 332-340 (2014).
- Xu, F., Ge, Y., Lu, H. Noninvasive quantification of whole-brain cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO2) by MRI. Magn Reson Med. 62 (1), 141-148 (2009).
- Lotz, J., Meier, C., Leppert, A., Galanski, M. Cardiovascular flow measurement with phase-contrast MR imaging: basic facts and implementation. Radiographics. 22 (3), 651-671 (2002).
- Pelc, N. J., Herfkens, R. J., Shimakawa, A., Enzmann, D. R. Phase contrast cine magnetic resonance imaging. Magn Reson Q. 7 (4), 229-254 (1991).
- Kim, D., et al. Accelerated phase-contrast cine MRI using k-t SPARSE-SENSE. Magn Reson Med. 67 (4), 1054-1064 (2012).
- Valvano, G., et al. Accelerating 4D flow MRI by exploiting low-rank matrix structure and hadamard sparsity. Magn Reson Med. 78 (4), 1330-1341 (2017).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
