Methodenartikel

Geavanceerde diffusie beeldvorming in de hippocampus van ratten met mild traumatisch hersenletsel

DOI:

10.3791/60012

⸱

14 augustus 2019

 ,  , 
1Infinity lab, Medical Imaging and Signal Processing Group, Ghent University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het algemene doel van deze procedure is het verkrijgen van kwantitatieve microstructurele informatie van de Hippocampus in een rat met milde traumatische hersenletsel. Dit wordt gedaan met behulp van een geavanceerde diffusie-gewogen magnetische resonantie imaging protocol en regio-of-interest gebaseerde analyse van parametrische diffusie kaarten.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mild traumatisch hersenletsel (mTBI) is de meest voorkomende vorm van verworven hersenletsel. Omdat patiënten met traumatisch hersenletsel een enorme variabiliteit en heterogeniteit (leeftijd, geslacht, soort trauma, andere mogelijke pathologieën, enz.) vertonen, spelen diermodellen een sleutelrol bij het ontraveling van factoren die beperkingen zijn in klinisch onderzoek. Ze bieden een gestandaardiseerde en gecontroleerde instelling om de biologische mechanismen van letsel en herstel na TBI te onderzoeken. Echter, niet alle diermodellen nabootsen de diffuse en subtiele aard van mTBI effectief. Bijvoorbeeld, de veelgebruikte gecontroleerde corticale impact (CCI) en laterale vloeistof percussie letsel (LFPI) modellen maken gebruik van een craniotomie om de hersenen bloot te leggen en induceren wijdverspreide focal trauma, die niet vaak worden gezien in mTBI. Daarom zijn deze experimentele modellen niet geldig om mTBI na te bootsen. Zo moet een geschikt model worden gebruikt om mTBI te onderzoeken. De Marmarou Weight drop model voor ratten induceert soortgelijke microstructurele veranderingen en cognitieve beperkingen zoals te zien bij patiënten die milde trauma ondersteunen; Daarom is dit model geselecteerd voor dit protocol. Conventionele computertomografie en magnetische resonantie imaging (MRI) scans vertonen vaak geen schade na een milde verwonding, omdat mTBI vaak alleen subtiele en diffuse verwondingen induceert. Met diffusie gewogen MRI is het mogelijk om microstructurele eigenschappen van hersenweefsel te onderzoeken, die meer inzicht kunnen geven in de microscopische veranderingen na een mild trauma. Daarom is het doel van deze studie om kwantitatieve informatie te verkrijgen van een geselecteerde regio-van-belang (dat wil zeggen, Hippocampus) om follow-up ziekteprogressie na het verkrijgen van een milde en diffuse hersenletsel.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Traumatisch hersenletsel (TBI) heeft in de afgelopen jaren meer aandacht gekregen, omdat het duidelijk is geworden dat deze hersenletsel kan resulteren in levenslange cognitieve, fysieke, emotionele en sociale gevolgen1. Ondanks dit toenemende bewustzijn, is milde TBI (mTBI, of hersenschudding) nog vaak ondergemeld en niet gediagnosticeerd. MTBI is een stille epidemie genoemd, en individuen met een geschiedenis van mTBI vertonen hogere percentages van drugsmisbruik of psychiatrische problemen2. Verschillende patiënten met mTBI gaan elk jaar niet gediagnosticeerd vanwege de diffuse en subtiele aard van de verwondingen, die vaak niet zichtbaar zijn op conventionele computertomografie (CT) of Magnetic Resonance Imaging (MRI) scans. Dit gebrek aan radiologisch bewijs van hersenletsel heeft geleid tot de ontwikkeling van geavanceerdere beeldvormingstechnieken zoals diffusie-MRI, die gevoeliger zijn voor microstructurele veranderingen3.

Diffusie MRI maakt in vivo mapping van de microstructuur mogelijk, en deze MRI-techniek is uitgebreid gebruikt in TBI-onderzoeken4,5,6. Uit de diffusie-tensor worden gefractioneerde anisotropie (FA) en gemiddelde diffusiviteit (MD) berekend om de verandering in de microstructurele organisatie na letsel te kwantificeren. Recente beoordelingen in mTBI-patiënten rapporteren verhogingen in FA en dalingen in MD na letsel, wat indicatief kan zijn voor axonale zwelling7. Integendeel, stijgingen van de MD en dalingen in de FA worden ook gevonden en zijn gesuggereerd om verstoringen in de parenchymale structuur te ondervangen na oedeem vorming, axonale degeneratie, of Fiber misalignment/verstoring8. Deze gemengde bevindingen kunnen gedeeltelijk worden verklaard door de significante klinische heterogeniteit van mTBI veroorzaakt door verschillende soorten impact en Ernst (bijv. rotatie-versnelling, botte kracht trauma, blast letsel of combinatie van de eerste). Momenteel is er echter geen duidelijke consensus over de onderliggende pathologie en biologische/cellulaire basis die de veranderingen in de microstructurele organisatie onderbouw.

Diermodellen bieden een gestandaardiseerde en gecontroleerde instelling voor het onderzoeken van biologische mechanismen van letsel en reparatie na TBI in meer detail. Verschillende experimentele modellen voor TBI zijn ontwikkeld en vertegenwoordigen verschillende aspecten van menselijke TBI (bijv. focale vs. diffuus trauma of trauma veroorzaakt door rotatiekrachten)9,10. Veelgebruikte diermodellen zijn onder andere de gecontroleerde corticale impact (CCI) en laterale vloeistof percussie letsel (lfpi) modellen11,12. Hoewel de experimentele parameters goed gecontroleerd kunnen worden, maken deze modellen gebruik van een craniotomie om de hersenen bloot te leggen. Craniotomieën of schedel fracturen worden niet vaak gezien in mTBI; Daarom zijn deze experimentele modellen niet geldig om mTBI na te bootsen. Het effect acceleratie model ontwikkeld door Marmarou et al.13 maakt gebruik van een gewicht dat van een bepaalde hoogte op het hoofd van de rat wordt gedropt, dat wordt beschermd door een helm. Dit diermodel induceert soortgelijke microstructurele veranderingen en cognitieve stoornissen zoals te zien bij patiënten die milde trauma ondersteunen. Daarom is dit marmarou gewicht druppel model geschikt om Imaging biomarkers te onderzoeken voor diffuse mtbi14,15.

Dit rapport toont de toepassing van Advanced Diffusion MRI in een mTBI rat model met behulp van het Marmarou Weight drop model. Voor het eerst getoond is hoe een mild en diffuus trauma induceren, en analyse met behulp van diffusie tensor Imaging (DTI) model wordt dan verstrekt. Specifieke biologische informatie wordt verkregen met het gebruik van geavanceerdere diffusie modellen [d.w.z. diffusie kurtosis Imaging (DKI) en White Matter Tract Integrity (WMTI) model]. Specifiek, milde trauma wordt toegebracht en microstructurele veranderingen worden vervolgens geëvalueerd in de Hippocampus met behulp van conventionele T2-gewogen MRI en een geavanceerde diffusie Imaging protocol.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het protocol is goedgekeurd door het dier ethisch comité aan de Universiteit Gent (ECD 15/44Aanv), en alle experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen van de Europese Commissie (richtlijn 2010/63/EU).

1. bevestiging van de dieren bereiding en helm

  1. Weeg een vrouwelijke Wistar H rat (± 250 g of 12 weken oud) en anesthetiseren in een kleine inductie kamer gevuld met een mengsel van Isofluraan (5%) en O2 gedurende ten minste 1 min.
  2. Injecteer de rat met 0,05 mg/kg buprenorfine subcutaan in de nek, breng het terug naar de huis kooi en laat de pre-emptive analgesie gedurende ten minste 30 min een effect innemen.
    Let op: tijdens de 30 minuten wachten kan de operatieplaats worden voorbereid.
  3. Plaats een verwarmingskussen op 37 °C onder het chirurgische veld. Plaats de gesteriliseerde chirurgische instrumenten op het chirurgische veld dat werd gedesinfecteerd met 70% ethanol.
  4. Plaats de rat terug in de inductie kamer en anesthetiseer de rat totdat het niet reageert op een poot of staart knijpen.
  5. Plaats de rat op het chirurgische veld en steek een katheter in de laterale staart ader. Scheer vervolgens het hoofd van de rat, Verwijder overtollig bont en Desinfecteer de hoofdhuid en de rest van het chirurgische gebied met chloorhexidine.
  6. Injecteer 100 μL 2% lidocaïne lokaal in de hoofdhuid.
  7. Maak een middenlijn incisie met behulp van een scalpel maat 11 om de schedel bloot, het verwijderen van overtollige membranen met kleine schaar. Trek de huid op met een oculair speculum met een maximale spreiding van 1 cm.  Verwijder bovendien het periosteum door zachtjes een steriele wattenstaafje over de schedel te wrijven totdat het periosteum niet meer aanwezig is.
  8. Zet een druppel weefsellijm op de schedel en één op de gesteriliseerde metalen schijf (diameter van 10 mm en 3 mm dikte), die als de helm fungeert. Lijm de schijf ongeveer een derde voor en twee derde achter de bregma. Laat de lijm 1 minuut drogen.

2. inductie van traumatisch hersenletsel (TBI)

  1. Plaats de rat op het op maat gemaakte bed met een schuimmatras van bepaalde veerconstante (Zie tabel met materialen). Positioneer de rat direct onder een doorzichtige plastic buis met een 450 g messing gewicht met de helm zo horizontaal mogelijk. Maak de rat los van anesthesie.
  2. Trek het gewicht tot 1 m en laat het los wanneer het klaar is. Zorg ervoor dat er een tweede experimenteerder aanwezig is om de rat onmiddellijk na de botsing van de plastic buis weg te bewegen om een tweede botsing te voorkomen.
    Opmerking: de schijn gewonde ratten krijgen dezelfde experimentele procedure (stappen 1.1 – 2.7), met uitzondering van stap 2,2.
  3. Bevestig de rat opnieuw aan de anesthesie en Injecteer 1 mL fysiologische oplossing (0,9% NaCl) via de katheter om de hemodynamische schok te verminderen.
    Opmerking: het is mogelijk dat de rat kort stopt met ademen vanwege de impact. Comprimeer de thorax voorzichtig als de rat na 2 s niet spontaan ademt om de Ademhalings reflex te stimuleren.
  4. Verwijder de helm door zachtjes uit de schedel te trekken. Verwijder alle overgebleven lijm van de schedel en de huid en sluit de incisie met chirurgische hechting. Breng lokale analgesie gel aan met een steriel applicator uiteinde.
  5. Plaats de rat op het bed van de CT-scanner. Bevestig de juiste positie met een Scout scan. Pas het gezichtsveld aan om beeldvorming van het hele hoofd in een bedpositie in te schakelen. Beheer een algemeen doel, lage dosis CT-scan om schedel fracturen uit te buiten.
    Opmerking: schedelfractuur is een criterium voor euthanasie.
  6. Plaats de rat in een schone kooi op een verwarmingskussen (37 °C). Bewaak de tijd om het bewustzijn te herwinnen. Zodra de rat in staat is om rechtop te zitten, kan de rat worden teruggebracht naar de huis kooi.
  7. Dien een tweede dosis van 0,05 mg/kg buprenorfine toe op één dag na de TBI-inductie.

3. diffusie magnetische resonantie beeldvorming (MRI)

Opmerking: diffusie-gewogen beeldvorming wordt uitgevoerd vóór en 1 dag na trauma inductie.

  1. Anesthetiseer de rat in een kleine inductie kamer gevuld met een mengsel van Isofluraan (5%) en O2. Wanneer de rat niet reageert op een poot of staart knijpen de anesthesie te verminderen tot 2% met een debiet van 500 mL/min. Breng het dier over naar het scanner bed in de hoofd-eerste liggende positie.
  2. Plaats de rat in de hoofd houder met de tanden balk en neuskegel, het leveren van de anesthesie, en schuif het hoofd naar voren totdat het centrum van de hersenen zich op het niveau van het midden van het Quadrature volume MRI-spoel bevindt. Smeer zalf aanbrengen op de ogen in kleine hoeveelheden om beschadiging van het hoornvlies te voorkomen. Fixeren de kop met een klein stukje tape om beweging tijdens het scannen te voorkomen.
  3. Plaats een drukpad onder de thorax van de rat om de ademhaling te bewaken en de rat te bedekken met een circulerende warm water-verwarmings deken en noppenfolie om de rat warm te houden. Controleer vóór het scannen de Ademhalings monitor om er zeker van te zijn dat het signaal zonder lawaai helder is en dat de Ademhalings cyclus consistent is. Verplaats het drukpad, indien nodig.
    Opmerking: de ademhalingsfrequentie moet tussen 1 adem per 1200 – 1700 MS worden gehouden door het niveau van anesthesie tussen 1% – 2% aan te passen.
  4. Schuif het Quadrature-volume spoel over het hoofd. Pas de tuning en bijpassende condensatoren van de spoel aan op de juiste frequentie en impedantie volgens de instructies van de fabrikant van de spoel. Het scanner-bed in de boring van de scanner om te beginnen met scannen.
  5. Verkrijg een standaard drie-Plane Scout-scan ("tripilot") om een correcte positionering te garanderen.
    1. Laad de trip pilot-reeks in het Scan besturingselement door op nieuwe scan te klikken en de trip pilot-reeks te selecteren in de lijst met protocollen. Klik vervolgens op de knop verkeerslicht om de scan te starten.
    2. Wanneer de scan is voltooid, laadt u de scan in het beeldscherm en zorgt u ervoor dat 1) het hoofd recht ligt en 2) de hersenen zijn gepositioneerd in het midden van de magneet en spoel. Pas de positie van het hoofd en/of het scanner bed zo nodig aan en verkrijg een nieuwe tripilot-scan.
  6. Pas het lokale magnetische veld aan met behulp van een geautomatiseerd tweede-orde shimming-Protocol: Laad het tweede-orde Shim-protocol in de scan besturing zoals beschreven in stap 3.5.1. Klik vervolgens op het tabblad Acq | Huidige aanpassingen | Methode specifieke aanpassing voor de lokale veld homogeniteit in de spectrometer controle tool venster om geautomatiseerde shimming te starten.
  7. Laad een nieuwe T2 rapid imaging met Refocused Echo's (RARE) sequentie in de scan besturing zoals beschreven in stap 3.5.1.
    1. Verkrijg de T2-gewogen afbeeldingen met de standaardinstellingen, met uitzondering van de volgende parameters:
    2. Open het tabblad Scan bewerken en pas de herhalings tijd (tr) en ECHO tijd (te) aan op respectievelijk 5.500 ms en 37 MS. Wijzig ook het gezichtsveld en de matrixgrootte om een hogere in-plane resolutie van 109 μm x 109 μm (standaardresolutie = 156 μm x 156 μm) mogelijk te maken. Zorg ervoor dat de segment dikte 600 μm, aantal segmenten is ingesteld op 45, en zeldzame factor is ingesteld op 8.
    3. Open de geometrie-editor en plaats het segment pakket in de juiste positie, inclusief de bulbus van de hersenen en het cerebellum.
  8. Laad drie nieuwe ECHO-planaire diffusie-gewogen spin-ECHO sequentie (DtiEpi) uit de map B_DIFFUSION in het Scan Control Protocol zoals beschreven in stap 3.5.1.
    Opmerking: met behulp van drie verschillende diffusie "shells", de diffusie tensor Imaging (DTI) model4,16, diffusie kurtosis Imaging (DKI) model17, en White Matter Tract integriteit (wmti) model18 kunnen worden geschat. Het wordt aanbevolen om ten minste drie verschillende b-waarden te gebruiken, met de hoogste b-waarde met een maximum van 3000 s/mm2 met ten minste 15 gelijkmatig verdeelde richtingen per Imaging shell17.
    1. Verkrijgen van diffusie gewogen afbeeldingen (DWIs) met behulp van de standaardinstellingen, afgezien van de volgende instellingen:
    2. Open het tabblad Scan bewerken en pas de geometrische parameters aan onder het tabblad geometrie . pas het gezichtsveld en de matrixgrootte aan op 105 x 105 om een resolutie van 333 μm x 333 μm te garanderen.
    3. Stel de segment oriëntatie in op axiaal en het aantal segmenten op 25, wat resulteert in een snijdikte van 500 μm en een interslice-afstand van 600 μm. Wijzig de uitleesrichting in links-rechts.
    4. Klik op het tabblad contrast om de echo tijd aan te passen tot 24 MS en de herhalings tijd tot 6.250 ms.
    5. Stel de bandbreedte in op 250.000 Hz en schakel de vetonderdrukking in. Pas het aantal gemiddelden aan een.
    6. Klik op het tabblad onderzoek en verander het aantal gemiddelden (epi-segmenten) naar 4.
    7. Klik op het tabblad diffusie op het tabblad onderzoek. Voer deze stap afzonderlijk uit voor elk van de drie diffusie ketels.
      1. Pas het aantal diffusie richtingen aan naar 32 voor de eerste shell, 46 voor de tweede shell en 64 voor de derde shell.
      2. Pas de verloop richtingen aan met aangepaste verloop richtingen bestanden.
      3. Wijzig het aantal B0-afbeeldingen in 5 voor de eerste shell, 5 voor de tweede shell en 7 voor de derde shell.
      4. Stel de b-waarde per richting in op 800 s/mm2 voor de eerste shell, 1500 s/mm2 voor de tweede shell en 2000 s/mm2 voor de derde shell.
        Opmerking: het aanpassen van de verloop richtingen met een aangepaste verloop Routebeschrijving kan handmatig worden gedaan door het invoeren van diffusie richtingen naar Ja of automatisch met behulp van de DTI_SET_DIRECTIONS macro.
    8. Open de geometrie-editor en plaats het veld van de weergave tussen de bulbus en cerebellum met alleen de hersenen om artefact en scantijd te verminderen. Plaats zes saturatie banden van 5 mm buiten de hersenen om artefacten te verminderen door op verzadiging te klikken en de banden in de voorkeurspositie te schuiven met behulp van de schuifbalken.
      Opmerking: de bulbus en het cerebellum kunnen worden geïdentificeerd op basis van anatomische monumenten en de drie beelden van de tripilot-scan.
  9. De geïmporteerde sequenties te verwerven door te klikken op het verkeerslicht symbool. Met behulp van de instellingen van de hierboven beschreven parameters is de acquisitie tijd van de T2-RARE scan 12 min, van de eerste DWI shell 15 min, van de tweede DWI shell 21 min en van de derde shell 30 min. De totale acquisitie tijd is ongeveer 80 min (op een enkel ontvangerkanaal systeem).
  10. Bij de voltooiing van het Scan protocol verwijdert u het dier uit het scanner bed en plaatst u het dier in een schone kooi met een verwarmingskussen van 37 °C. Keer het dier terug naar de huis kooi wanneer het bewustzijn herwint.

4. beeldverwerking

Opmerking: in de volgende secties wordt de verwerking van de diffusie beelden beschreven in MRtrix3, ExploreDTI19 en amide software20 die Open Access toolboxes zijn. De voor verwerkingsstappen kunnen echter worden uitgevoerd in andere gereedschapskisten (bijv. fsl, medinria, dtistudio).

  1. Breng de verkregen gegevens over van de acquisitie console door het bestand 2dseq te exporteren.
  2. Converteer de 2dseq-bestanden (RAW DWI-bestanden) naar de. mif-indeling, de standaardopmaak van MRtrix3, om verdere voorbewerkings stappen in MRtrix3 mogelijk te maken. Samenvoegen de drie diffusie schalen met behulp van de volgende commando's in de shell:
    convert_bruker pdata/1/2dseq ratID_T2. MIH (voor de T2-gewogen beelden)
    convert_bruker pdata/1/2dseq ratID_dwi1. MIH (voor de eerste diffusie schaal)
    convert_bruker pdata/1/2dseq ratID_dwi2. MIH (voor de tweede diffusie schaal)
    convert_bruker pdata/1/2dseq ratID_dwi3. MIH (voor de derde diffusie schaal)
    mrcat ratID_dwi1. mif ratID_dwi2. mif ratID_dwi3. mif ratID_dwi. mif
  3. Voer ruis correctie en Gibbs beltoon correctie op de DWIS in MRtrix321,22. Converteer ook de gecorrigeerde DWI-afbeeldingen en T2-afbeelding naar NIFTI-indeling met behulp van de volgende opdrachten:
    dvergroter Oise ratID_dwi. mif ratID_dwi_denoised. mif
    mrdegibbs ratID_dwi_denoised. mif ratID_dwi_denoised_gr. mif
    mrconvert ratID_dwi_denoised_gr. mif ratID. NII
    mrconvert ratID_T2. mif ratID_T2. NII
  4. Voer correctie uit voor EPI-, bewegings-en wervelstroom verstoringen in ExploreDTI:
    1. Converteer de NIFTI-afbeeldingen naar een. mat-bestand door te klikken op DTI*. mat-bestand berekenen | Zet RAW data om naar DTI*. mat bestand. Verander de diffusie tensor schatting naar gewogen lineair en de b-waarde naar NaN. Stel de Voxel-grootte in op 0,333 0,333 0,6, het aantal niet-DWI-images naar 17, het aantal DWI-images naar 142 en de matrixgrootte tot 105 105 25.
      Opmerking: door de b-waarde in te stellen op NaN, zal ExploreDTI de gegevensset beschouwen als een kurtosis DataSet.
    2. Klik op het tabblad instellingen om de instellingen voor epi-correctie aan te passen (dit is standaard uitgeschakeld). Selecteer SM/EC/epi-correctie, registreer ook voor andere gegevens? en klik op Ja, om de epi-correctie (niet-rigide) te doen. Specificeer het achtervoegsel van het anatomische T2-beeld dat overeenkomt met de diffusiegegevensset.
      Opmerking: ExploreDTI corrigeert EPI-vervormingen met behulp van beeldregistratie tussen het onvervormde anatomische beeld en de diffusie afbeelding.
    3. Klik op het tabblad Plug-ins en selecteer correctie voor onderwerp beweging & EC/epi-vervormingen en selecteer het voorverwerkte diffusie gegevensbestand uit stap 2,3. Zorg ervoor dat de T2-afbeelding zich in dezelfde map bevindt en dezelfde basis heeft als de bestandsnaam van de diffusie gegevens (bijv. rat1. NII voor de DWI en rat1_T2. NII voor het anatomische beeld). Deze stap genereert een "native" (* native. mat) en "getransformeerd" bestand (* Trafo. mat).
  5. Bereken de DTI-metrics voor elke rat door op plugins te klikken en spullen te exporteren naar *. NII en de parametrische kaarten van het DTI-model te selecteren: fractionele ANISOTROPIE (FA), gemiddelde diffusiviteit (MD), RADIALE diffusiviteit (RD) en axiale diffusiviteit (AD; aangeduid als "grootste eigenwaarde L1").
  6. Exporteer bovendien de parametrische kaarten voor het kurtosis-model (MK, AK en RK) en WMTI-model (AWF, AxEAD, RadEAD en onrechtmatige daad). Verwerking van de diffusie beelden zal resulteren in 12 parametrische kaarten (Figuur 1, figuur 2, Figuur 3) die kunnen worden gebruikt voor verdere microstructurele analyse.
  7. Maak een masker bestand voor de hippocampus van elke rat met behulp van MRtrix3.
    1. Laad de VA-afbeelding van de rat in de MRtrix-viewer door op te klikken gereedschap en ROI-editor.
    2. Maak een nieuwe ROI door op de knop "+" te klikken en druk op Edit om de ROI te tekenen op elk segment dat de Hippocampus bevat (Figuur 4). Druk op de rechtermuis knop om ongewenste gebieden uit de getekende ROI te verwijderen.
    3. Wanneer de tekening van de ROI is voltooid, slaat u de maskerafbeelding op door op de knop Opslaan te klikken.
      Let op: dit masker bestand zal een binair NIFTI beeldbestand zijn met voxels van waarde 1 met het hippocampal weefsel, en de resterende voxels zullen waarden van 0 hebben. Om de regio van de Hippocampus te standaardiseren over ratten, kunnen de parametrische kaarten samen worden geregistreerd met een specifiek studie-sjabloon met vooraf gedefinieerde gebieden van interesse, afgebakend23 of een rat-hersen Atlas.
  8. Om de diffusie statistieken van de hippocampus van de rat uit te pakken, gebruikt u het gemaakte masker bestand van stap 4,6 en opent u de amide software.
    1. Open de parametrische kaarten en het masker beeld van de rat.
    2. Als u de ROI van het masker bestand wilt toevoegen aan amide, selecteert u de afbeelding van het masker bestand, klikt u op bewerken | ROI toevoegen | 3D-Isocontour en klik op de ROI weergegeven in de afbeelding van het masker. Geef de ROI een betekenisvolle naam en bevestig dat dit volume alleen voxels met een waarde van één mag bevatten.
    3. Voor het berekenen van de gemiddelde waarden van de diffusie metrische gegevens in de hippocampus, klikt u op extra | Bereken de ROI-statistieken en geef de afbeeldingen en ROI aan die moeten worden opgenomen. Na het klikken op uitvoeren, zal een ander scherm verschijnen met berekende waarden die kunnen worden gebruikt voor verdere statistische analyse. Dit bestand kan worden opgeslagen of gekopieerd naar een voorkeurs gegevensindeling (bijv. XLSX-of. CSV-bestand).

5. statistische analyse

Opmerking: in de volgende secties beschrijven we de verwerking van de diffusie beelden in SPSS Statistics 24; de statistische analyse kan echter in andere statistische gereedschapskisten worden uitgevoerd.

  1. Laad de gegevens in het brede formaat in een SPSS *. sav-bestand.
  2. Als u wilt testen op statistische verschillen tussen de twee groepen voor elk tijdpunt (d.w.z. Baseline of 1-daagse post-blessure), klikt u op analyseren | Niet-parametrische tests | Oudere dialoogvensters | 2 onafhankelijke monsters testen. Laad de variabelen die moeten worden getest en specificeer de groepen (d.w.z. TBI-en Sham-groepen). Geef de Mann-Whitney U als testtype aan.
  3. Om te testen op statistische verschillen tussen het 2 tijdpunt binnen elke groep moet het gegevensbestand worden gesplitst. Ga naar gegevens, gesplitst bestand en geef vergelijkings groepen aan. Klik vervolgens op analyseren, niet-parametrische tests, legacy dialogen, 2 gerelateerde monsters tests, laad de variabelen die moeten worden vergeleken en geef Wilcoxon als testtype.
    Opmerking: om voor meervoudige vergelijkingen te corrigeren, worden p-waarden voor elk diffusie model aangepast met behulp van Bonferroni-correctie [d.w.z. p-waarde gedeeld door het aantal parameters vergeleken (DTI 4, DKI 3 en WMTI 4)]. Meer in het bijzonder wordt p < 0,0125 als significant beschouwd voor de DTI-en WMTI-modellen, en p < 0,016 wordt als significant beschouwd voor het DKI-model.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In de studie, alle TBI ratten (n = 10) overleefde de impact en waren in staat om te herstellen van de impact en anesthesie binnen 15 minuten na loslating van de anesthesie23. Op de CT-beelden, er was geen bewijs van schedel fracturen en de T2 beelden vertonen geen afwijkingen zoals bloeden, vergrote ventrikels, of oedeem vorming op de contusie site 1 dag na trauma (Figuur 5). Op basis van deze visuele inspecties van de anatomische beelden werden dus geen grote focale ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Omdat mTBI vaak het resultaat is van een diffuse en subtiele verwonding die geen afwijkingen vertoont op CT-en conventionele MRI-scans, blijft de evaluatie van micro structurele schade na een mild trauma een uitdaging. Daarom zijn er meer geavanceerde beeldvormingstechnieken nodig om de volledige omvang van het trauma te visualiseren. De toepassing van diffusie magnetische resonantie beeldvorming in TBI-onderzoek heeft in de afgelopen tien jaar meer belangstelling gekregen, waarbij diffusie tensor beeldvorming het vaakst...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs willen graag Research Foundation-Flanders (FWO) bedanken voor het ondersteunen van dit werk (subsidie nummer: G027815N).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Inductie van trauma
0.9% NaCl fysiologische oplossingB Braun394496
koperen gewicht 450gop maat gemaaktop maat gemaaktdiameter 18mm en 210 mm hoogte
katheterTerumoVersatus-W26G
ethilon IIEthiconEH7824FS-3, 4-0, 3/8, 16mm
MatrassSchuim op maatType E
Plexiglas buisISPA Plastics416564M1 PMMA XT GOO buis 25x19 mm (binnendiameter 19 mm, minimale lengte van 1,50 m)
Preklinische CT-scannerMolecubesX-cube
Stalen helmop maat gemaaktop maat gemaaktdiameter 10 mm en 3 mm dikte
Vetbond weefselkleefstof3M1469SB
Vetergesic (buprenorfine)EcuPharVETERG200,05 mk/kg
Xylocaine 2% gelAstraZenecaXylocaine 2%gel
Xylocaine (lidocaïne 2%)Aspen/AstraZenecaXylocaine 2% gel100 μl injectie
Diffusie MRI
Preklinische MRI-acquisitiesoftwareBruker Biospin MRI GmbHZ400_PV51_CENTOS55ParaVision 5.1 MRI-software
Preklinische MRI-scannerBruker Biospin MRI GmbHPharmaScan 70/167T MRI-scanner
Quadratuur volume coilBruker Biospin MRI GmbHRF RES 300 1H 075/040 QSN TRModelnr: 1P T13161C3
Kleine dier fysiologische monitoring eenheidRapid BiomedicalEKGHR02-0571-043C01Eenheid voor respiratoire monitoring
Watergebaseerde verwarmingseenheidThermo Fisher ScientificHaake S 5PModelnr: 1523051
Anesthesie
Anesthesie verplaatsbare eenheidVeterinaire techniekenBDO - Medipass, IJmuiden
isofluraan: IsofloZoetisB506
ZuurstofgeneratorVeterinaire technieken7F-3BDO - Medipass, IJmuiden
Diffusie beeldverwerking
Amidehttp://amide.sourceforge.netVersie 1.0.5.Medical Imaging Data Examiner Toolbox (Loening AM, Gambhir SS, "AMIDE: A Free Software Tool for Multimodality Medical Image Analysis", Molecular Imaging, 2(3):131-137, 2003)
ExploreDTIhttp://www.exploredti.comVersie 4.8.6Toolbox voor (pre-)verwerking en analyse van diffusie gewogen MR-beelden (Leemans A, Jeurissen B, Sijbers J, en Jones DK. ExploreDTI: een grafische toolbox voor het verwerken, analyseren en visualiseren van diffusie MR-gegevens. In: 17th Annual Meeting of Intl Soc Mag Reson Med, p. 3537, Hawaii, USA, 2009)
MRtrix3http://www.mrtrix.orgVersie 3.0_RC3-86-g4b523b41Toolbox voor (pre-)verwerking en analyse van diffusie gewogen MR-beelden

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Carroll, L. J., et al. Systematic Review of the Prognosis After Mild Traumatic Brain Injury in Adults. Cognitive, Psychiatric, and Mortality Outcomes: Results of the International Collaboration on Mild Traumatic Brain Injury Prognosis. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 95 (3), S152-S173 (2014).
  2. Buck, P. W. Mild Traumatic Brain Injury: A Silent Epidemic in Our Practices. Health & Social Work. 36 (4), 299-302 (2011).
  3. Bodanapally, U. K., Sours, C., Zhuo, J., Shanmuganathan, K. Imaging of Traumatic Brain Injury. Radiologic Clinics of North America. 53 (4), 695-715 (2015).
  4. Basser, P. J., Mattiello, J., LeBihan, D. MR diffusion tensor spectroscopy and imaging. Biophysical Journal. 66 (1), 259-267 (1994).
  5. Hulkower, M. B., Poliak, D. B., Rosenbaum, S. B., Zimmerman, M. E., Lipton, M. L. A Decade of DTI in Traumatic Brain Injury: 10 Years and 100 Articles Later. American Journal of Neuroradiology. 34 (11), 2064-2074 (2013).
  6. Hutchinson, E. B., Schwerin, S. C., Avram, A. V., Juliano, S. L., Pierpaoli, C. Diffusion MRI and the detection of alterations following traumatic brain injury. Journal of Neuroscience Research. 96 (4), 612-625 (2018).
  7. Wallace, E. J., Mathias, J. L., Ward, L. Diffusion tensor imaging changes following mild, moderate and severe adult traumatic brain injury: a meta-analysis. Brain Imaging and Behavior. , 1-15 (2018).
  8. Rutgers, D. R., et al. White Matter Abnormalities in Mild Traumatic Brain Injury: A Diffusion Tensor Imaging Study. American Journal of Neuroradiology. 29 (3), 514-519 (2008).
  9. Bondi, C. O., et al. Found in translation: Understanding the biology and behavior of experimental traumatic brain injury. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 58, 123-146 (2015).
  10. Shultz, S. R., et al. The potential for animal models to provide insight into mild traumatic brain injury: Translational challenges and strategies. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 76, 396-414 (2017).
  11. Osier, N. D., Dixon, C. E. The Controlled Cortical Impact Model: Applications, Considerations for Researchers, and Future Directions. Frontiers in Neurology. 7 (AUG), (2016).
  12. Lyeth, B. G. Historical Review of the Fluid-Percussion TBI Model. Frontiers in Neurology. 7 (DEC), 1-7 (2016).
  13. Marmarou, A., Foda, M. A. A. -E., van den Brink, W., Campbell, J., Kita, H., Demetriadou, K. A new model of diffuse brain injury in rats. Journal of Neurosurgery. 80 (2), 291-300 (1994).
  14. Heim, L. R., et al. The Invisibility of Mild Traumatic Brain Injury: Impaired Cognitive Performance as a Silent Symptom. Journal of Neurotrauma. 34 (17), 2518-2528 (2017).
  15. Zohar, O., Rubovitch, V., Milman, A., Schreiber, S., Pick, C. G. Behavioral consequences of minimal traumatic brain injury in mice. Acta Neurobiol Exp (Wars. 71 (1), 36-45 (2011).
  16. Pierpaoli, C., Basser, P. J. Toward a quantitative assessment of diffusion anisotropy. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 36 (6), 893-906 (1996).
  17. Jensen, J. H., Helpern, J. A. MRI quantification of non-Gaussian water diffusion by kurtosis analysis. NMR in Biomedicine. 23 (7), 698-710 (2010).
  18. Fieremans, E., Jens, H., Jensen, J. A. H. White matter characterization with diffusional kurtosis imaging. NeuroImage. 58, 177-188 (2011).
  19. Leemans, A. Explore DTI. , (2019).
  20. Loening, A. M., Gambhir, S. S. AMIDE: A Free Software Tool for Multimodality Medical Image Analysis. Molecular Imaging. 2 (3), 131-137 (2003).
  21. Veraart, J., et al. Denoising of diffusion MRI using random matrix theory. NeuroImage. 142, 394-406 (2016).
  22. Veraart, J., Fieremans, E., Novikov, D. S. Diffusion MRI noise mapping using random matrix theory. Magnetic Resonance in Medicine. 76 (5), 1582-1593 (2016).
  23. Braeckman, K., et al. Dynamic changes in hippocampal diffusion and kurtosis metrics following experimental mTBI correlate with glial reactivity. NeuroImage: Clinical. 21 (August 2018), 101669(2019).
  24. Jones, D. K., Knösche, T. R., Turner, R. White matter integrity, fiber count, and other fallacies: The do's and don'ts of diffusion MRI. NeuroImage. 73, 239-254 (2013).
  25. Matlab code DKI and WMTI model. , Available from: https://github.com/NYU-DiffusionMRI/Diffusion-Kurtosis-Imaging (2019).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

HippocampusanalyseMRI protocolratmodeldiffusietensorbeeldvormingwitte stofbundelfractionele anisotropiegemiddelde diffusiviteitbeeldbewerking

Gerelateerde artikelen