Name: Diffusion Imaging in het Rat ruggenmerg (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 46 s
Description: Leer diffusie-gewogen MRI van het rattenruggenmerg met ademhalingsgating en artefactcorrectie. Deze niet-invasieve methode karakteriseert weefselmicrostructuur en is klinisch toepasbaar voor ruggenmergletseldiagnostiek.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Wij danken Kyle Stehlik, Natasha Wilkins, en Matt Runquist voor experimentele ondersteuning. Gefinancierd door het onderzoeks- en onderwijsbeleid Initiative Fund, een onderdeel van de oprukkende een gezondere Wisconsin dotatie aan het Medical College of Wisconsin, en het Craig H. Neilsen Foundation.

OPMERKING: Ethiek Verklaring: De institutionele zorg en het gebruik Comités (IACUC) van het Medical College of Wisconsin en de Clement J. Zablocki VA Medical Center keurden alle procedures. 1. Dierlijke Voorbereiding en Monitoring <ol><li> Verdoven van de rat in een inductie kamer, met behulp van 5% isofluraan in de medische lucht. Wanneer de oprichtreflex afwezig is en knijpen de achterpoot produceert geen terugtrekking reflex, verminderen anesthesie tot 2% en de overdracht van het dier naar de scanner bed in een head-first buikligging. Handhaaf 2% isofluraan via een neuskegel inrichting gedurende de procedure, en houdt medische lucht bij een stroomsnelheid van ongeveer 1 l / min. Breng een kleine hoeveelheid smerende zalf ogen van de rat om schade aan de cornea terwijl onder verdoving te vermijden. </li><li> Plaats een controle van de ademhaling riem stevig rond de romp van de rat. Sluit de riem een ​​respiratoire gating systeem. Voordat het bevorderen van de rat in de scanner boring, CHEC<html> k de controle van de ademhaling computer om ervoor te zorgen de respiratoire cyclus is duidelijk en consistent. Stel de band indien noodzakelijk omdat deze stap is noodzakelijk voor de beeldkwaliteit. </li><li> Controleren en de lichaamstemperatuur van het dier bij 37 ° C te houden door middel van een rectale sonde en heteluchtverwarming systeem. Handhaving van de ademfrequentie tussen 30-45 ademhalingen per minuut door het aanpassen van het niveau van de anesthesie tussen 1,2 en 2%. </li><li> Plaats de rat in het hoofd houder met een hapje bar en schroef-in-ear bars (figuur 1) en schuif de kop in een kwadratuur volume coil tot de cervicale wervelkolom is gepositioneerd in het midden van de spoel. OPMERKING: schouders De rat kan verdere progressie in de spoel te voorkomen. </li><li> Vooraf de rat en het ondersteunen van de houders in de scanner boring. Indien van toepassing, past u de tuning en bijpassende condensatoren van de spoel op de juiste frequentie en impedantie volgens de instructies van de leverancier spoel. </li></ol>e_title &quot;&gt; 2. MRI scannen Parameters LET OP: De hier beschreven procedures gebruikte een 9.4 T horizontale boring klein dier systeem, maar zijn van toepassing op andere veldsterktes van kleine dieren MRI-systemen. <ol><li> Geautomatiseerde procedures van het MRI-systeem voor de detectie van de resonantiefrequentie, iteratief verbeteren van de homogeniteit van het magnetisch veld (vulplaten), ijking van de radiofrequente vermogen, en aanpassing van de ontvangerversterking. </li><li> Met behulp van software-interface van het systeem, het verkrijgen van een standaard drie-vliegtuig scout scan naar de juiste positionering te garanderen. <ol><li> Klik op &quot;Nieuwe scan&quot;, selecteer TriPilot, en klik op de &quot;stoplicht&quot; om de beelden te verwerven. </li><li> Controleer het centrum van de cervicale wervelkolom is uitgelijnd met zowel het centrum van de magneet en het midden van de MRI spoel. Aan de wervelkolom te centreren binnen de magneet, duwen of trekken aan de wieg en reacquire de scout scan voor verificatie. </li><li> Om de positio passenn van de cervicale wervelkolom ten opzichte van de MRI-spoel, verwijdert u de houder van de magneet voor herpositionering. Indien nodig, herhaal dit proces totdat de positie is consistent. Als het dier wordt verplaatst, herhaal stap 2.1. </li></ol></li><li> Voeg een nieuwe echo-vlakke diffusie gewogen spin-echo sequentie (DtiEpi) om de huidige beeldvorming protocol. <ol><li> Configureren en het verwerven van diffusie-gewogen beelden met de DWI sequentie met de standaardinstellingen, met uitzondering van het volgende: </li><li> Open de slice positie grafische interface 12 segmenten schrijven met een dikte van 0,75 mm. Richt de plakken loodrecht op de hoofdas van de cervicale snoer. Consistente plak het tussen verschillende dieren of in verschillende beeldvormende sessies met de basis van het cerebellum als interne referentie. </li><li> Stel de verzadiging bands op &#39;aan&#39;. Positie 4 verzadiging banden met een dikte van 10 mm buiten het ruggenmerg op het signaal van deze weefsels minimaliseren enhun potentieel artefacten (figuur 3) induceren. Stel respiratoire gating (&#39;trigger-module&#39;) op &#39;aan&#39;. OPMERKING: De aangepaste respiratoire gating vereist kennis en ervaring in pulssequentie programmering. Als dit niet een oplossing is het aantal segmenten tot 3-5 en de TR 1 s beperken, opdat alle segmenten zijn verkregen in de ademhaling van het dier. Herhaal de volledige sequentie met andere deelverzameling van segmenten de volledige dekking van de cervicale koord verkrijgen. </li><li> Klik op het pictogram toolbox en vervolgens op &quot;methode Bewerken.&quot; Stel het aantal EPI segmenten tot 4. Verander de fasecoderingsrichting naar links-rechts. Andere standaard instellingen zou moeten zijn: echo afstand = 0,3234 ms, totale echo treinlengte per EPI segment = 32. OPMERKING: De fase codering op de links-rechts richting plaats anterieur-posterieur de verontreiniging van beweging te beperken van andere structuren. </li><li> Gebruik de volgende geometrical instellingen. Matrixgrootte = 128 x 128, en in het vlak field-of-view = 25,6 x 25,6 mm, resulterend in een in-vlak ruimtelijke resolutie = 0,200 x 0,200 mm. Zorgen plakdikte = 0,75 mm. Slice order = &#39;verweven&#39;, plak gap = 0 mm. </li><li> Gebruik de volgende diffusie weging instellingen: DW maatregel mode = &#39;DW contrast&#39;, diffusiegradiënt duur (δ) = 7 ms, diffusie gradiënt scheiding (Δ) = 12 ms, aantal b-waarden = 8, gewenste b-waarden = 0 , 250, 500, 750, 1000, 1500, 2500, 3500 mm / s 2, aantal diffusie richtingen = 2, diffusie coëfficiënt directions = [0 0 1] en [0 0 1] (gemaakt in de vlakken evenwijdig en loodrecht op het ruggenmerg as). OPMERKING: Met deze instellingen we B-waarden zo hoog als 3.500 s / mm2 bereikt. Hardware specificaties en andere systeemprestaties kenmerken kunnen de B-waarde te beperken, aangezien diffusiegradiënt duur (δ) en diffusie gradiëntscheiding (Δ) zijn afhankelijk van de gradient prestaties, die op ons systeem waren: (maximale helling sterkte: 440 mT / m, maximale slew rate: 3440 T / m / s). Voor metingen van kurtosis, 2b-waarden met de hogere B-waarde van ten minste 2000 s / mm2, aanbevolen. </li><li> Gebruik de volgende timing instellingen. echo tijd (TE) = 27 ms (ingesteld op minimum door het invoeren van 0), herhalingstijd (TR) = 1800 msec. </li></ol></li><li> Verwerven de bereide volgorde. Met de hierboven genoemde parameters, de totale acquisitietijd bedraagt ​​ongeveer 25 minuten. </li><li> Gedurende alle scans, bewaken de respiratoire gating software en stel de vertragingsperiode tussen de &quot;trigger&quot; (softwaredetectie van expiratie) en het signaal naar het MRI-systeem, zodat acquisities alleen voorkomen in de rusttoestand (onbeweeglijk) deel van de ademhalingscyclus (Fig 2a, stabiele deel van de grijze lijn). Een tijdvertraging tussen 100-400 msec nodig afhankelijk ademhaling patroon van het dier. Dit zal helpen om arti verminderenfeiten die zich voordoen met respiratoire beweging (figuur 3e). </li><li> Indien beschikbaar, herhaal de volgorde met de aangepaste &quot;reverse echo &#39;op&#39; aan &#39;, die een extra 25 minuten van de overname tijd vergt. OPMERKING: Als de aangepaste &#39;reverse-blip&#39; sequence 9 (vereist voor de vatbaarheid artefact correctie tijdens Stap 3) niet beschikbaar is, slechts een enkele EPI fasecoderingsrichting mogelijk is, terwijl het omgekeerde blip sequence wijziging maakt het mogelijk de keuze van fasecoderingsrichting (rechts tot-links of links naar rechts). </li><li> Wanneer beeldvorming is voltooid, verwijdert u het dier uit de houder en terug te sturen naar zijn kooi. Heeft een dier niet onbeheerd achter, totdat het voldoende weer bij bewustzijn is om borstligging behouden. </li></ol> 3. Beeldverwerking <ol><li> Gegevens uit het systeem in DICOM-formaat exporteren rechtstreeks uit het systeem (bij voorkeur) of om te zetten van de gegevens naar Nifti formaat met behulp van aangepaste of third-party software. </li><li> Voeren gevoeligheid artefact correctie. <ol><li> Pak het b = 0 volumes van elke scan in een enkel bestand, met behulp van hulpprogramma&#39;s voorzien van FSL of andere MRI-softwarepakketten. Een bestand voor elke fasecoderende richting vereist. Opmerking: Als bijvoorbeeld elke scan bestond uit 8 scans van verschillende B-waarden diffusie weging in de dwarsrichting, gevolgd door 8 scans diffusie weging in de langsrichting, het beeldbestand bevat b = 0 scan in de 1e en 9 e volumes en kan worden geëxtraheerd en samengevoegd met de volgende shell code: fslroi $ {boven} _dwi_masked.nii.gz temp1 0 1 fslroi $ {boven} _dwi_masked.nii.gz temp2 8 1 fslroi $ {naar beneden} _dwi_masked.nii.gz temp3 0 1 fslroi $ {naar beneden} _dwi_masked.nii.gz temp4 8 1 fslmerge -t blip_both temp1 temp2 temp3 temp4 (Die in dit geval $ en $ neer de scans normale en omgekeerde fase coderen richtingen, respectievelijk). </li&gt; <li> Gebruik de &#39;topup&#39; commando in FSL 10,11 tot een gecorrigeerde bestand met beperkte beeldvervorming artefacten te creëren. Breng deze correctie op de onbewerkte DWI beelden worden gebruikt voor het maken van kaarten parameter. OPMERKING: Instructies voor het gebruik van het commando is te vinden op <a href="http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide">http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide</a> . Voorbeeld code om het commando gebruikt in dit geval is als volgt: topup --imain = blip_both_nlmf_b0images_masked.nii --datain = .. / topup_data.txt --config =. / b02b0_ratspine.cnf --out = topup_splines_nlmf --iout = $ uit --verbose --logout = topuplog.log dwiup = `ls $ {boven} * dwi_nlmFilt.nii` dwidown = `ls $ {naar beneden} * dwi_nlmFilt.nii` applytopup --imain = $ {dwiup}, $ {dwidown} --datain = .. / topup_data.txt --method = jac --inindex = 1, $ ind --topup = topup_splines_nlmf --out = DWI _ $ {out } -v Kopieer en het standaard bestand in $ {FSLDIR} /etc/flirtsch/b02b0.cnf bewerken voor de spin ratal koord doordat elk van de waarden in de --warpres en --fwhm lijnen met een factor 10. </li></ol></li><li> Als beelden met diffusie gewogen worden verworven langs ten minste 6 niet orthogonale richtingen (met behulp van een DTI regeling Paravision of een gelijkaardig ontwerp op maat), gebruik van software pakketten zoals FSL&#39;s Diffusion Toolbox 12 of Camino 13 tot standaard DTI parameter kaarten te berekenen. Zo niet, een aangepaste procedure tot nuttige gegevens, die diffusie coëfficiënt werken uitsluitend langs 2 richtingen, bijvoorbeeld zoals aangegeven in stap 3.4 verder. </li><li> Laad het gecorrigeerde DWI bestand afgegeven door OPWAARDEREN in fslview en selecteer &quot;Bestand -&gt; Maak Mask&quot; in het menu. Gebruik het potlood tools om een ​​regio van belang binnen één weefseltype te trekken (bijvoorbeeld GM, rug- WM, of ventrolaterale WM). Sla dit bestand op en herhaal voor alle andere gewenste ROI&#39;s om later te gebruiken. OPMERKING: Andere procedures voor het segmenteren van de ROI van het ruggenmerg zijn gedocumenteerd 14,15 </sup&gt; en kan de voorkeur voor gevorderde gebruikers. </li><li> Gebruik de ROI-bestand naar de DWI-bestand te maskeren en bereken dan het gemiddelde signaal binnen de ROI voor elk beeld volume met het volgende commando: fslstats -t DWI_corrected.nii.gz -k GM_mask.nii.gz -M </li><li> Kopieer de eerste 8 resultaten in numerieke computer programma zoals MATLAB, als een vector voor transversale signaal (bijvoorbeeld noemen sig_T), en de tweede 8 resultaten als vector voor longitudinale signaal (sig_L), waarbij 8 het aantal b- waarden gebruikt. <ol><li> Kopieer de B-waarden in een numerieke computing-programma als een vector van 8 b-waarden. De B-waarden voor de transversale en longitudinale richtingen waren identiek. Indien mogelijk, de effectieve B-waarde, in plaats van de nominale b-waarde, moet worden verkregen van de scanner, die is opgenomen in de parameter venster uit stap 2.3.5 als &quot;Effectieve B-waarde&quot;. </li><li> Gebruik de numerieke computing-programma&#39;s curve fitting gereedschapskist om het signaal te passen vs. data b-waarde aan The gewenste model door te typen cftools bij de opdrachtprompt. Om dit te doen, klikt u op &quot;Data ...&quot; en selecteer het signaal vectoren als y-gegevens en de b-waarden als x-data. Klik op &quot;Fitting ...&quot; en onder &quot;Type fit&quot; kies &quot;Custom Equation,&quot; en klik op &quot;Nieuw&quot; en &quot;algemene vergelijkingen&quot; om een ​​vergelijking op te voeren voor de montage. </li></ol></li><li> Te passen aan de norm diffusiemodel, voert de vergelijking: S0. * Exp (-x. * D) &quot;(1) </li><li> Aan te passen aan een model dat diffusie en een tweede orde term (kurtosis; K) omvat om de afwijking van Gauss-diffusie 16 te meten, voert de vergelijking: S0. * Exp (-x. * D + (1/6). * (X. * D). ^ 2 * K) &quot;(2) </li><li> Klik op &quot;OK&quot; en &quot;Apply&quot;. Let op de geschatte waarden voor diffusiviteit (D) en kurtosis (K) op de uitgaande venster. In de &quot;Data Set:&quot; selector selecteert u de sig_T (of sig_L) gegevens voor gebruik met vergelijking (1)of (2) in en klik op &quot;Apply&quot;. </li><li> Bereken de anisotropie-index (AI) met de transversale en longitudinale diffusiviteiten: AI = (D L D T) / (D + L D T) (3) Dit is analoog aan de fractionele anisotropie (FA) berekend uit de DTI model. Een anisotropie index voor kurtosis kan ook worden berekend met behulp van de lengte- en breedterichting kurtosis in plaats van diffusie. OPMERKING Deze methode geeft waarden van modelparameters, zoals K T, D T, etc. Het is ook mogelijk de commandoregel werking van de curve fitting toolbox voor elke voxel binnen de wervelkolom om een kaart van elke parameter te maken van het model . Alternatieve montage methoden worden gebruikt en worden elders gedetailleerd. 17 </li></ol>

<ol><li>Jirjis, M. B., Kurpad, S. N., Schmit, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ex+Vivo+Diffusion+Tensor+Imaging+of+Spinal+Cord+Injury+in+Rats+of+Varying+Degrees+of+Severity%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Ex Vivo Diffusion Tensor Imaging of Spinal Cord Injury in Rats of Varying Degrees of Severity.</a> J Neurotrauma. 30 (18), 1577-1586 (2013).</li>
<li>Basser, P. J., Mattiello, J., Lebihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+the+Effective+Self-Diffusion+Tensor+from+the+NMR+Spin+Echo%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson%22%5BJournal%5D)">Estimation of the Effective Self-Diffusion Tensor from the NMR Spin Echo.</a> J Magn Reson. 103 (3), 247-254 (1994).</li>
<li>Basser, P. J., Mattiello, J., LeBihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MR+diffusion+tensor+spectroscopy+and+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">MR diffusion tensor spectroscopy and imaging.</a> Biophys J. 66 (1), 259-267 (1994).</li>
<li>Song, S. -K., Sun, S. -W., Ju, W. -K., Lin, S. -J., Cross, A. H., Neufeld, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+tensor+imaging+detects+and+differentiates+axon+and+myelin+degeneration+in+mouse+optic+nerve+after+retinal+ischemia%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Diffusion tensor imaging detects and differentiates axon and myelin degeneration in mouse optic nerve after retinal ischemia.</a> NeuroImage. 20 (3), 1714-1722 (2003).</li>
<li>Beckmann, N., Bruttel, K., Urban, L., Rudin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Signal+changes+in+the+spinal+cord+of+the+rat+after+injection+of+formalin+into+the+hindpaw%3A+characterization+using+functional+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Signal changes in the spinal cord of the rat after injection of formalin into the hindpaw: characterization using functional magnetic resonance imaging.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 94 (10), 5034-5039 (1997).</li>
<li>Le Bihan, D., Poupon, C., Amadon, A., Lethimonnier, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artifacts+and+pitfalls+in+diffusion+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22J+Magn+Reson+Imaging%22%5BJournal%5D)">Artifacts and pitfalls in diffusion MRI.</a> J Magn Reson Imaging. 24 (3), 478-488 (2006).</li>
<li>Ford, J. C., Hackney, D. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI+characterization+of+diffusion+coefficients+in+a+rat+spinal+cord+injury+model%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">MRI characterization of diffusion coefficients in a rat spinal cord injury model.</a> Magn Reson Med. 31 (5), 488-494 (1994).</li>
<li>Clark, C. A., Barker, G. J., Tofts, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+diffusion+imaging+of+the+human+cervical+spinal+cord+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance diffusion imaging of the human cervical spinal cord in vivo.</a> Magn Reson Med. 41 (6), 1269-1273 (1999).</li>
<li>Mohammadi, S., Nagy, Z., Hutton, C., Josephs, O., Weiskopf, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correction+of+vibration+artifacts+in+DTI+using+phase-encoding+reversal+%28COVIPER%29%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Correction of vibration artifacts in DTI using phase-encoding reversal (COVIPER).</a> Magn Reson Med. 68 (3), 882-889 (2012).</li>
<li>Andersson, J. L. R., Skare, S., Ashburner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+to+correct+susceptibility+distortions+in+spin-echo+echo-planar+images%3A+application+to+diffusion+tensor+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">How to correct susceptibility distortions in spin-echo echo-planar images: application to diffusion tensor imaging.</a> NeuroImage. 20 (2), 870-888 (2003).</li>
<li>Smith, S. M., Jenkinson, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+functional+and+structural+MR+image+analysis+and+implementation+as+FSL%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL.</a> NeuroImage. 23, S208-S219 (2004).</li>
<li>Behrens, T. E. J., Woolrich, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+and+propagation+of+uncertainty+in+diffusion-weighted+MR+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Characterization and propagation of uncertainty in diffusion-weighted MR imaging.</a> Magn Reson Med. 50 (5), 1077-1088 (2003).</li>
<li>Cook, P. A., Bai, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Camino%3A+Open-Source+Diffusion-MRI+Reconstruction+and+Processing%5BTitle%5D)+AND+%2214th+Scientific+Meeting+of+the+International+Society+for+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Camino: Open-Source Diffusion-MRI Reconstruction and Processing.</a> 14th Scientific Meeting of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. , 2759(2006).</li>
<li>Kim, J. H., Tu, T. -W., Bayly, P. V., Song, S. -K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+Speed+Does+Not+Determine+Severity+of+Spinal+Cord+Injury+in+Mice+with+Fixed+Impact+Displacement%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Impact Speed Does Not Determine Severity of Spinal Cord Injury in Mice with Fixed Impact Displacement.</a> J Neurotrauma. 26 (8), 1395-1404 (2009).</li>
<li>Tu, T. -W., Kim, J. H., Yin, F. Q., Jakeman, L. B., Song, S. -K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impact+of+myelination+on+axon+sparing+and+locomotor+function+recovery+in+spinal+cord+injury+assessed+using+diffusion+tensor+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">The impact of myelination on axon sparing and locomotor function recovery in spinal cord injury assessed using diffusion tensor imaging.</a> NMR Biomed. 26 (11), 1484-1495 (2013).</li>
<li>Jensen, J. H., Helpern, J. A., Ramani, A., Lu, H., Kaczynski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusional+kurtosis+imaging%3A+The+quantification+of+non-gaussian+water+diffusion+by+means+of+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Diffusional kurtosis imaging: The quantification of non-gaussian water diffusion by means of magnetic resonance imaging.</a> Magn Reson Med. 53 (6), 1432-1440 (2005).</li>
<li>Veraart, J., Sijbers, J., Sunaert, S., Leemans, A., Jeurissen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Weighted+linear+least+squares+estimation+of+diffusion+MRI+parameters%3A+Strengths%2C+limitations%2C+and+pitfalls%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Weighted linear least squares estimation of diffusion MRI parameters: Strengths, limitations, and pitfalls.</a> NeuroImage. 81, 335-346 (2013).</li>
<li>Budgell, B. S., Bolton, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebrospinal+Fluid+Pressure+in+the+Anesthetized+Rat%5BTitle%5D)+AND+%22J+Manipulative+Physiol+Ther%22%5BJournal%5D)">Cerebrospinal Fluid Pressure in the Anesthetized Rat.</a> J Manipulative Physiol Ther. 30 (5), 351-356 (2007).</li>
<li>Tu, T. -W., Kim, J. H., Wang, J., Song, S. -K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Full+Tensor+Diffusion+Imaging+Is+Not+Required+To+Assess+the+White-Matter+Integrity+in+Mouse+Contusion+Spinal+Cord+Injury%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Full Tensor Diffusion Imaging Is Not Required To Assess the White-Matter Integrity in Mouse Contusion Spinal Cord Injury.</a> J Neurotrauma. 27 (1), 253-262 (2010).</li>
<li>Kim, J. H., Song, S. -K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+tensor+imaging+of+the+mouse+brainstem+and+cervical+spinal+cord%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Diffusion tensor imaging of the mouse brainstem and cervical spinal cord.</a> Nat Protoc. 8 (2), 409-417 (2013).</li>
</ol>

Publicatie vergoedingen voor dit artikel werd gedeeltelijk gesponsord door Bruker Corporation.

De hier geschetste technieken kunnen hoge kwaliteit diffusie gewogen beelden van ruggenmerg van de rat te bieden in vivo. Beeldkwaliteit is afhankelijk van vele factoren, maar het ruggenmerg heeft een aantal unieke problemen die van belang zijn. Beweging is een belangrijk probleem is dat als niet gecorrigeerd, zal resulteren in een onbruikbare beelden. Zo, het vereist een zorgvuldige monitoring tijdens de MRI-sessie. Als het beeld van artefacten worden waargenomen op de eerste scan die consistent zijn met beweging zijn, stoppen met de overname en stappen ondernemen om de artefacten te elimineren, omdat deze moeilijk te verwijderen in post-processing. Zorg ervoor dat de luchtwegen computer ontvangt een sterke, regelmatige signaal van de luchtwegen controle-eenheid. De ademhaling riem moet worden gecorrigeerd voor de juiste spanning die consistent signaal verschaft maar niet ademhaling van het dier te beperken. Handhaving van het juiste niveau van de anesthesie te allen tijde; 1,5-2,0% isofluorane is gebruikt in onze experience. Ook vermindering van de totale beweging van het dier en de wervelkolom is een ander belangrijk aspect artefactvrij beelden te leveren. In tegenstelling tot de menselijke ruggenmerg, die aanzienlijke beweging veroorzaakt door CSF pulsering die verband houden met de hartcyclus ervaart, CSF pulsaties in het knaagdier is voornamelijk verbonden met de luchtwegen cyclus 18. Hoewel het moeilijk is om alle beweging in het koord volledig te elimineren, is het bijzonder belangrijk om de beweging zoveel mogelijk, dat vaak wordt bereikt door trial and error verminderen. Bovendien kunnen ratten met verschillende neurologische aandoeningen of letsels abnormale ademfrequentie of andere fysiologische complicaties die aanpassing van de hierin beschreven procedures kunnen eisen. De wijzigingen van de pulssequentie voor respiratoire gating, samen met beeldreconstructie afgestemde procedures daartoe de effecten van vervorming door inhomogene magnetische velden die niet afneem kan minimaliserened door aanpassingen uitgevoerd op het MRI systeem. Evenzo beeldkwaliteit afhankelijk van de duur van beeldvormingstijd. In ons voorbeeld, waardoor het aantal diffusie coëfficiënt langs twee richtingen kon een verlaging van de totale beeldvormingstijd. Een beperking van deze benadering is dat het niet langer geschikt vol tensoranalyse (DTI), die de norm voor veel andere studies. Als alternatief, het gebruik van minder gemiddelden en meer diffusie richtingen of b-waarden kunnen zorgen voor een betere karakterisering met behoud van dezelfde acquisitie tijd. Eerdere studies hebben aangetoond dat de 2-richting benadering geeft informatie in overeenstemming met de 6-richting (DTI) benadering 19, maar zorg moet worden genomen om de plakjes (en diffusie richtingen) ervoor worden nauwkeurig langs en ​​loodrecht op het koord georiënteerd. Echter, het verwerven van meerdere b-waarden zorgt voor een betere karakterisering en wiskundige montage van kurtosis en is aan te bevelen boven het gebruik van een enkele B-Waae. Bovendien werd de volledige sequentie herhaald met een omgekeerde fase coderen richting die de effecten van het magnetische veld susceptibiliteit artefacten verminderd en verbetert de algehele beeldkwaliteit door middeling. Ten slotte is de beeldresolutie gebruikt in ons protocol geeft duidelijke scheiding tussen de witte en grijze stof. Beelden met een hogere resolutie mogelijk, maar dit gaat vaak ten koste van langere cyclustijden of het potentieel voor meer artefacten. Verbeteringen in radiofrequentie spoelen, pulssequenties, en post-processing methodes zullen allemaal het effect van het verbeteren beeldvorming van het ruggenmerg in de toekomstige aanpassingen van deze methode. Bijvoorbeeld kan oppervlaktespoelen gunstig voor een betere beeldkwaliteit vergelijkbaar met die waargenomen bij muizen. 20 Deze maatregelen hebben een hoge waarschijnlijkheid dat bruikbaar als biomerkers voor de klinische diagnose en behandeling van ruggenmergletsels.

Magnetic resonance imaging (MRI) is een niet-invasieve tool die een raam geeft in de hersenen en het ruggenmerg, zowel in gezondheid en ziekte. MRI heeft een revolutie teweeggebracht in de klinische diagnose, maar het is ook een waardevol instrument voor laboratoriumonderzoek. Diermodellen van neurologische beschadiging of ziekte een platform aan de pathofysiologie begrijpen en te versnellen ontdekking van therapieën. In dit rapport, tonen we de toepassing van MRI om een rat-model van dwarslaesie om potentiële biomarkers van de microstructuur letsel 1 door middel van diffusie tensor imaging (DTI) onderzoeken. De mogelijke ontdekking van de beeldvorming van biomarkers zullen helpen bij de diagnose en behandeling van patiënten met een dwarslaesie. Deze markers waarschijnlijk een rol spelen bij de ontdekking van therapieën in preklinische modellen en inschakelen observatie of prognose van de vertaling naar de klinische setting. DTI is een gespecialiseerde vorm van MRI die microscopische beweging van meetwatermoleculen (dwz diffusie). DTI is bijzonder voordelig in het zenuwstelsel als gevolg van de aanwezigheid van axonen waar de diffusie onevenredig sneller langs de axonen dan haaks daarop staande, inclusief informatie over de oriëntatie en microstructurele samenstelling verschaft. Scalaire indices afgeleid van DTI, zoals een maat voor de totale diffusie in het weefsel, gemiddelde diffusie (MD) en meting van de oriëntatie afhankelijkheid van diffusie zijn fractionele anisotropie (FA) 2,3 uitgebreide toepassingen gezien in het karakteriseren van de microstructuur van het zenuwstelsel zowel gezondheid en ziekte 4. Deze statistieken zijn microscopisch weefsel functies die onzichtbaar door de meeste andere MRI-methoden zijn geopenbaard. Eerdere pogingen aangetoond dat DTI afstandsbediening microstructurele veranderingen binnen de cervicale koord volgende thoracale SCI bij ratten 1 detecteert. De DTI veranderingen op afstand van de laesie waarschijnlijk weer hoe het hele ruggenmerg resvijvers van letsel, en zijn potentieel een marker van secundaire verwondingen. Beeldvorming ruggenmerg van de rat in vivo presenteert een aantal unieke uitdagingen. Het meest opvallend is, is het ruggenmerg aangetast door beweging van de luchtwegen en vereist een zorgvuldige aandacht voor beweging met behulp van verschillende methoden te minimaliseren. In eerdere studies, immobilisatie apparaten verwijderd beweging van de wervelkolom tijdens het scannen 5. Voor de beeldvorming van de cervicale koord, maken we gebruik van fysieke fixatie in de vorm van een hoofd houder en oor bars, die verzwakt, maar heeft geen beweging veroorzaakt door de ademhaling te elimineren. Verder maken we gebruik van een aangepaste respiratoire gating regeling beeldopname synchroniseren met de respiratoire cyclus op een efficiënte manier. Deze wijzigingen mogelijk verwijderen van de artefacten anders veroorzaakt door de grootschalige bulk beweging veroorzaakt door ademhaling 6. DWI is zeer gevoelig voor microscopische beweging, met inbegrip van de liquorcirculatie en bloed pulsatie, en deze kleinere bronnen van beweging contamination worden ook verminderd door de respiratoire gating regeling. Bovendien, het ruggenmerg een kleine dwarsdoorsnede en slechts een fractie van het gezichtsveld. Voor cervicale wervelkolom beeldvorming, waarbij het ruggenmerg ligt diep binnen het lichaam van het dier, wordt een cilindrische radiofrequente spoel voldoende signaaldiepte moest beeld cervicale ruggenmerg met hoge resolutie. Een vermindering van het gezichtsveld wordt verkregen door buitenvolume onderdrukking (OVS), dat ook dient te annuleren of bederven, het signaal van weefsel buiten het ruggenmerg. Deze methode, genaamd spoiler gradiënten of buitenste volume onderdrukking, dient ook om verontreiniging van de resterende dier beweging, liquorcirculatie, of bloed pulsaties binnen deze weefsels te verminderen. De opstelling van het ruggenmerg kan ook worden benut beeldprotocol vereenvoudigen. Het ruggenmerg neuronen in de witte stof (WM) zijn bijna allemaal evenwijdig aan de hoofdas van het ruggenmerg. Thons, terwijl DWI van de hersenen vereist meting langs ten minste 6 richtingen te zorgen voor de resultaten niet afhankelijk van de positie binnen de magneet (een proces genaamd diffusie tensor imaging) metingen in het ruggenmerg slechts verkregen kan worden langs 2 richtingen parallel en loodrecht op het koord 7,8, hierna longitudinale en transversale resp. Dus de diffusie en andere parameters worden gemeten langs de 2 richtingen afzonderlijk en laat gevolgtrekkingen in de microstructuur van het weefsel in zowel gezondheid en ziekte of letsel.

<table><tbody><tr><td>Kleindier beeldvorming RF-spoel</td><td>Doty</td><td>SAIP400-H-38-S</td><td></td></tr><tr><td>Respiratoire gating systeem</td><td>SA Instruments</td><td>1030</td><td></td></tr><tr><td>MR-scanner</td><td>Bruker</td><td>Biospec 94/30 USR</td><td></td></tr></tbody></table>

diffusion imaging in het rat ruggenmerg

Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

Magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is de modernste methode om de status van het ruggenmerg niet-invasief te beoordelen en kan worden gebruikt als diagnostisch en prognostisch hulpmiddel in geval van ziekte of letsel. Diffusie gewogen beeldvorming (DWI) is gevoelig voor de thermische beweging van watermoleculen en maakt inferenties mogelijk over de microstructuur van het weefsel. Dit rapport beschrijft een protocol om DWI van het cervicale ruggenmerg van de rat te verwerven en te analyseren op een klein diersysteem. Het toont een beeldvormingsopstelling voor het levende, verdoofde dier en beveelt een DWI-acquisitieprotocol aan voor hoogwaardige beeldvorming, dat stabilisatie van het koord en controle van de ademhalingsbeweging omvat. Metingen met diffusiewegging langs verschillende richtingen en magnitudes (b-waarden) worden gebruikt. Ten slotte worden verschillende wiskundige modellen van het resulterende signaal gebruikt om kaarten van de diffusieprocessen binnen het ruggenmerkweefsel af te leiden die inzicht geven in het normale koord en kunnen worden gebruikt om letsel- of ziekteprocessen niet-invasief te monitoren.

Juiste procedures te minimaliseren bewegingsartefacten resulteren in hoge kwaliteit diffusie gewogen beelden van de rat cervicale ruggenmerg. Met aangepaste respiratoire gating (figuur 2), verzadigende ongewenst signaal van weefsel buiten de wervelkolom (Figuren 3B en C) en magnetisch veld susceptibiliteit distortiecorrectie produceert diffusie-gewogen beelden zoals in figuren 4 en 5. Onjuiste of niet-gated afbeeldingen zal leiden tot artefacten in de vorm van ghosting (figuur 3E), terwijl juist gating is vrij van artefacten. Visuele inspectie van de diffusie-gewogen beelden op het 12 sneetjes toont kenmerken van het ruggenmerg die betrekking heeft op de microstructuur. Specifiek, de snellere verspreiding in het weefsel resulteert in een grotere signaalverlies op de diffusie gewogen beelden, die wordt verergerd met een grotere verspreiding weging (b-waarde). Met diffusie weging uitgevoerd perpendicular het ruggenmerg as, witte stof langs de omtrek van de kabel steekt licht, omdat de diffusie traag en beperkt loodrecht op de axonen. Daarentegen lijkt de grijze stof in het centrale gebied van het koord donkerder, aangezien het bestaat uit axonen en cellichamen die niet alle zijn uitgelijnd langs een enkele richting. Ter vergelijking, diffusie weging in de parallelle richting resulteert in witte stof met een donkerder uiterlijk, omdat diffusie is snel langs de axonen, terwijl grijze stof is relatief lichter. Het is belangrijk op te merken dat de afzonderlijke diffusie-gewogen beelden getoond voor verschillende B-waarden, aangezien de parallelle en loodrechte richtingen de beste contrast tussen de witte en grijze stof bij verschillende B-waarden. Het combineren van al het diffusie-gewogen beelden met behulp van wiskundige formalismen maakt kaarten van de diffusie parameters worden getoond. De gemiddelde signalen van de witte en grijze materie uitgezet tegen de diffusion wegingsfactor (b-waarde) voor de parallelle en loodrechte richtingen. Deze kwantitatieve gegevens versterkt de diffusie-gewogen beelden weergegeven in figuur 4. Specifiek, witte stof heeft een sterke afhankelijkheid van de richting van de diffusie weging (lengte of de breedte), terwijl grijze stof is minder afhankelijk van de richting. Ook montage van het signaal bij elke voxel met behulp van de vergelijking voor diffusie kurtosis opbrengsten kwantitatieve kaarten van diffusie parameters (figuur 6B), die deze zelfde afhankelijkheid te markeren. Witte stof heeft een hoge mate van anisotropie zowel de diffusie (AID) en kurtosis metingen (AIK). Aldus transversale diffusie en kurtosis onthullen de onderliggende microstructuur van het ruggenmerg bekend uit histologische studies. Deze diffusie parameters, die worden verworven in levende, maar verdoofde dieren, reflecteren microscopische weefsel eigenschappen zoals axon dichtheid en diameter. Veranderingen in dese maatregelen veroorzaakt door verwonding en ziekte zal nuttig zijn voor niet-invasieve evaluatie van de gevolgen van verwondingen en de effecten van veelbelovende therapieën. Diffusie gewogen beeldvorming van de rat cervicale ruggenmerg kan daarom uitgegroeid tot een instrument voor preklinische studies van dwarslaesie en ziekten van het ruggenmerg. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig1highres.jpg" /> Figuur 1:. Ontwerp van de spoel en houder voor cervicale ruggenmerg MRI Een aangepaste kwadratuur volume coil (Doty Scientific Inc) werd gebruikt voor het imago van de cervicale wervelkolom met een hoge gevoeligheid en uniformiteit. Anesthesie en medische lucht tegen de aangegeven gaspoorten gegeven in de neus, die comfortabel past om de neus van de rat. Uitgeademde en overtollige gas wordt opgevangen door de uitlaat lijn onder licht vacuüm. Het hoofd van de rat is beveiligd met de beet bar geplaatst rond de snijtanden en het oor bars geplaatst Deliclijk in de gehoorgang. Andere fysiologische controle componenten, waaronder respiratoire monitor en temperatuurvoeler niet getoond. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig2highres.jpg" /> Figuur 2: Respiratory gating regeling. Een typische respiratoire trace (grijs) en trekker (rood) van de gating apparaat schematisch weergegeven (A). In de typische uitvoering van gating (B), wordt een trekker gebruikt om alle segmenten verkrijgen (verticale lijnen, hier 12 getoond) soms gelijkmatig verdeeld binnen de herhalingstijd (TR). Als de TR overschrijdt typische periode kunnen verschillende segmenten optreden tijdens adem en vatbaar voor beweging (rood). In de gewijzigde regeling (C), zijn een subset van plakjes snel verworven na de trigger (6 hier afgebeeld), gevolgd door een vertraging, met de andere plakjes verworven na de daaropvolgende trekker. EffectiefDe TR identiek tussen beide regelingen door het herschikken van de vertragingen binnen de sequentie. <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig3highres.jpg" /> Figuur 3:. MRI plak positionering, verzadiging banden en motion control Twaalf axiale plakjes werden aangebracht op de scout afbeelding (A) met de voorste segment gepositioneerd op een constante afstand van het snijpunt van de hersenstam en cerebellum. Verzadiging banden (B) werden toegevoegd aan ongewenst signaal buiten het gebied van belang te elimineren. Een beeld zonder diffusie weging (C) en één met diffusie weging (D) met de aangepaste gating regeling in dienst duidelijk de anatomie van het snoer en is vrij van artefacten. Met de niet-geoptimaliseerde venstertijd regeling of oneigenlijk respiratoire gating, diffusie gewogen beelden tonen artefacten (E) als een verlies<html> van het signaal binnen het snoer of meerdere &quot;spoken&quot; buiten het snoer dat zal corrupte verdere analyse. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a> <img alt="Figuur 4" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig4highres.jpg" /> Figuur 4:. Representatieve diffusie gewogen beelden gebruiken in de tekst beschreven optimalisaties, diffusie gewogen beelden van hoge kwaliteit werden verkregen met diffusie weging toegepast dwarsrichting (A) en longitudinaal (B) naar het ruggenmerg hoofdas. Verschillende b-waarden worden weergegeven voor elke richting die de beste contrast tussen de witte en grijze stof voor illustratieve doeleinden te bieden. Voor elke richting of b-waarde, werden alle 12 plakjes verworven in ongeveer 90 sec.<html> belasting / 52390 / 52390fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze afbeelding te bekijken. <img alt="Figuur 5" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig5highres.jpg" /> Figuur 5:. Omgekeerde fase-encode -correctiemechanisme De linker kolom geeft een enkel schijfje afgebeeld met de DWI volgorde zoals beschreven in deze (&quot;blip up&quot; image) protocol. De middelste kolom geeft de volgorde verwierf een tweede keer met de &quot;reverse echo &#39;op&#39; aan &#39;. Merk op hoe de functies die uitgerekt lijken op het eerste beeld gecomprimeerd weergegeven in de middelste kolom. De rechter kolom geeft de diffusie-gewogen beelden gecorrigeerd met behulp van OPWAARDEREN. De bovenste rij is de niet-diffusie gewogen beeld, de middelste rij is een voorbeeld diffusie weging toegepast in de dwarsrichting, en de onderste rij is een voorbeeld diffusie weging toegepast in de langsrichting.//www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze afbeelding te bekijken. <img alt="Figuur 6" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig6highres.jpg" /> Figuur 6:. Berekende kaarten van diffusie en kurtosis De genormaliseerde signaal (beeldintensiteit) uitgezet (A) als functie van diffusie coëfficiënt (B-waarde) voor de dwarse (T) en longitudinaal (L) diffusie codeerrichting. Hoogwaardige maps (B) van diffusiteit (D), kurtosis (K) en anisotropie (AI) wordt berekend uit het signaal bij elke voxel en tonen unieke kenmerken van het ruggenmerg weefsel. Concreet is er duidelijk verschil in parameters tussen de witte en grijze stof, evenals de regionale verschillen in de witte stof regio. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier om vi</a>ew een grotere versie van deze figuur.

Het doel van dit protocol is om hoogwaardige diffusie gewogen magnetische resonantie beeldvorming (DWI) van het ruggenmerg van de rat te verkrijgen voor niet-invasieve karakterisering van weefselmicrostructuur. Dit protocol beschrijft optimalisaties van de MRI-sequentie, radiofrequentie spoel en analysemethoden om DWI-beelden vrij van artefacten mogelijk te maken.

Diffusion Imaging in het Rat ruggenmerg

Magnetic resonance imaging (MRI) is the state of the art approach for assessing the status of the spinal cord noninvasively, and can be used as a ...

Het algemene doel van deze procedure is om hoogwaardige diffusie-gewogen MRI-beelden van het ruggenmerg van de rat te verkrijgen voor een niet-invasieve karakterisering van de weefselmicrostructuur. Dit wordt bereikt door eerst een rat in de MR-scanner voor te bereiden met een juiste immobilisatie en ademhalingsbewaking. De tweede stap is het uitvoeren van een op maat gemaakte diffusie-gewogen MRI-scan met ademhalingsgating.Vervolgens worden de beelden gecorrigeerd voor susceptibiliteitsartefacten. De laatste stap is het fitten van het MRI-signaal aan een wiskundig model. Uiteindelijk wordt de vergelijking van modelparameters binnen regio's van interesse gebruikt om eigenschappen van de weefselmicrostructuur aan te tonen.Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals ex vivo scanning, is dat deze voor diagnostische doeleinden kan worden vertaald naar de klinische praktijk. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen bij ruggenmergletsels, zoals de identificatie van secundaire letselmechanismen en de prognose voor herstel. De procedure zal worden gedemonstreerd door Natasha Wilkins en Matt Renquist, technici uit mijn laboratorium, voordat de stappen in dit protocol worden uitgevoerd.Vraag eerst goedkeuring aan bij dedes relevante institutionele commissies voor zorg en gebruik voor alle procedures. Begin met het anestheseren van de rat in een inductiekamer met 5% isofluraan in medische lucht. Wanneer de pootterugtrekking en de knipperreflex afwezig zijn, wordt de anesthesie verminderd tot 2%. Plaats het dier vervolgens in buikligging met het hoofd naar voren op de scantafel.Houd gedurende de gehele procedure 2% ISO-fluorine via een neuskegel in stand en houd medische lucht op een stroomsnelheid van ongeveer één liter per minuut. Breng daarnaast een kleine hoeveelheid smeerzalf aan op de ogen van de rat om beschadiging van het hoornvlies tijdens de anesthesie te voorkomen. Plaats een ademhalingsbewakingsriem stevig rond de romp van de rat en sluit deze aan op een ademhalings-gatingsysteem.Controleer de computer voor ademhalingsbewaking om te bevestigen dat de ademhalingscyclus duidelijk en consistent is. Pas indien nodig een band aan, aangezien deze stap essentieel is voor de beeldkwaliteit. Gebruik een warmeluchtsysteem en monitor en handhaaf de lichaamstemperatuur van het dier via een rectale probe om ervoor te zorgen dat deze op 37 °C blijft.Houd de ademhalingsfrequentie tussen 30 en 45 ademhalingen per minuut door het anesthesieniveau aan te passen tussen 1,2% en 2%. Plaats de rat nu in de hoofdhouder met een beetstang, schroef de oorstangen vast en schuif de kop in een quadrature volume coil totdat de cervicale wervelkolom in het centrum van de coil is gepositioneerd. Schuif ten slotte de rat en de ondersteunende houders in de scannerboring indien van toepassing, en stel de afstem- en matchcondensatoren van de coil in op de juiste frequentie en impedantie volgens de instructies van de leverancier. Voer een standaard scout-scan in drie vlakken uit om de correcte positionering te waarborgen.Deze eerste scan activeert de geautomatiseerde procedures van het MRI-systeem voor de detectie van de resonantiefrequentie-shimming, de kalibratie van het radiofrequentievermogen en de aanpassing van de ontvangerversterking. Controleer of het centrum van de nekwervelkolom is uitgelijnd met zowel het centrum van de magneet als het centrum van de MRI-spoel. Voeg vervolgens een echo-planaire, diffusie-gewogen spin-echo sequentie toe aan het beeldvormingsprotocol.Er zijn standaardinstellingen voor de sequentie gebruikt, maar er zijn 12 coupes voorgeschreven met een coupesdikte van 0,75 millimeter, waarbij deze loodrecht op de hoofdaxis van het cervicale ruggenmerg zijn georiënteerd. Gebruik de basis van het cerebellum als intern referentiepunt om een consistente positionering van de coupes tussen dieren en over verschillende sessies te waarborgen. Schakel de verzadigingsbanden (saturation bands) in.Plaats vervolgens vier verzadigingsbanden met een dikte van 10 millimeter buiten het ruggenmerg om het signaal van deze weefsels te minimaliseren en hun potentieel om artefacten te veroorzaken te verminderen. Zorg er daarnaast voor dat de ademhalingssynchronisatie is ingeschakeld. Stel nu de sequentie in met de diffusiewachtinstellingen zoals hier op het scherm te zien is.Start vervolgens de scan. De totale acquisitietijd over alle scans heen zal ongeveer 25 minuten bedragen. Monitor de software voor ademhalingsgating en pas de vertragingstijd tussen de trigger en het signaal naar het MRI-systeem aan, zodat de acquisities alleen plaatsvinden tijdens het rustige deel van de ademhalingscyclus.Houd er rekening mee dat, afhankelijk van het ademhalingspatroon van het dier, een triggervertraging tussen 100 en 400 milliseconden noodzakelijk zal zijn. Dit helpt om artefacten door ademhalingsbewegingen te verminderen. Indien beschikbaar, herhaal de sequentie met de optie 'custom reverse blips' ingeschakeld nadat de beeldvorming is voltooid.Verwijder het dier uit de houder en plaats het terug in de kooi. Houd het dier in de gaten totdat het volledig bij bewustzijn is. Om de sternale recumbens te behouden.Begin de beeldverwerking door eerst een correctie voor susceptibiliteitsartefacten uit te voeren. Extraheer vervolgens de B=0 volumes van elke scan naar één enkel bestand met behulp van utilities die worden geleverd met FSL of andere MRI-softwarepakketten. Een voorbeeldcode is hier te zien.Voor elke fase in de code-richting is één bestand vereist. Gebruik vervolgens het top-up-commando in FSL om een gecorrigeerd bestand te maken met verminderde artefacten door beeldvervorming. Pas deze correctie toe op de ruwe DWI-beelden die worden gebruikt voor het maken van parametermaps.Laad dit gecorrigeerde DWI-bestand in FSL view en selecteer het bestand. Maak via het menu een masker aan. Gebruik de potloodtools om een region of interest binnen één weefseltype te tekenen.Sla dit bestand op en herhaal dit voor alle andere gewenste regio's van belang of ROI's. Gebruik het ROI-bestand om het DWI-bestand te maskeren en bereken vervolgens het gemiddelde signaal binnen de ROI voor elk beeldvolume. Kopieer de eerste acht resultaten naar een numeriek computerprogramma zoals MATLAB als een vector voor het transversale signaal, en de tweede acht resultaten als een vector voor het longitudinale signaal, waarbij acht het aantal gebruikte B-waarden is.Kopieer ook de B-waarden in het programma als een vector van acht B-waarden. De B-waarden voor de transversale en longitudinale richtingen moeten indien mogelijk identiek zijn. De effectieve B-waarde in plaats van de nominale B-waarde moet van de scanner worden verkregen.Gebruik een curve-fitting toolbox om de gegevens van het signaal versus de B-waarde aan het gewenste model aan te passen. Selecteer door CF tools in de opdrachtprompt te typen de B-waarden als X-gegevens en de signaalvectoren als y-gegevens. Selecteer vervolgens het fitting-menu en voer een vergelijking voor de fitting in.Let op dat bij het invoeren van de vergelijking startpunten en limieten ingesteld moeten worden voor de variabelen die redelijker zijn voor de gegevens. Noteer na het toepassen van de vergelijkingen op de fit de parametervaarden die als kwantitatieve markers dienen. Deze afbeelding toont kwalitatief hoogwaardige diffusiegewogen beelden verkregen met diffusie toegepast transversaal en longitudinaal ten opzichte van de hoofdas van het ruggenmerg.Verschillende B-waarden worden getoond voor elke richting die het beste contrast bieden tussen witte en grijze stof. Hier toont de linkerkolom een coupescan gemaakt met de DWI-sequentie. De middelste kolom toont de acquisitie met reverse blips.Let op hoe kenmerken die in de eerste afbeelding uitgerekt lijken, in de middelste kolom samengedrukt verschijnen. De rechterkolom toont de diffusiegewogen beelden die zijn gecorrigeerd met top-up. De bovenste rij is het niet-diffusiegewogen beeld.De middelste rij toont diffusieweging toegepast in de transversale richting, en de onderste rij toont diffusieweging in de longitudinale richting. Hier kunnen we het genormaliseerde signaal zien uitgezet als functie van de diffusieweging met de transversale en longitudinale diffusie-encoderingsrichting. Hoogwaardige kaarten van diffusiviteit, kurtosis en anisotropie worden berekend op basis van het signaal bij elke voxel.Er is een duidelijk verschil in parameters tussen de witte en grijze stof, evenals regionale verschillen binnen de witte stofgebieden. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de ademhaling van het dier zorgvuldig te bewaken en de verdovingsgraad aan te passen om bewegingsartefacten te verminderen. Dit is vooral belangrijk bij gewonde ratten, die abnormale ademhalingsfrequenties of andere fysiologische complicaties kunnen hebben die een aanpassing van de procedures vereisen.

diffusion-imaging-in-the-rat-cervical-spinal-cord

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Grondige preklinische testen van geneesmiddelen die handelen in het centrale zenuwstelsel gaat vaak gepaard met het beoordelen en vergelijken van drugs biodistributie in associatie met specifieke routes van toediening. Hier zijn drie veel gebruikte methoden van systemische toediening (intraveneus, intraperitoneaal, en mondeling) en een methode voor lokale levering (convectie-enhanced levering) aangetoond in muizen.

Systemische en lokale Drug Delivery voor de behandeling van ziekten van het centrale zenuwstelsel in knaagdiermodellen

Source: Nishidate, I., et al. Simultaneous Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Light Scattering Properties of the In Vivo Rat Brain Using Multispectral Diffuse Reflectance Imaging. J. Vis. Exp. (2017)This video demonstrates the use of multispectral diffuse reflectance imaging to analyze cerebral blood flow, oxygen levels, and tissue structure changes in an anesthetized rat, providing insights into brain hemodynamics and morphology under varying conditions.

Multispectral Diffuse Reflectance Imaging of Rat Cerebral Blood Flow and Tissue Structure

Source: Zheng, W. et. al., Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression. J. Vis. Exp. (2019)This video demonstrates diffusion tensor imaging in assessing chronic spinal cord compression. By analyzing water diffusion patterns, fractional anisotropy, and apparent diffusion coefficient values, the findings reveal axonal damage in compressed regions. The findings provide critical insights into spinal cord pathology and structural integrity.

Assessing Spinal Cord Compression Using Diffusion Tensor Imaging

Hersenbeschadiging als gevolg van cerebrale ischemie kan niet-invasief worden gevisualiseerd en bestudeerd bij ratten met behulp van preklinische positronemissietomografie gekoppeld aan de injecteerbare radioactieve sonde, 18F-fluorodeoxyglucose. Verder verhogen de moderne softwaretools, waaronder hersentemplates voor volume van belang (VOI), aanzienlijk de kwantitatieve informatie die uit deze studies wordt verkregen.

Niet-invasieve beeldvorming en analyse van cerebrale ischemie in Living Ratten met behulp van positron emissie tomografie met<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

We presenteren een protocol dat gebruikmaakt van twee-foton excitatie time-lapse microscopie om gelijktijdig de dynamica van axon- en myeline-verwondingen in real time te visualiseren. Dit voorgestelde protocol maakt studies mogelijk van zowel intrinsieke als extrinsieke factoren die het lot van centrale gemyeliniseerde axonen na verwonding kunnen beïnvloeden en kunnen bijdragen aan permanente klinische handicaps.

Een Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model Mechanismen van axonale degeneratie Beoordeel in real-time

In deze video, beschrijven we een werkwijze voor het implanteren van een chronische optische beeldvorming kamer via dorsale ruggenmerg van een levende muis. De kamer, chirurgische ingreep, en chronische beeldvorming worden beoordeeld en aangetoond.

Een procedure voor het implanteren van een Spinal Kamer voor Longitudinaal In Vivo Beeldvorming van de Muis Spinal Cord

Contrastverbeterde echografie is een betrouwbaar in-vivo hulpmiddel voor het kwantificeren van de bloedstroom in het ruggenmerg in een experimenteel model van ruggenmergletsel bij ratten. Dit artikel bevat een uitgebreid protocol voor de toepassing van deze techniek in combinatie met een contusiemodel van thoraxaal ruggenmergletsel.

Contrast Enhanced Imaging Ultrasound voor de Beoordeling van Spinal Cord Blood Flow in Experimentele Spinal Cord Injury

Een nieuw ex vivo voorbereiding voor het afbeelden van de muis ruggenmerg. Dit protocol maakt twee-foton beeldvorming van levende cellulaire interacties gehele ruggenmerg.

Twee-foton Imaging van Cellular Dynamics in de Muis Spinal Cord

We voeren een in vivo imaging methode met behulp van twee verschillende fluorescente kleurstoffen om dynamische spinale vasculaire wijzigingen na een contusive dwarslaesie bij volwassen Sprague-Dawley ratten te houden.

Een In Vivo Duo-kleur methode voor Imaging-vasculaire Dynamics na Contusive dwarslaesie

Hier presenteren we een protocol voor de toepassing van Diffusion strekspier imaging parameters te evalueren ruggenmerg compressie.

Diffusie strekspier Magnetic resonance imaging in chronische ruggenmerg compressie

Een chirurgische ingreep wordt beschreven om injecties uit te voeren in de lumbale stortbak van de jonge rat. Deze benadering is gebruikt voor de intrathecale toediening van gentherapievectoren, maar er wordt verwacht dat deze benadering kan worden gebruikt voor een verscheidenheid aan therapieën, waaronder cellen en medicijnen.

Intrathecale vectortoediening bij jonge ratten via lumbale stortbakinjectie

Leer diffusie-gewogen MRI van het rattenruggenmerg met ademhalingsgating en artefactcorrectie. Deze niet-invasieve methode karakteriseert weefselmicrostructuur en is klinisch toepasbaar voor ruggenmergletseldiagnostiek.

Diffusion Imaging in het Rat ruggenmerg

Meer video's verkennen