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

Met dit diffusiebeeldvormingsprotocol is het mogelijk om microstructurele veranderingen in de hippocampus van een rat te onderzoeken met een mild traumatisch hersenletsel dat anders niet zichtbaar is op anatomische MRI. Deze techniek kan veranderingen in de hersenen detecteren na een mild en diffuus trauma dat niet kan worden gedetecteerd met CT of anatomische MRI. Deze techniek maakt het gemakkelijker om het herstelproces te volgen na het ondersteunen van een mild traumatisch hersenletsel op een objectieve en kwantitatieve manier.

Deze diffusie beeldvorming en analyse techniek kan ook worden toegepast in andere aandoeningen die de hersenen, zoals dementie en multiple sclerose, niet alleen in preklinische studies, maar ook bij de mens. In dit protocol is het belangrijk dat de kwaliteit van de diffusiescans en correctiestappen hoog is, daarom wordt begeleiding van ervaren technici en analisten voorgesteld. Plaats het dier op een 37 graden Celsius verwarmingskussen na bevestiging van een gebrek aan reactie op teen knijpen in een 12 weken oude, vrouwelijke, Wistar H rat en steek een katheter in een laterale staart ader.

Injecteer 100 microliter van 2% lidocaïne lokaal in de geschoren en ontsmette hoofdhuid en maak een middellijn incisie om de schedel bloot te leggen. Gebruik een kleine schaar om overtollige membranen te verwijderen en wrijf een wattenstaafje over de schedel totdat het periosteum niet meer aanwezig is, gebruik dan een druppel weefsellijm om een diameter van 10 millimeter, drie millimeter dikke, metalen schijf ongeveer 1/3 voor en 2/3 achter de bregma te bevestigen. Voor traumatische hersenletsel inductie, plaats de rat op een op maat gemaakt bed met een schuim matras van een specifieke veerconstante en plaats de rat direct onder een transparante plastic buis met een 450-gram messing gewicht met de helm zo horizontaal mogelijk.

Trek het gewicht op tot een meter. Met een tweede experimenter aanwezig, laat het gewicht en hebben de tweede experimentator verplaatsen van de rat uit de buurt van de buis onmiddellijk na de impact om een tweede verwonding te voorkomen. Trek voorzichtig de helm uit de schedel en gebruik een gaas om bloeden te stoppen.

Sluit de huid met een hechting en breng lokale analgesiagel aan op de incisie. Plaats de rat op het bed van een CT-scanner en toedient een CT-scan met een lage dosis voor algemeen gebruik om schedelbreuken uit te sluiten en plaats de rat vervolgens in een schone kooi op een 37 graden Celsius verwarmingskussen met controle tot volledige recumbency voordat het dier terugkeert naar zijn kooi. Bevestig vóór en op een dag na de trauma-inductie een gebrek aan respons op teenknijpen in het proefdier en plaats het dier op het MR-scannerbed in een headfirst, prone positie.

Schuif de quadrature volume spoel over het hoofd en schuif de scanner bed in de scanner boring. Om een juiste positionering te garanderen, u een standaard scoutscan met 3 vliegtuigverkenners verkrijgen. Wanneer de scan is voltooid, laadt u de scan in het beelddisplay en zorg ervoor dat het hoofd recht ligt en dat de hersenen in het midden van de magneet en spoel worden geplaatst.

Verwerf T2-gewogen afbeeldingen met behulp van de standaardinstellingen, met uitzondering van het veld, de weergave en de matrixgrootte die moeten worden aangepast aan een hogere resolutie in het vlak van 109 bij 109 micrometer. Open de Geometry Editor en plaats het segmentpakket in de juiste positie, inclusief de bulbus van de hersenen en het cerebellum en laad drie nieuwe echo-planar, diffusie-gewogen, spin-echo sequenties van de B_diffusion map in het scancontroleprotocol. Verwerf diffusiegewogen afbeeldingen met de standaardinstellingen en open het tabblad Scannen bewerken.

Stel de segmentoriëntatie in op axiaal en het aantal segmenten op 25 om een plakdikte van 500 micrometer en een binnenste plakafstand van 600 micrometer te bereiken en de uitleesrichting links-rechts te wijzigen. Pas onder het tabblad Geometrie de geometrische parameters aan en pas het gezichtsveld en de matrixgrootte aan op 105 bij 105 om een resolutie van 333 bij 333 micrometer te garanderen. Klik op het tabblad Diffusie op het tabblad Onderzoek voor elk van de drie diffusieschalen en pas het aantal diffusierichtingen aan op 32 voor de eerste shell, 46 voor de tweede shell en 64 voor de derde shell.

Wijzig het aantal B0-afbeeldingen in vijf voor de eerste shell, vijf voor de tweede shell en zeven voor de derde shell en pas de verlooprichtingen aan met aangepaste verlooprichtingbestanden. Pas de B-waarde per richting aan op 800 seconden per millimeter in het kwadraat voor de eerste schaal, 1, 500 seconden per millimeter in het kwadraat voor de tweede schaal en 2.000 seconden per millimeter in het kwadraat voor de derde schaal, open vervolgens de Geometry Editor en plaats het gezichtsveld tussen de bulbus en het cerebellum met alleen de cerebrum om het artefact en de scantijd te verminderen. Breng het dier bij het voltooien van het scanprotocol van het scannerbed naar een schone kooi met een 37 graden Celsius verwarmingskussen met controle tot volledige recumbency.

Voor diffusie MRI-beeldverwerking laadt u de beelden in MRtrix3 en voert u ruiscorrectie uit en gibbs beltecorrectie op de diffusiegewogen beelden in het softwareprogramma. Converteer de gecorrigeerde, diffusiegewogen afbeeldingen in T2-afbeelding naar de NIFTI-indeling zoals aangegeven. Als u correctie wilt uitvoeren voor echo-planaire beeldvorming, bewegings- en wervelstroomvervormingen, selecteert u in het menu Plug-ins van ExploreDTI Correctie voor subject motion EC/EPI-vervormingen en selecteert u het vooraf verwerkte diffusiegegevensbestand.

Als u de diffusie tensor imaging metrics voor elke rat wilt berekenen, klikt u op Plug-ins en Exporteer je spullen naar NIFTI, selecteer je vervolgens de parametrische kaarten van het diffusie tensor imaging model en exporteer je de parametrische kaarten voor de kurtose en white matter tract integriteitsmodellen. Als u een maskerbestand wilt maken voor de hippocampus van elke rat, laadt u de fractionele anisotropieafbeelding van de rat in de MRtrix-viewer en klikt u op de plusknop om een nieuw interessegebied te creëren. Om de verspreidingsstatistieken van de hippocampus van de rat te extraheren, importeert u het gemaakte maskerbestand in de AMIDE-software en opent u de parametrische kaarten en het maskerbeeld van de rat.

Als u het interessegebied van het maskerbestand wilt toevoegen aan AMIDE, selecteert u de afbeelding van het maskerbestand, klikt u op Bewerken, Regio van belang en 3D-isocontour toevoegen en geeft u de interessegebied een betekenisvolle naam. Klik op het interessegebied dat in de maskerafbeelding wordt weergegeven en bevestig dat dit volume alleen voxels met een waarde van één mag bevatten. Als u de gemiddelde waarden van de diffusiestatistieken in de hippocampus wilt berekenen, klikt u op Gereedschappen en Berekent u regio-interessestatistieken en geeft u de afbeeldingen en het gebied aan dat moet worden opgenomen.

Nadat u op Uitvoeren hebt geklikt, wordt een pop-upvenster weergegeven met de berekende waarden die kunnen worden gebruikt voor verdere statistische analyse. In dit representatieve experiment was er geen bewijs van schedelbreuk zoals beoordeeld door CT-beeldvorming en de T2-beelden tohadden geen afwijkingen op de plek van de kneuzing een dag na het trauma. Om de kwaliteit van de niet-rigide co-registratie stap tussen de T2-afbeelding en de diffusie gegevensset te onderzoeken, een overlay van de T2-afbeelding werd toegevoegd aan de kleurgecodeerde fractionele anisotropie kaart.

De parametrische kaarten voor fractionele anisotropie, gemiddelde diffusiviteit, axiale diffusiviteit en radiale diffusiviteitparametrische kaarten kunnen dan worden berekend. Binnen het gebied van belang, berekening van de gemiddelde waarden voor de axiale, gemiddelde, en radiale kurtose waarden evenals waarden voor de axale waterfractie, axiale en radiale extra-axale diffusiviteit, en tortuositeit van de witte stof traktaat integriteit kan ook worden uitgevoerd. In dit representatieve experiment, analyse van de diffusie tensor imaging metrics bleek een aanzienlijke toename van de fractionele anisotropie waarden en een afname van de diffusiviteit waarden na impact in de milde traumatische hersenletsel groep.

Diffusie kurtosis metrics toonde ook een significante afname van radiale kurtose na de impact, terwijl er geen veranderingen in de axiale of gemiddelde kurtose werden waargenomen. Met behulp van de witte stof tract integriteit model, de radiale extra-axonale diffusiviteit vertoonde een aanzienlijke daling en de tortuosity toonde een aanzienlijke toename van de milde traumatische hersenletsel groep een dag na de impact. Tijdens de beeldanalyse is het belangrijk om te controleren of het gegevensformaat van MRtrix correct is omgezet en geïmporteerd in ExploreDTI en of elke correctiestap correct is uitgevoerd.

In plaats van ROI-gebaseerde analyse, kan een voxel-by-voxel analyse worden toegepast om hele hersenen veranderingen te onderzoeken. Deze techniek is zeer waardevol binnen het neuroimaging veld en kan ook worden toegepast op andere hersenaandoeningen, bijvoorbeeld dementie en multiple sclerose.