MRM Microcoil Performance Kalibratie en gebruik gedemonstreerd op Medicago truncatula Roots op 22 T

Dit protocol maakt karakterisering en gebruik van microcoils mogelijk voor ultrahoge magnetische resonantiebeeldvorming. MRI is een uniek en niet-invasief hulpmiddel voor het verkennen van fysiologie, metabolisme en diffusie-eigenschappen van biologisch monster. Met behulp van hoge magnetische veldsterkte en microcoils aangepast aan een monster van belang, beelden van maximaal cellulaire resolutie kan worden verkregen.

In deze methode beschrijven we stap voor stap hoe we de kenmerken van commerciële of zelfgebouwde microcoils voor beeldvormende toepassingen kunnen bepalen. We gebruiken biologische exemplaren kleiner dan een millimeter in diameter en een ultra hoog veld verticale boring NMR spectrometer. Met behulp van zelfgebouwde microcoils kunnen we de grootte van de radiofrequentiespoel aanpassen aan de grootte van het monster.

In dit onderzoek gebruiken we een klein stukje plantenwortel. Dit is handig omdat de spoelgevoeligheid evenredig is met de afnemende spoeldiameter. We kunnen dus beelden verkrijgen met een hogere signaal-ruisverhouding voor kleine monsters.

Vanwege de kleine omvang en de fragiele aard van deze microcoils, is het belangrijk om een aantal fundamentele parameters vast te stellen, zoals bijvoorbeeld de 90 graden pulslengte en pulskracht, de veilige bedrijfslimieten, en ten slotte om de spoelgevoeligheid te berekenen op een manier die kan worden vergeleken in verschillende NMR-systemen. De solenoïde microcoil bestaat uit een draad opgerold rond een capillaire en twee condensatoren: de tuning en de bijpassende condensator. De tuningcondensator is gekozen om de gewenste resonerende frequentie van 950 megahertz te bereiken, terwijl de bijpassende condensator ervoor heeft gekozen om de maximale signaaltransmissie te bereiken.

Het is een impedantie van 50 Ohm. De grotere condensator is variabel om fijnere afstelling mogelijk te maken. De spoel zit op een bodemplaat die is bevestigd aan een aangepaste socket.

Optioneel kan een reservoir voor gevoeligheidsmatchingvloeistof worden toegevoegd om de gevoeligheidseffecten van de spoeldraad te verminderen. In een horloge glas overdracht een milliliter perfluorodecalin, of PFD, die zal worden gebruikt om het monster onder te dompelen. PFD wordt gebruikt omdat het luchtruimten in het monster kan vullen zonder biologische cellen binnen te komen.

Het is ook niet waarneembaar door proton MRI. Bedek de PFD onmiddellijk met een petrischaaldeksel om verdamping te voorkomen voordat het nodig is. Gebruik bij het opstellen van een referentiemonster in plaats daarvan een kopersulfaatoplossing.

Haal vervolgens voorzichtig een wortelstelsel uit het groeisubstraat. Accijns een klein gedeelte met behulp van een scalpel. Voor vacuümbehandeling plaatst u het monster in een Eppendorf-buis met een fixatieve oplossing.

Sluit vervolgens de buis af met een gloeidraad en ponsgaten om ventilatie mogelijk te maken. Onderwerp het monster aan vacuümbehandeling. Luchtbellen kunnen worden gezien ontsnappen aan het monster.

Tijdens het kijken door een stereomicroscoop gebruik pincet om zowel monster en capillaire onder te dompelen in de oplossing eerder voorbereid. Steek vervolgens het monster in de capillaire met behulp van een pincet, terwijl zowel capillaire en monster een volledig ondergedompeld. Gebruik een kleinere capillaire of een spuit naald tip als een duwende staaf.

Vorm tissue papier in een fijn punt en gebruik het om ongeveer een millimeter vloeistof te verwijderen uit beide uiteinden van de capillaire. Smelt, een klein volume capillaire was met behulp van een waspen. Breng wax aan beide kanten aan.

De was zal ondoorzichtig worden wanneer het stolt. Zorg ervoor dat luchtbellen uit te sluiten van de capillaire. Daarna, schraap overtollige was met behulp van een scalpel.

Steek het monster in de microcoil met een pincet, terwijl de microcoil stabiel blijft. Gebruik een staaf om het monster in de spoel te centreren. Als de spoel voor de eerste keer wordt getest, gebruikt u een referentiemonster van kopersulfaat voor vermogenskalibratie en het bepalen van de SNR en de homogeniteit van het B1-veld.

Dit protocol wordt gedemonstreerd op een verticale boring 22.3 Tesla spectrometer uitgerust met een micro imaging sonde met geïntegreerde gradiënt spoelen, geschikt voor maximaal drie Tesla per meter. Bevestig de microcoil aan de sondebasis terwijl de microcoil rechtop blijft staan. Schuif vervolgens over de drieassige gradiëntspoel.

Draai de schroefdraad op de sondebasis om het verloop op zijn plaats te zetten. Steek de sonde in de magneet en maak de nodige verbindingen. Start een wiebelcurve en pas de afstemming en matching zo nodig aan.

Beginnen met een hoge spectrale veegbreedte wordt aanbevolen. Houd er rekening mee dat er meerdere resonerende modi aanwezig kunnen zijn. SNR-tests voor elke modus kunnen nodig zijn om de juiste resonerende modus te bepalen.

Selecteer de juiste spoelconfiguratie voor uw microcoil. In het geval dat de veilige limieten voor de spoelen onbekend zijn, begin met 10 microseconden bij een laag pulsvermogen van 0,6 watt en verhoog de pulslengte langzaam met één microseconde per keer totdat er een signaal verschijnt. Neem een nutatiecurve op voor een nieuwe spoel om de juiste pulslengte en vermogen voor de 90 graden puls te verkrijgen.

Om dit te doen variëren de pulsduur systematisch terwijl de pulskracht constant blijft. In het geval van een inhomogene B1-veld kan de 90 graden puls worden geschat op basis van de lengtes waarop maximale signaalintensiteit wordt verkregen. Gebruik een localizer schaal met groot gezichtsveld om de positie van de spoel in de magneet te lokaliseren.

Als het monster zich precies in het midden van het verloopsysteem bevindt, wordt het monster weergegeven in de localizerscan. Als de spoel of het monster uit het midden is, past u de localizerscan aan. Zodra een geschatte pulskracht wordt gevonden met behulp van de nutatiecurve, variëren de pulskrachten geleidelijk voor een reeks beelden om te controleren op de meest homogene beeld.

Voor sommige spoelen met een inhomogene B1-veld kan de vastgestelde 90 graden puls worden overschat, wat leidt tot overtipping in de gewenste sweet spot van de spoel. Shim het magnetisch veld handmatig op basis van het FID-signaal. Afhankelijk van de oriëntatie van de microcoils shims met verschillende oriëntatie kan resulteren in een sterkere correctie van de B0 homogeniteit.

Vervolgens moet een genormaliseerde SNR worden berekend. Bereken eerst het voxelvolume door de X- en Y-resolutie te vermenigvuldigen, waarbij de segmentdikte wordt getild. De SNR wordt berekend door de gemiddelde ruis van het gemiddelde signaal af te trekken en te delen door de standaarddeviatie van het geluid vermenigvuldigd met het voxelvolume.

Het gemiddelde signaal wordt vanuit het midden van het beeld genomen, terwijl het ruissignaal wordt berekend vanuit de hoekpatches. Voer een meerdere gradiënt echo sequentie om te controleren op mogelijke gevoeligheid problemen als gevolg van de spoel draad en het monster zelf. Voor ondergedompelde spoelen wordt het verschil in gevoeligheid tussen de spoeldraden en hun omgeving sterk verminderd.

Hoge resolutie imaging misschien bereikt met 3D-flash experimenten. Verschillende root-kenmerken kunnen worden onderscheiden, zoals de endodermis, cortex, en xylem, die moeilijk op te lossen met behulp van grotere spoelen. Multislice, multi-cho sequenties kunnen ook worden gebruikt om de invloed van gevoeligheid te verminderen.

Dit gaat echter ten koste van een verminderde gevoeligheid per tijdseenheid. Wortelknoop knobbeltjes van Medicago truncatula kan ook worden afgebeeld met behulp van dit protocol. Een isotropische resolutie van 31 micrometer werd verkregen in vier minuten, terwijl een isotropische resolutie van 16 micrometer werd verkregen in 33 minuten.

Hierdoor kunnen verschillende fysiologische aspecten van kleine wortelnobbeltjes in detail worden bestudeerd. Voor een succesvolle monsterbereiding is het belangrijk om zowel het monster als de capillaire in de vloeistof volledig onder te dompelen. Dit voorkomt de vorming van luchtbellen die de beeldkwaliteit negatief beïnvloeden.

Omdat MR-beeldvorming niet-destructief is, kunnen we het biologische monster na de MR-scan verwijderen en gebruiken voor verder onderzoek met behulp van bijvoorbeeld optische microscopie. Na het bekijken van deze video moet u een basiskennis hebben van microcoil karakterisering en werking voor imaging toepassingen. Dit kan worden toegepast op een breed scala van biologische specimen.