Obrazowanie dyfuzyjne hipokampa szczura z łagodnym urazowym uszkodzeniem mózgu

Streszczenie

Źródło: Braeckman, K., et. al. Zaawansowane obrazowanie dyfuzyjne w hipokampie szczurów z łagodnym urazowym uszkodzeniem mózgu. J. Vis. exp. (2019)

Ten film demonstruje zastosowanie obrazowania dyfuzyjnego do oceny zmiany mikrostrukturalne w hipokampie szczura po łagodnym urazowym uszkodzeniu mózgu (mTBI), podkreślające uszkodzenie aksonów poprzez precyzyjne skanowanie MRI i analizę dyfuzji.

Protokół

Wszystkie procedury z udziałem modeli zwierzęcych zostały zweryfikowane przez lokalną instytucjonalną komisję ds. opieki nad zwierzętami oraz weterynaryjną komisję rewizyjną JoVE.

1. Dyfuzyjne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI)
   UWAGA: Obrazowanie dyfuzyjne wykonuje się przed i 1 dzień po indukcji urazu.

1. Znieczul szczura w małej komorze indukcyjnej wypełnionej mieszaniną izofluranu (5%) i O₂. Gdy szczur nie reaguje na uszczypnięcie łapy lub ogona, zmniejsz znieczulenie do 2% przy natężeniu przepływu 500 ml / min. Przenieś zwierzę na łóżko skanera w pozycji leżącej głową do przodu.
2. Umieść szczura w uchwycie głowy z prętem zębowym i stożkiem nosowym, dostarczając znieczulenie, i przesuń głowę do przodu, aż środek mózgu znajdzie się na poziomie środka cewki MRI o objętości kwadraturowej. Nałóż maść nawilżającą na oczy w niewielkich ilościach, aby zapobiec uszkodzeniu rogówki. Przymocuj głowę małym kawałkiem taśmy, aby uniknąć ruchu podczas skanowania.
3. Umieść podkładkę uciskową pod klatką piersiową szczura, aby monitorować oddech i przykryj szczura kocem grzewczym z ciepłą wodą i folią bąbelkową, aby utrzymać szczura w cieple. Przed skanowaniem sprawdź monitor oddechu, aby upewnić się, że sygnał jest czysty bez zakłóceń i że cykl oddechowy jest spójny. W razie potrzeby przenieś podkładkę dociskową.
   UWAGA: Częstość oddechów powinna być utrzymywana w zakresie 1 oddechu na 1,200–1,700 ms, dostosowując poziom znieczulenia w zakresie 1%-2%.
4. Nasuń kwadraturową cewkę objętościową na głowę. Dostosuj strojenie i dopasowanie kondensatorów cewki do odpowiedniej częstotliwości i impedancji zgodnie z instrukcjami dostarczonymi przez dostawcę cewki. Wsuń łoże skanera do otworu skanera, aby rozpocząć skanowanie.
5. Uzyskaj domyślny trzypłaszczyznowy skan zwiadowczy ("tripilot"), aby zapewnić prawidłowe ustawienie.
   1. Załaduj sekwencję tripilota do Scan Control, klikając New Scan i wybierając sekwencję tripilota z listy protokołów. Następnie kliknij przycisk sygnalizacji świetlnej , aby rozpocząć skanowanie.
   2. Po zakończeniu skanowania załaduj skan na wyświetlacz obrazu i upewnij się, że 1) głowa leży prosto i 2) mózg jest umieszczony w środku magnesu i cewki. Dostosuj pozycję głowicy i/lub łoża skanera, jeśli to konieczne, i zdobądź nowy skan tripilota.
6. Dostosuj lokalne pole magnetyczne za pomocą zautomatyzowanego protokołu podkładkowania drugiego rzędu: załaduj protokół podkładki drugiego rzędu do sterownika skanowania zgodnie z opisem w kroku 1.5.1. Następnie kliknij na Acq tab | Bieżące korekty | Specyficzne dla metody dostosowanie dla lokalnej jednorodności pola w oknie Narzędzie do sterowania spektrometrem, aby rozpocząć automatyczne podkładkowanie.
7. Załaduj nową sekwencję obrazowania T2 Rapid z ponownie skoncentrowanym echem (RARE) do kontrolki skanowania zgodnie z opisem w kroku 1.5.1.
   1. Pobieraj obrazy ważone T2 przy użyciu ustawień domyślnych, z wyjątkiem następujących parametrów:
   2. Otwórz zakładkę Edytuj skan i dostosuj czas powtarzania (TR) i czas echa (TE) na 5,500 ms i 37 ms, odpowiednio. Zmodyfikuj również pole widzenia i rozmiar matrycy, aby umożliwić wyższą rozdzielczość w płaszczyźnie 109 μm x 109 μm (rozdzielczość domyślna = 156 μm x 156 μm). Upewnij się, że grubość plastra wynosi 600 μm, liczba plasterków jest ustawiona na 45, a współczynnik RARE jest ustawiony na 8.
   3. Otwórz edytor geometrii i umieść pakiet plasterków we właściwej pozycji, w tym na cebulce mózgu i móżdżku.
8. Załaduj trzy nowe sekwencje echa spinowego ważone dyfuzją echa (DtiEpi) z folderu B_DIFFUSION do protokołu Scan Control zgodnie z opisem w kroku 1.5.1.
   UWAGA: Korzystając z trzech różnych "powłok" dyfuzyjnych, można oszacować model obrazowania tensora dyfuzji (DTI), model obrazowania kurtozy dyfuzyjnej (DKI) i model integralności drogi istoty białej (WMTI). Zaleca się użycie co najmniej trzech różnych wartości b, przy czym najwyższa wartość b ma maksimum 3000 s/mm² z co najmniej 15 równomiernie rozmieszczonymi kierunkami na powłokę obrazowania.
   1. Pobieraj obrazy dyfuzyjne (DWI) przy użyciu ustawień domyślnych, z wyjątkiem następujących ustawień:
   2. Otwórz zakładkę Edytuj skan i dostosuj parametry geometryczne w zakładce Geometria. Dostosuj pole widzenia i rozmiar matrycy do 105 x 105, aby zapewnić rozdzielczość 333 μm x 333 μm.
   3. Ustaw orientację przekroju na osiową, a liczbę plasterków na 25, co daje grubość warstwy 500 μm i odległość między warstwami 600 μm. Zmienić kierunek odczytu w prawo.
   4. Kliknij zakładkę Contrast, aby dostosować czas echa do 24 ms i czas powtarzania do 6,250 ms.
   5. Ustaw pasmo na 250 000 Hz i włącz tłumienie tłuszczu. Dostosuj liczbę średnich do jednej.
   6. Kliknij w zakładkę Research i zmień liczbę średnich (segmentów EPI) na 4.
   7. Kliknij na zakładkę Dyfuzja w zakładce badań. Wykonaj ten krok oddzielnie dla każdej z trzech powłok dyfuzyjnych.
      1. Dostosuj liczbę kierunków dyfuzji do 32 dla pierwszej powłoki, 46 dla drugiej powłoki i 64 dla trzeciej powłoki.
      2. Dostosuj kierunki gradientu za pomocą niestandardowych plików wskazówek gradientu.
      3. Zmienia liczbę obrazów B0 na 5 dla pierwszej powłoki, 5 dla drugiej powłoki i 7 dla trzeciej powłoki.
      4. Dostosuj wartość b na kierunek do 800 s/mm² dla pierwszej powłoki, 1500 s/mm² dla drugiej powłoki i 2000 s/mm² dla trzeciej powłoki.
         UWAGA: Dostosowywanie kierunków gradientu za pomocą niestandardowego pliku wskazówek gradientu można wykonać ręcznie, ustawiając Wprowadź kierunki dyfuzji na tak lub automatycznie za pomocą makra DTI_SET_DIRECTIONS.
   8. Otwórz edytor geometrii i umieść pole widzenia między bańką a móżdżkiem, zawierające tylko mózg, aby skrócić artefakt i czas skanowania. Umieść sześć pasm nasycenia 5 mm na zewnątrz mózgu, aby zredukować artefakty, klikając Nasycenie i przesuwając pasma w preferowanej pozycji za pomocą pasków przewijania.
      UWAGA: Bańkę i móżdżek można zidentyfikować na podstawie anatomicznych punktów orientacyjnych i trzech obrazów skanu tri pilota.
9. Zdobądź zaimportowane sekwencje, klikając symbol . Korzystając z ustawień parametrów opisanych powyżej, czas akwizycji skanu T2-RARE wynosi 12 minut, pierwszej powłoki DWI 15 minut, drugiej powłoki DWI 21 minut, a trzeciej powłoki 30 minut. Całkowity czas akwizycji wynosi około 80 minut (w systemie z jednym kanałem odbiorczym).
10. Po zakończeniu protokołu skanowania należy wyjąć zwierzę z łóżka skanera i umieścić je w czystej klatce z poduszką grzewczą w temperaturze 37 °C. Po odzyskaniu przytomności zwierzę należy umieścić z powrotem w klatce domowej.

Materiały