Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Rezonans magnetyczny z kontrastem fazowym w tętnicy szyjnej wspólnej szczura

9.2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/57304

⸱

5 września 2018

 ,  ,  ,  , 
1Center for Advanced Molecular Imaging and Translation, Chang Gung Memorial Hospital, 2Department of Biomedical Imaging and Radiological Science, China Medical University

W tym artykule

Podsumowanie

Ogólnym celem tej procedury jest pomiar przepływu krwi w tętnicy szyjnej wspólnej szczura za pomocą nieinwazyjnego rezonansu magnetycznego z kontrastem fazowym.

Streszczenie

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego z kontrastem fazowym (PC-MRI) jest nieinwazyjnym podejściem, które pozwala określić ilościowo parametry związane z przepływem, takie jak przepływ krwi. Wcześniejsze badania wykazały, że nieprawidłowy przepływ krwi może być związany z ogólnoustrojowym ryzykiem naczyniowym. W ten sposób PC-MRI może ułatwić translację danych uzyskanych z modeli zwierzęcych chorób sercowo-naczyniowych na odpowiednie badania kliniczne. W niniejszym raporcie opisano procedurę pomiaru przepływu krwi w tętnicy szyjnej wspólnej (CCA) szczurów za pomocą bramkowanego kinem PC-MRI i omówiono odpowiednie metody analizy. Zabieg ten może być wykonywany na żywym, znieczulonym zwierzęciu i nie wymaga eutanazji po zabiegu. Proponowane parametry skanowania dają powtarzalne pomiary przepływu krwi, co wskazuje na doskonałą powtarzalność wyników. Procedura PC-MRI opisana w tym artykule może być stosowana do badań farmakologicznych, oceny patofizjologicznej i oceny hemodynamiki mózgu.

Wprowadzenie

Rezonans magnetyczny (MRI) to wszechstronne podejście, które dostarcza szczegółowych informacji o wewnętrznych strukturach ciała i fizjologii, i jest coraz częściej wykorzystywane do diagnozy klinicznej oraz w przedklinicznych badaniach na zwierzętach. Modele zwierzęce są niezbędne do lepszego zrozumienia istotnych implikacji klinicznych 1. Ponieważ modele zwierzęce znacznie różnią się od ludzi pod względem wymagań anestezjologicznych i parametrów fizjologicznych, optymalizacja procedur MRI dla tych zwierząt nabiera znaczenia.

Phase contrast MRI (PC-MRI) to specjalistyczny rodzaj rezonansu magnetycznego, który wykorzystuje prędkość przepływających spinów do ilościowego określenia parametrów związanych z przepływem, takich jak przepływ krwi. Dzięki PC-MRI mapowanie wzorców przepływu w głównych tętnicach przy użyciu modeli zwierzęcych może pomóc rzucić światło na patologie sercowo-naczyniowe 2. Co więcej, PC-MRI może nieinwazyjnie monitorować nieodłączne zmiany w przepływie krwi w stanach patofizjologicznych 3. Obserwacje te sugerują, że PC-MRI jest cennym podejściem, które można zastosować w zwierzęcych modelach chorób sercowo-naczyniowych u ludzi.

W tym raporcie opisujemy metodę ilościowego oznaczania przepływu krwi w tętnicy szyjnej wspólnej (CCA) szczurów. Dwa CCA zaopatrują głowę i szyję w natlenioną krew, a choroba tętnic szyjnych jest główną przyczyną udaru. Dlatego kluczowe znaczenie ma wykrycie wczesnej patologii w CCA. Procedura ta trwa około 15 minut i może być potencjalnie stosowana w stanach ze zmianami hemodynamicznymi, takimi jak miażdżyca lub udar.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Instytucjonalne Komitety Opieki i Użytkowania (IACUC) Chińskiego Uniwersytetu Medycznego zatwierdziły wszystkie procedury.

1. Przygotowanie i monitorowanie zwierząt

  1. Pozostaw wszystkie przedmioty podatne na działanie magnesu, takie jak portfele, klucze, karta kredytowa itp., poza pomieszczeniem skanera przed rozpoczęciem przygotowania zwierząt do skanowania MRI.
  2. Początkowo znieczulić szczura (2-miesięcznego samca szczura Sprague-Dawley (SD), 280–350 g) w pudełku indukcyjnym, stosując mieszaninę 5% izofluranu (ISO) i tlenu (2 l/min) przez 3–5 minut, w razie potrzeby.
  3. Gdy zwierzę znajduje się w pozycji leżącej i nie reaguje na uszczypnięcie ogona lub palca u nogi, należy przerwać podawanie ISO i przenieść zwierzę do pomieszczenia skanowania.
  4. Umieść szczura w łóżku MRI w pozycji leżącej głową do przodu i dostarcz 2-3% ISO przez stożek nosowy w celu utrzymania znieczulenia.
  5. Monitoruj oddychanie, umieszczając czujnik poduszki oddechowej pod tułowiem zwierzęcia.
  6. Podłącz czujnik do układu oddechowego i sprawdź, czy częstość oddechów wynosi 40-50 uderzeń na minutę (bpm).
  7. W przypadku akwizycji PC-MRI z bramką kinową umieść po jednej elektrodzie odpowiednio na prawej przedniej łapie i lewej tylnej łapie (Rysunek 1a).
  8. Skręć ze sobą elektrokardiografii (EKG).
  9. Użyj uchwytu na głowę z nausznikami i prętem do gryzienia, aby zabezpieczyć zwierzę w celu ograniczenia ruchów głowy.
  10. Użyj systemu ogrzewania ciepłym powietrzem lub gazików, aby utrzymać temperaturę ciała w magnesie.
  11. Upewnij się, że fala R jest wyraźna na monitorze EKG (Rysunek 1b) i umieść zwierzę w skanerze. Nie ma potrzeby umieszczania cewki powierzchniowej na górnej części szyi zwierzęcia, ponieważ obrazy są rejestrowane przez cewkę głośności.

2. Akwizycja MRI

  1. Użyj 2–3% ISO, aby utrzymać znieczulenie podczas całej procedury obrazowania. Stale monitoruj reakcje fizjologiczne i utrzymuj je tak stałe, jak to możliwe.
  2. Skanowanie MRI należy rozpocząć po umieszczeniu zwierzęcia w skanerze i jego stabilizacji fizjologicznej będzie nadal stabilne. W tym badaniu należy użyć systemu MRI dla małych zwierząt o natężeniu gradientu 7 T i natężeniu gradientu 630 mT/m, ale można zastosować inne natężenia pola systemów MRI dla małych zwierząt.
  3. Wybierz sekwencję "Lokalizator" z monitora konsoli skanera MRI i uzyskaj obrazy zwiadowcze we wszystkich trzech orientacjach za pomocą dowolnej szybkiej sekwencji akwizycji obrazu, np. szybkiego echa spinowego, aby utworzyć obrazy koronalne, osiowe i strzałkowe. Celem tych obrazów zwiadowczych jest określenie płaszczyzn obrazowania.
  4. Upewnij się, że środek głowy i szyi zwierzęcia znajduje się w środku magnesu. W razie potrzeby dostosuj pozycję zwierzęcia, aż zostanie osiągnięta właściwa pozycja. Jeśli zwierzę zostanie przesunięte, powtórz skanowanie, aby uzyskać obrazy zwiadowcze.
  5. Wybierz sekwencję "Angiogram czasu przelotu (TOF)" z monitora konsoli skanera MRI i najpierw uzyskaj angiogram 2D TOF, aby ustalić dokładną anatomiczną lokalizację CCA. Użyj następujących parametrów skanowania: czas powtarzania (TR)/ czas echa (TE)=22/4.87 ms, kąt odwrócenia = 90°, pole widzenia (FOV) = 40 × 40 mm2, rozmiar matrycy = 256 × 256, grubość warstwy 0,6 mm, przy liczbie wzbudzenia (NEX) = 1.
    UWAGA: Nazwa sekwencji TOF może być specyficzna dla sprzedawcy. Użytkownik może wprowadzić te parametry w monitorze konsoli.
  6. Upewnij się, że pasmo nasycenia jest "włączone" i umieszczone na górze, aby uniknąć zakłóceń spowodowanych sygnałami żylnymi.
    UWAGA: W przypadku pasma nasycenia zwykle jest ono dostarczane z sekwencją DOF. Jeśli pasmo nasycenia nie pojawia się na monitorze, powiadom o tym serwisanta.
  7. Po zlokalizowaniu CCA za pomocą angiogramu TOF, skieruj płaszczyznę obrazu PC-MRI na środek CCA i ustaw tak, aby plasterek był prostopadły do kierunku przepływu krwi (Rysunek 2a).
  8. Upewnij się, że zarówno oddychanie, jak i bramkowanie EKG są podłączone do systemu MRI, pokazując wyraźny sygnał na komputerze monitorującym (Rysunek 1b) i ustaw moduł wyzwalający na "włączony" w "Trybie wyzwalania" na monitorze konsoli skanera MRI.
  9. Upewnij się, że reakcje fizjologiczne zwierzęcia są stabilne przed rozpoczęciem skanowania PC-MRI z komputera monitorującego (Rysunek 1b). Sprawdź, czy opcje bramkowania są "włączone" zarówno w komputerze monitorującym, jak i na monitorze konsoli skanera MRI.
    Uwaga: System monitorowania fizjologii zastosowany w tym badaniu jest dostarczany przez sprzedawcę. W przypadku większości skanerów zwierząt dostępne są podobne systemy monitorowania fizjologii i specyficzne dla sprzedawców.
  10. Wybierz sekwencję sekwencji PC-MRI z monitora konsoli skanera MRI i wykonaj bramkowane skany PC-MRI przy użyciu następujących parametrów: TR/TE=15,55/4,51 ms (minimum TR i TE), kąt odwrócenia=30°, FOV = 40 × 40 mm2, rozmiar matrycy = 192 × 192, grubość warstwy = 2 mm, kodowanie prędkości (VENC) = 120 cm/s, z NEX=8. Jednokierunkowy VENC jest uzyskiwany w kierunku przelotowym.
    Uwaga: Czas skanowania wynosi około 8,5 minuty, ale rzeczywisty czas skanowania może się nieznacznie różnić u zwierząt ze względu na różnice w cyklach pracy serca.
  11. Powtórz kroki 2.6–2.9 akwizycji obrazu, jeśli obszar zainteresowania (ROI) ma zostać zmieniony na inną lokalizację w CCA, na przykład w rozwidleniu 4.
  12. Wyjmij zwierzę ze skanera i umieść je z powrotem w klatce odzyskiwania po zakończeniu skanowania.
  13. Ogrzej zwierzę lampą grzewczą, aby utrzymać temperaturę ciała. Trzymaj lampę w odległości co najmniej 15 cm od zwierzęcia, aby zapobiec przegrzaniu.
  14. Gdy zwierzę zacznie się poruszać i zareaguje na uszczypnięcie ogona lub palca, wyłącz lampę grzewczą.

3. Przetwarzanie danych

  1. Zapisuj dane MRI w formacie DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) lub w dowolnym innym formacie specyficznym dla dostawców. Generuj serie filmowe z dwoma typami obrazów: obrazem wielkości (obraz anatomiczny) i obrazem fazy (Rysunek 2b).
    UWAGA: W niektórych skanerach generowany jest trzeci typ obrazu, którym może być obraz o wielkości × obraz fazowy lub obraz zespolony (złożone odejmowanie między dwoma akwizycjami o różnych gradientach kodowania prędkości). Trzeci obraz jest zależny od dostawcy.
  2. Wstępnie przetwórz dane obrazu. Ukryj obraz fazowy na mapie prędkości i popraw błąd przesunięcia fazy 5.
    UWAGA: Obraz fazowy ma dowolną jednostkę intensywności sygnału MR zamiast wartości prędkości rzeczywistej, ale intensywność sygnału MR jest liniowo proporcjonalna do prędkości. Maksymalny sygnał MRI z obrazu fazowego jest zwykle przypisywany jako wartość VENC, a minimalny sygnał jest przypisywany do przeciwnej wartości VENC. Zobacz plik kodu uzupełniającego 1, aby zapoznać się z przykładem skryptu Matlab i naciśnij przycisk "Uruchom".
  3. Ostrożnie nakreśl zwrot z inwestycji, śledząc granicę CCA. Ponieważ tętnica może się rozszerzać i konstruować podczas różnych faz serca, określ ROI dla każdego przedziału czasowego. Oblicz przepływ krwi, całkując przez ROI tętnicy, tj. prędkość × obszar. Wynikowy przepływ krwi w każdej tętnicy był wyrażony w ml / s. Zobacz plik kodu uzupełniającego 2, aby zapoznać się z przykładem skryptu Matlab i naciśnij przycisk "Uruchom".

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Prawidłowa geometria przekroju jest kluczowa dla zapewnienia sukcesu eksperymentu PC-MRI. Precyzyjne ustawienie płaszczyzny obrazowania pozwala uzyskać „okrągły” kształt tętnicy (Rycina 3a), a wraz ze wzrostem kąta nachylenia, t. j.gdy jest ona mniej prostopadła do tętnicy, wynikająca geometria tętnicy staje się owalna, co prowadzi do wystąpienia większych efektów objętości cząstkowej (Rycina 3b). Silne efekty objętości ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

PC-MRI to kompleksowe podejście do nieinwazyjnej i podłużnej oceny przepływu krwi. Przedstawiamy protokół wykonania PC-MRI CCA szczura. Procedura ta jest łatwa do wykonania w każdym skanerze MRI zwierząt i wykazuje dobrą odtwarzalność.

Technika PC-MRI zyskuje coraz większą popularność w badaniach na ludziach 10,11, a także na zwierzętach 4,12. Wśród tych badań wyniki Peng i...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Nie ma nic do ujawnienia.

Podziękowania

Ta praca była wspierana przez granty z Ministerstwa Nauki i Technologii Tajwanu, w ramach grantu o numerze MOST-105-2314-B-039-044-MY2.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
System rezonansu magnetycznego 7T małych zwierzątBruker
Isoflurane Baxter1001936040anestezjologiczne
prowadzenie EKG 3M2269T
MatlabMathWorkssofeware do przetwarzania obrazu
System monitorowania i bramkowaniaSA instruments, IncModel 1030

Bibliografia

  1. Zakszewski, E., Schmit, B., Kurpad, S., Budde, M. D. Diffusion imaging in the rat cervical spinal cord. J Vis Exp. (98), (2015).
  2. Wise, R. G., Al-Shafei, A. I., Carpenter, T. A., Hall, L. D., Huang, C. L. Simultaneous measurement of blood and myocardial velocity in the rat heart by phase contrast MRI using sparse q-space sampling. J Magn Reson Imaging. 22 (5), 614-627 (2005).
  3. Skardal, K., Espe, E. K., Zhang, L., Aronsen, J. M., Sjaastad, I. Three-Directional Evaluation of Mitral Flow in the Rat Heart by Phase-Contrast Cardiovascular Magnetic Resonance. PLoS One. 11 (3), e0150536(2016).
  4. Peng, S. L., et al. Phase-contrast magnetic resonance imaging for the evaluation of wall shear stress in the common carotid artery of a spontaneously hypertensive rat model at 7T: Location-specific change, regional distribution along the vascular circumference, and reproducibility analysis. Magn Reson Imaging. 34 (5), 624-631 (2016).
  5. Yu, H. Y., Peng, H. H., Wang, J. L., Wen, C. Y., Tseng, W. Y. Quantification of the pulse wave velocity of the descending aorta using axial velocity profiles from phase-contrast magnetic resonance imaging. Magn Reson Med. 56 (4), 876-883 (2006).
  6. Peng, S. L., et al. Optimization of phase-contrast MRI for the quantification of whole-brain cerebral blood flow. J Magn Reson Imaging. 42 (4), 1126-1133 (2015).
  7. Peng, S. L., Shih, C. T., Huang, C. W., Chiu, S. C., Shen, W. C. Optimized analysis of blood flow and wall shear stress in the common carotid artery of rat model by phase-contrast MRI. Sci Rep. 7 (1), 5253(2017).
  8. Bozgeyik, Z., Berilgen, S., Ozdemir, H., Tekatas, A., Ogur, E. Evaluation of the effects of sildenafil citrate (viagra) on vertebral artery blood flow in patients with vertebro-basilar insufficiency. Korean J Radiol. 9 (6), 477-480 (2008).
  9. Swampillai, J., Rakebrandt, F., Morris, K., Jones, C. J., Fraser, A. G. Acute effects of caffeine and tobacco on arterial function and wave travel. Eur J Clin Invest. 36 (12), 844-849 (2006).
  10. Neff, K. W., Horn, P., Schmiedek, P., Duber, C., Dinter, D. J. 2D cine phase-contrast MRI for volume flow evaluation of the brain-supplying circulation in moyamoya disease. AJR Am J Roentgenol. 187 (1), W107-W115 (2006).
  11. Stalder, A. F., et al. Quantitative 2D and 3D phase contrast MRI: optimized analysis of blood flow and vessel wall parameters. Magn Reson Med. 60 (5), 1218-1231 (2008).
  12. Dall'Armellina, E., et al. Improved method for quantification of regional cardiac function in mice using phase-contrast MRI. Magn Reson Med. 67 (2), 541-551 (2012).
  13. Peng, S. L., Ravi, H., Sheng, M., Thomas, B. P., Lu, H. Searching for a truly "iso-metabolic" gas challenge in physiological MRI. J Cereb Blood Flow Metab. 37 (2), 715-725 (2017).
  14. Liu, P., et al. Quantitative assessment of global cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO2) in neonates using MRI. NMR Biomed. 27 (3), 332-340 (2014).
  15. Xu, F., Ge, Y., Lu, H. Noninvasive quantification of whole-brain cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO2) by MRI. Magn Reson Med. 62 (1), 141-148 (2009).
  16. Lotz, J., Meier, C., Leppert, A., Galanski, M. Cardiovascular flow measurement with phase-contrast MR imaging: basic facts and implementation. Radiographics. 22 (3), 651-671 (2002).
  17. Pelc, N. J., Herfkens, R. J., Shimakawa, A., Enzmann, D. R. Phase contrast cine magnetic resonance imaging. Magn Reson Q. 7 (4), 229-254 (1991).
  18. Kim, D., et al. Accelerated phase-contrast cine MRI using k-t SPARSE-SENSE. Magn Reson Med. 67 (4), 1054-1064 (2012).
  19. Valvano, G., et al. Accelerating 4D flow MRI by exploiting low-rank matrix structure and hadamard sparsity. Magn Reson Med. 78 (4), 1330-1341 (2017).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Obrazowanie MRI w kontraście fazowympomiar przepływu krwiakwizycja kinematyczna z synchronizacjąsynchronizacja z EKGsynchronizacja z oddechemangiografia czasowo-przestrzenna (Time-of-Flight)rozmieszczenie pasma saturacjiutrzymanie znieczuleniamonitorowanie fizjologiczne
Rezonans magnetyczny z kontrastem fazowym w tętnicy szyjnej wspólnej szczura
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.