Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Een magnetische resonantie beeldvorming Protocol voor beroerte begin tijd schatting in permanente cerebrale ischemie

Published: September 16, 2017 doi: 10.3791/55277
Automatic Translation
*1, *2, 1, 2, 1
1School of Experimental Psychology and Clinical Research and Imaging Center Bristol, University of Bristol, 2Department of Neurobiology, A.I. Virtanen Institute, University of Eastern Finland
* These authors contributed equally

Summary

Een protocol voor beroerte begin tijd schatting in een rat-model van een beroerte exploitatie van kwantitatieve magnetische resonantie beeldvorming (qMRI) parameters is beschreven. De procedure exploiteert verspreiding MRI voor afbakening van de acute beroerte laesie en kwantitatieve T1 , T2 (qT1 en qT2) ontspanning keer voor timing van een beroerte.

Abstract

MRI biedt een gevoelige en specifieke beeldvorming instrument om te detecteren van acute ischemische beroerte door middel van een beperkte diffusie-coëfficiënt van hersenen water. In het model van een rat van ischemische beroerte, verschillen in kwantitatieve T1 en T2 MRI ontspanning tijden (qT1 en qT2) tussen de ischemische laesie (afgebakend door lage diffusie) en het contralaterale niet-ischemische halfrond verhogen met de tijd vanaf begin van de lijn. De afhankelijkheid van de tijd van MRI ontspanning tijdverschillen heuristisch wordt beschreven door een lineaire functie en biedt dus een eenvoudige raming van beroerte begin tijd. Bovendien verhogen de hoeveelheid abnormale qT1 en qT2 binnen de ischemische laesie lineair met tijd bieden een complementaire methode voor beroerte timing. Een (semi-) geautomatiseerd computer routine gebaseerd op de gekwantificeerde verspreiding coëfficiënt is bedoeld om te bakenen acute ischemische beroerte weefsel in rat ischemie. Deze routine bepaalt ook hemisferische verschillen in qT1 en qT2 ontspanning keer en de locatie en het volume van abnormale qT1 en qT2 voxels binnen de laesie. Onzekerheden die is gekoppeld aan de schatting van de tijd van het begin van qT1 en qT2 MRI gegevens variëren van ± 25 min tot ± 47 min voor de eerste 5 uur van een beroerte. De meest accurate schatting van de tijd van het begin kan worden verkregen door het kwantificeren van de hoeveelheid overlapping van abnormale qT1 en qT2 laesie volumes, aangeduid als ' Voverlappen' (± 25 min) of door het kwantificeren van de hersenhelften verschillen in qT2 ontspanning keer alleen (± 28 min). Globaal, qT2 afgeleide parameters beter te presteren dan die van qT1. Het huidige protocol van de MRI is getest in de hyperacute fase van een permanente focal ischemie-model, dat niet voor voorbijgaande focale hersenen ischemie gelden kan.

Introduction

Hersenweefsel is bijzonder kwetsbaar voor ischemie als gevolg van de hoge afhankelijkheid van de oxidatieve fosforylatie voor ATP-synthese en beperkte energiereserves. Ischemie resulteert in subtiele Ionische veranderingen van de tijd-afhankelijke intracellulaire en extracellulaire ruimtes die tot herverdeling van de hersenen water zwembaden, introductie van excitotoxic neurotransmitters en uiteindelijk inleiding van destructieve processen 1 leiden. In brandpunt ischemie, weefselschade verspreidt zich buiten de initiële kern als de bloedtoevoer wordt niet hersteld binnen een bepaalde tijd frame 2. De tijd van het begin van de lijn is momenteel een van de belangrijkste criteria in klinische beslissingen voor de Farmacotherapie van ischemische beroerte, met inbegrip van recanalization door thrombolytic agenten 3. Veel patiënten zijn dus automatisch niet in aanmerking voor thrombolytic therapy vanwege de onbekende symptoom begin tijd, als gevolg van de beroerte die zich voordoen tijdens de slaap ('wake-up lijn'), gebrek aan getuige, of wordt niet op de hoogte van symptomen 4,5. Een procedure die de tijd van het begin van de lijn bepaalt is dus nodig, zodat dergelijke patiënten kunnen worden overwogen voor trombolyse.

MRI sondes water in vivo. Dynamiek van die zijn ernstig verstoord door acute ischemische energie fout 6. Meest in het bijzonder, wordt de diffusie van water geregeld door translationeel (thermische) beweging van watermoleculen verminderd in de vroege momenten van ischemie als gevolg van de storing energie 7. Dit leidt op zijn beurt in zuurstofvrije depolarisatie van neurale cellen 8. Diffusie MRI (DWI) is een gouden standaard diagnostische beeldvorming modaliteit voor acute beroerte 9geworden. De DWI signaal verhoogt snel in reactie op ischemische weefsel worden geïdentificeerd waardoor ischemie, maar toont niet alle tijd-afhankelijkheid tijdens de eerste uren van ischemische beroerte 10. Ook kwantitatieve metingen van diffusie van water zoals de schijnbare diffusie coëfficiënt (ADC) of het spoor van de diffusie tensor (Dav) verminderen snel in ischemische weefsel, maar geen relatie met de tijd vanaf begin van de lijn in de dierlijke lijn weergeven modellen 10 en patiënten 11.

Kwantitatieve MRI (qMRI) ontspanning parameters, qT1en qT2 qT1ρ, worden beheerst door de roterende beweging en de uitwisseling van water waterstofatomen en complexe tijdafhankelijke veranderingen in de hersenen parenchym volgende ischemische weergeven 6van de mislukking van energie. Dergelijke wijzigingen in tijd-afhankelijke ingeschakeld beroerte begin tijd worden geraamd in patiënten 12 en dierlijke modellen van ischemie 13,14,15. In rat focal beroerte, qT1ρ verhoogt bijna ogenblikkelijk na ischemie begin en lineair gedurende ten minste 6 uur 13,14. qT1 ontspanning keer ook vergroten in een tijd-afhankelijke mode in ischemische hersenweefsel die kan worden beschreven door twee keer-constanten zijn: een snelle beginfase gevolgd door een trage fase gedurende uur 8,16. Vanwege deze verhoging tweefase mogelijk het gebruik van qT1 lijn timing ingewikkelder dan die van qT1ρ MRI 15. qT2 ontspanning keer tonen ook een bi-phasic wijzigen in rat focal beroerte, waarbij er is een eerste verkorten binnen het eerste uur, gevolgd door een lineaire verhoging met tijd 13. De eerste verkorting kan worden verklaard door twee parallel lopende factoren, waaronder: (i) de opbouw van deoxyhemoglobin resulterend in de zogenaamde 'negatieve bloed oxygenatie niveau afhankelijk effect' en (ii), de verschuiving van extracellulaire water in de intracellulaire ruimte 17,18. De tijd-afhankelijke toename qT2 is waarschijnlijk te wijten aan cytotoxische en/of vasogenic oedeem met latere uitsplitsing van intracellulaire macromoleculaire structuren 18. Nauwkeurige schattingen beroerte begin tijd in preklinische modellen 14op qT1ρ zowel qT2 gegevens te leveren. qT2 12 en T2-gewogen signaal intensiteit 19,20 hebben ook benut voor beroerte begin tijd schatting in klinische instellingen.

Naast de hersenhelften verschillen in kwantitatieve versoepeling tijden, kan de ruimtelijke spreiding van verhoogde ontspanning keer binnen de ischemische regio ook dienen als surrogaten voor beroerte begin tijd 14. In rat modellen van beroerte, regio's met verhoogde qT1ρen qT2 qT1 ontspanning keer aanvankelijk kleiner zijn dan de verspreiding ischemische laesie omschreven maar toenemen met de tijd 14,15, 21. Kwantificering van de ruimtelijke spreiding van verhoogde ontspanning tijden als een percentage van de grootte van de ischemische laesie kunt vandaar ook lijn begin tijd om naar schatting 14,15. Hier beschrijven we het protocol om beroerte begin tijd in een rat-model van een beroerte met qMRI parameters vast te stellen.

Protocol

dierlijke procedures werden uitgevoerd volgens de richtlijnen van de Raad van de Gemeenschap van het Europese 86/609/EEG richtlijnen en goedgekeurd door het Animal Care en gebruik Comité van de Universiteit van Oost-Finland, Kuopio, Finland.

1. dier Model

  1. verdoving mannelijke Wistar ratten met een gewicht van 300-400 g met Isofluraan in N 2/o 2 stroom (70/30%.) via een gelaatsmasker voor de duur van de operatie en MRI experimenten. Induceren van verdoving in geventileerde kap. Handhaven van Isofluraan niveaus tussen 1.5 en 2,4%.
    1. Monitor diepte van verdoving tijdens MRI van ademhaling frequentie via een pneumatische kussen onder de romp. Gebrek aan respons om te knijpen reflex is opgevat als een teken van voldoende diepte voor chirurgische anesthesie. Gebruik Isofluraan scavenger gekoppeld aan een magneet droeg.
  2. Uitvoeren permanente middelste cerebrale slagader occlusie (MCAO) voor het opwekken van focal ischemische beroerte. Gebruik van de intraluminale draad model voor MCAO en uitgevoerd volgens de methoden gegeven door Longa et al. 22.
    1. laat de occluding draad (silicon-PTFE gehard monofil gloeidraad, diameter 0,22 mm) voor de duur van het experiment MRI.
  3. Analyseren arteriële bloed gassen en pH met behulp van een bloed-analyzer.
    1. Tijdens de MRI, monitor het ademhalingstarief met een pneumatische kussen onder de romp en de rectale temperatuur met behulp van een rectale temperatuur monitoring systeem geplaatst. Handhaven van een kerntemperatuur dicht bij 37 ° C met behulp van een verwarming pad onder de romp water.
    2. Onmiddellijk na MCAO, veilige de rat in een wieg in het midden van de magneet droeg met behulp van een rat hoofd houder. Injecteren van 2 mL zoutoplossing intraperitoneally voordat de rats overgeplaatst naar de magneet droeg.

2. MRI

  1. verwerven MRI-gegevens met behulp van een 9.4T / 31 cm (met de 12-cm kleurovergang insert) horizontale magneet geïnterfacet aan een console die is uitgerust met een actief ontkoppelde lineaire volume zender / quadrature ontvanger spoel paar.
  2. Scannen elke rat voor maximaal 5 h post MCAO. Tussenpozen per uur (60, 120, 180, 240 min post MCAO), het verwerven van 12 congruently bemonsterd (0,5 mm segment-gap, segment dikte = 1 mm, gezichtsveld = 2.56 x 2.56 cm) coronale segmenten van het spoor van diffusie tensor (2.2.1.), (2) Carr-Purcell-Meiboom-Gill T 2.2.2.) en snel lage hoek schoot T 1 (2.2.3.).
    1. Verkrijgen het spoor van de diffusie tensor afbeeldingen (D av = 1/3 trace [D]) met drie bipolaire hellingen langs elke as (de duur van het verloop van de diffusie = 5 ms, de tijd van de diffusie = 15 ms) en drie b-waarden (0, 400 en 1400 mm/s-2 s), waar, Δ = 15 ms, ∂ = 5 ms, echo van tijd (TE) = 36 ms, herhaling tijd (TR) = 4000 ms en Acquisitietijd 7.36 min. =
    2. Krijgen de volgorde 2 Carr-Purcell-Meiboom-Gill T met 12 echoes voor T 2 kwantificering, waarbij echo-spacing = 10 ms, TR = 2000 ms en Acquisitietijd 4.20 min. =
    3. Krijgen de snel lage hoek Shot (FLASH) voor T 1, waar de tijd van inversie om de eerste FLASH sequentie (T-10) is 7.58 ms, met 600 ms stappen van 10 inversies maximaal 5407.58 ms, TR = 5.5 ms, tijd tussen inversie pulsen (T ontspannen ) = 10 s en acquisitie tijd 8.20 min. =

3. Beeldbewerking

  1. berekening van relaxometry en ADC kaarten: berekenen van qT 2, qT 1 en ADC kaarten gebruik van Matlab-functies op de website van de Universiteit van Bristol [DOI:10.5523/bris.1bjytiabmtwqx2kodgbzkwso0k], voor die de input is een pad naar de locatie van de gegevens van de MRI.
    1. Voor T 2 gegevens, toepassing Hamming filteren in k-space voorafgaand aan de reconstructie van beelden (of in het beeld domein door Convolutie, met gelijkwaardige resultaten oplevert, maar rekenkundig minder efficiënt). Berekenen qT 2 kaarten door het nemen van de logaritme van elke tijdreeksen en oplossen op een voxel-wise basis door lineaire kleinste kwadraten (een bi-exponentiële fit kan ook worden uitgevoerd om de T 2 vervalt, maar de voxel-wise F-proeven tests bleek dat voxels binnen het besturingselement image waarvoor aanvullende parameters niet verdedigbaar).
    2. Voor T 1 gegevens, toepassing Hamming filteren in k-space voorafgaand aan de reconstructie van de beelden. T 1 montage volgens in verwijzing 23 uiteengezette methoden uit te voeren. Om rekening te houden met het probleem van onbekend teken (als gevolg van het gebruik van grootte beelden), de punt van de laagste intensiteit worden uitgesloten, ofwel naar schatting in de loop van montage met vergelijkbare resultaten.
    3. Voor verspreiding-gewogen gegevens, gelden Hamming filteren door Convolutie in beeld domein (dit is eenvoudiger als gevolg van de gesegmenteerde k-space-traject). ADC kaarten passen door de methode in 13.
  2. Identificatie van ischemische weefsel
    1. ischemische weefsel op wederkerige D av beelden (1/D av) identificeren als dit duidelijk contrast voor de identificatie van de laesie biedt. Voor het genereren van ischemische volumes van belang (VOI), ischemische weefsel als voxels met waarden een mediane absolute afwijking boven de gemiddelde waarde van de gehele-hersenen 1/D av-distributie te definiëren. Als u wilt identificeren homologe gebieden in het niet-ischemische halfrond, weerspiegelen de ischemische VOI over de verticale as. Handmatig aanpassen niet-ischemische VOIs Voorkom met inbegrip van voxels met cerebrospinale vloeistof.
    2. Om te bepalen van de relatie van qT 1 en qT 2 met tijd post-MCAO, voor elke rat en -tijdstip, laden de ischemische en niet-ischemische VOIs op qT 1 en qT 2 kaarten. Extract van gemiddelde tijden van de ontspanning en het percentage verschil in qT 1 en qT 2 tussen hemisferen (ΔT 1 en ΔT 2) met behulp van de volgende vergelijking berekenen:
      < img alt = "Vergelijking" src = "/ bestanden/ftp_ Upload/55277/55277eq1.jpg"/ >
      waar T x is de gekozen parameter, qT 1 of qT 2. Equation verwijst naar de gemiddelde tijd voor ontspanning van de ischemische VOI en Equation de gemiddelde tijd van ontspanning in de niet-ischemische VOI. De niet-ischemische VOI moet worden gebruikt, zodat elke rat als haar eigen controle fungeert.
    3. De volgende criteria gebruiken om te identificeren voxels met verhoogde qT 1 en qT 2: alle voxels binnen de ischemische VOI met ontspanning keer meer dan de mediaan ontspanning-tijd van de qT 1 of qT 2 distributie in de niet-ischemische VOI door meer dan een halve breedte op halve-maximum (HWMH). Deze criteria betekent ontspanning keer moet in het 95-percentiel of hoger om te worden geclassificeerd als ' hoge '. Gebruik van de mediane tijd voor ontspanning van de niet-ischemische VOI kunt elke rat om te dienen als haar eigen controle.
    4. Aan de foto van de ruimtelijke spreiding van ontspanning tijd veranderingen binnen de regio's van verminderde diffusie, identificeren en kleur code voxels met 1 van de verhoogde qT of qT 2 en voxels met zowel verhoogde qT 1 en qT 2 zogenaamde ' qT 1 en qT 2 overlappen '.
    5. Om te bepalen van de grootte van de laesie volgens qT 1 en qT 2, berekenen de parameter-f (zoals geïntroduceerd door Knight et al. 18) van de MRI-gegevens verworven voor elke rat en tijdstip. f 1 en f 2 vertegenwoordit het aantal voxels met hoge qT 1 of qT 2 (respectievelijk) als een percentage van de grootte van de ischemische VOI.
      1. Gebruik de volgende vergelijking berekenen f 1 en f 2:
        Equation
        waar Equation verwijst naar de tijd van ontspanning (1 van de qT of qT 2), Equation verwijst naar het aantal ' hoge ' ontspanning tijd voxels in de ischemische VOI, Equation is het aantal ' lage ' ontspanning tijd voxels in de ischemische VOI en Equation, het totale aantal voxels binnen de ischemische VOI. Criteria voor de selectie van voxels met verhoogde qT 1 en qT 2 zijn beschreven in punt 3.2.3. ' lage ' voxels zijn voxels met ontspanning keer kleiner zijn dan de mediaan qT 1 of qT 2 van de niet-ischemische VOI door een HWHM. Het aftrekken van Equation zorgt voor afname van de ontspanning tijden als gevolg van ischemie of andere pathologieën 17.
      2. bepalen van de omvang van ' qT 1 en qT 2 overlapping ' door het berekenen van de hoeveelheid overlapping van verhoogde qT 1 en qT 2 als een percentage van hele hersenen volumes, hierbij genoemd ' V overlappen '. De volgende vergelijking gebruiken:
        Equation
        waar, Equation verwijst naar het aantal voxels binnen de ischemische VOI met beide ' hoge ' qT 1 en ' hoge ' qT 2 en Equation vertegenwoordigt van het totale aantal voxels in de hele rat hersenen. Bepalen van het aantal voxels in de rat hersenen door handmatig een VOI rond het hele brein te maken op qT 2 relaxometry maps.

4. Verificatie van ischemische laesie met Triphenyletrazolium Chloride (TTC)

  1. onmiddellijk na de onthoofding, uittreksel zorgvuldig de rat hersenen van de schedel. Voer deze procedure uit binnen 10 min vanaf het moment dat de rat werd onthoofd.
  2. Winkel hersenen in gekoelde 0,01 M fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS) voordat u met een rat hersenen slicer matrix deel van de hersenen in seriële 1 mm dik coronale plakjes.
  3. Na afdelen, incubeer elk segment van de hersenen in 20 mL PBS met TTC bij 37 ° C gedurende 30 minuten in het donker, zoals aanbevolen in 24. 1% TTC concentratie weliswaar aanvaardbaar is, gebruikt u 0,5% voor verbeterd contrast.
    1. Dekking van de containers van de secties in folie te donker houden.
  4. Na incubatie, verwijderen de TTC-oplossing met behulp van een precisiepipet en spoelen van segmenten in drie wijzigingen van PBS.
  5. Onmiddellijk segmenten met behulp van een standaard lichte Microscoop en een digitale camera te fotograferen.

5. Statistische analyse

  1. uitvoeren van statistische analyse met behulp van Matlab en statistische software.
  2. Vaststellen van de relatie tussen MIJNHEER parameters met de tijd
    1. uitvoeren Pearson ' s correlaties op gebundelde rat gegevens om te bepalen van de relatie van ΔT 1, ΔT 2, f 1 en f 2 en V Overlappen met tijd post MCAO.
    2. Voor parameters die een aanzienlijke lineaire relatie (p < 0,05), uitvoeren van lineaire minste vierkante regressie om te bepalen of beroerte begin tijd kan worden voorspeld door het kwantificeren van de parameter van belang. De kwadratische gemiddelde fout (RMSE) gebruiken om te beoordelen van de juistheid van de schatting van de tijd van begin.
  3. Kwantificering van de grootte van de laesie
    1. om te vergelijken laesie maten volgens verschillende qMRI parameters, gedrag one-way gerelateerde ANOVAs en Fisher ' s minst significante verschil post-hoc op het gemiddelde aantal voxels in de ischemische VOI en het gemiddelde aantal voxels met hoge qT 1 en qT-2. Verschillen worden beschouwd als significant bij p < 0.05. Als bolvorm veronderstellingen niet voldaan per Mauchly ' s bolvorm test, juiste aantal vrijheidsgraden en betekenis waarden volgens de schattingen van de broeikasgassen Geisser.

Representative Results

Over ratten de bloed gas profielen waren als volgt: SO2 95,8 ± 3,2%, PeenCO2 51.6 ± 2,9 mmHg en pH 7.30 ± 0,04.

Typische Dav, qT2 en qT1 beelden van een centraal segment van een representatieve rat op 4 tijd punten post MCAO worden weergegeven in de eerste 3 panelen van Figuur 1a. Beelden in de andere deelvensters van Figuur 1 tonen de automatisch gedetecteerde ischemische laesie in rood en regio's binnen de ischemische laesie met verhoogde qT1, qT2 en regio's met Voverlappen zijn getoond in groen. Van 2 h post-MCAO, regio's met hoge qT1 binnen de ischemische laesie waren aanzienlijk groter dan hoge qT2 (p < 0,01), maar geconvergeerde met de tijd (Figuur 1). De ischemische laesie door Dav was ook groter dan de regio's van hoge qT1 (p < 0,05) en qT2 (p < 0.05) in de eerste twee uur.

De afhankelijkheden van de tijd van de qMRI parameters worden weergegeven in Figuur 2. Alle parameters van de qMRI waren significante predictoren van tijd post MCAO (ΔT1: R2 = 0.71, ΔT2: R2 = 0,75, f1: R2 = 0,53, f2: R2 = 0.82, V overlappen: R2 = 0,87). Op basis van de RMSE voor elke parameter, onzekerheden gekoppeld raming van de tijd sinds begin van de lijn werden ± 37 min voor ΔT1, ± 28 min voor ΔT2, ± 47 min. voor f1, ±34 min voor f2en ±25 min voor Voverlappen. Dus, Voverlappen gaf de meest accurate schatting van de tijd sinds begin van de lijn.

TTC-verkleuring van de hersenen monsters rond 6 uur nadat MCAO gecontroleerd onomkeerbare ischemische schade overwegend in grijze stof (Figuur 1 d).

Figure 1
Figuur 1: verandering in de qMRI parameters als gevolg van ischemische beroerte in een voorbeeld-rat. (een) voorbeeld qMRI beelden over een periode van 4 h van ischemie. De eerste vier kolommen tonen Dav kaarten, qT2 kaarten, qT1 kaarten en T2 gewogen beelden respectievelijk. Overige kolommen tonen dat de Dav maps met verschillende voorstellingen van de automatisch gesegmenteerde laesies. De automatisch gedetecteerde Dav laesie is in kolom 5 in het rood weergegeven. In kolom 6 de D wordtav laesie weergegeven in rood met voxels met hoge qT2 in het groen weergegeven. In kolom 7 de D isav laesie met hoge qT1 voxels getoond in groen in rood weergegeven. In kolom 8 is de Dav laesie in rood met voxels met zowel verhoogde qT1 en qT2 (Voverlappen) getoond in groen weergegeven. (b) toont de verdeling van qT2 in de laesieav D als functie van tijd post MCAO, evenals de niet-laesie qT2 verdeling op moment nul. (c) toont de bijbehorende qT1 distributies, de aangrenzende legende met betrekking tot zowel panelen (b) en (c). (d) toont een segment van TTC gebeitste hersenen nadat het dier geofferd werd op 6 h post-MCAO. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: de relaties tussen tijd post-MCAO en qMRI parameters relevant zijn voor de timing van ischemie. (een) toont f1, (b) de f2, (c), Voverlappen, (d), ΔT1 en (e), ΔT2. Best geschikt voor elke parameter (vaste rode lijn) en RMSE bars (effen zwarte lijnen) worden weergegeven. Gestippelde lijnen vertegenwoordigen elk van de afzonderlijke 5-rats onderworpen aan MCAO. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

Het huidige protocol voor schatting van beroerte begin tijd bij ratten gebruikt kwantitatieve diffusie en ontspanning tijd MRI gegevens in plaats van signaal intensiteiten van de respectieve gewogen heer contrast beelden19. Recente gegevens wijzen op minderwaardig prestaties van afbeelding intensiteiten bij het schatten van de streek begin tijd 14,25. In de 'diffusie-positieve' beroerte laesie onze MRI-protocol biedt beroerte begin tijden van qT1 en qT2 MRI gegevens met een nauwkeurigheid van een half uurtje of zo. Het is een algemene tendens dat qT2 gegevens die van qT1 overtreft. De beste nauwkeurigheid voor begin tijd bepaling wordt verkregen uit het volume van overlappende verhoogde qT1 en qT2 (Voverlappen).

De afbeeldingen in Figuur 1 aantonen dat, hoewel de beperkte verspreiding coëfficiënt vrij lijkt uniform, regio's met abnormale qT1 en qT2 zijn ongelijkmatig verspreid binnen de ischemische laesie. Deze bevinding is in overeenstemming met eerdere opmerkingen en is waarschijnlijk te wijten aan de verschillende gevoeligheden van deze qMRI parameters aan pathofysiologische veranderingen veroorzaakt door ischemie 6. Dit suggereert qMRI parameters kunnen informatief van weefsel status en ondersteunt begrippen dat DWI overdreven ischemische schade 26schat. Inderdaad, recente preklinisch bewijs wijst naar de heterogeniteit van ischemische schade binnen diffusie gedefinieerd laesies 27. De combinatie van diffusie, qT1 en qT2 biedt dus mogelijk informatie over beroerte begin tijd en weefsel status, die beide klinisch nuttig voor behandeling besluiten met betrekking tot patiënten met onbekende begin zijn.

Voverlappen en f2 gaf de meest accurate raming van de beroerte begin tijd. Het voordeel van het kwantificeren van ontspanning keer is dat in tegenstelling tot signaal intensiteit ze ongevoelig voor inherente variaties zijn, veroorzaakt door technische factoren zoals magnetisch veld inhomogeneities en proton dichtheid 6, met inbegrip van de verwachte magnetisch veld variatie binnen de ischemische laesie 18. Verminderd van onzekerheid die is gekoppeld aan de begin tijd ramingen van qT1 en f1 zijn waarschijnlijk te wijten aan de bovengenoemde bi-phasic reactie van qT1 op ischemie, die aan de ondiepe helling van de tijd-afhankelijke qT1 bijdraagt 8,15,16te wijzigen. De MRI-gegevens weergegeven (Figuur 2) zijn in overeenstemming met eerdere werken 13,14, in dat het tijdsverloop van ontspanning tijd verschillen tussen de ischemische en contralaterale niet-ischemische hersenen voldoende zijn beschreven door lineaire functies. Het is echter belangrijk op te merken dat de onderbouwing hydrodynamische veranderingen als gevolg van ischemie niet lineaire 1,18 zijn.

Het huidige MRI protocol voor beroerte keer wordt aangetoond in ratten onderworpen aan permanente ischemie met behulp van de Longa et al. procedure 22. In onze ervaring, de Longa et al. procedure mislukt voor het opwekken van MCAO in 10-20% van de ratten, echter kunnen zoals ADC wordt gebruikt om te controleren of de aanwezigheid van ischemie, de experimenten worden beëindigd. Mislukking voor het opwekken van MCAO is vaak te wijten aan gebrekkige occluder draad. Een verdere factor resulterend in experimentele mislukkingen is dat MCAO een zware procedure die dood van maximaal 20% van de ratten tijdens een langdurige MRI-sessie.

Het protocol van de timing van het begin van lijn geldt alleen voor permanente ischemie. In rat focal ischemie met reperfusie, zal de relatie tussen Dav en1 van de qT of qT2 distantiëren Dav herstelt, maar kan niet voor qT1 en qT2 afhankelijk van duur van ischemie voorafgaand aan reperfusie 8,28. Daarnaast is de ontwikkeling van ischemische schade waarschijnlijk meer variabele in lijn patiënten als gevolg van individuele verschillen in factoren die de microcirculatie zoals leeftijd en co-morbiditeit (zoalsdiabetes, hypertensie, hart-en vaatziekten). Deze factoren beïnvloedt onvermijdelijk de tijdafhankelijkheid van de f-1en f2 V in menselijke strekenelkaar overlappen en dus moet onderzocht in klinische instellingen.

Tot slot, qMRI parameters schattingen van beroerte begin tijd op te leveren. Voverlappen en f2 kan de meest nauwkeurige schattingen op te leveren en ook informatieve van weefsel status. qMRI kan daarom zinvol zijn klinisch in termen van medeplichtigheid behandelingsbeslissingen voor patiënten met onbekende begin tijd. Een probleem hier is dat de verhouding van de grijs-naar-witte-stof in hersenen rat veel hoger dan bij de mens is, en hydrodynamica in deze weefseltypes (HLA) hersenen van 18 variëren kanworden beschouwd. Echter verder onderzoek naar de tijdafhankelijkheid van f2, Voverlappen en qT2 bij hyper acute beroerte-patiënten is gerechtvaardigd.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

BLM is een ontvanger van EPSRC PhD studententijd en ontving een reisbeurs aan Universiteit van Oost-Finland uit de School van experimentele psychologie, Universiteit van Bristol. MJK wordt gefinancierd door het Instituut van Elizabeth Blackwell en Wellcome Trust fund van de internationale strategische ondersteuning [ISSF2: 105612/Z/14/Z]. KTJ en OHJG worden gefinancierd door de Academie van Finland, UEF-Brain strategische financiering van Universiteit van Oost-Finland en door Biocenter Finland. Het werk werd gesteund door de Dunhill medische Trust [subsidie nummer R385/1114].

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Magnetic Field Strength Operation Frequency
MRI scanner Agilent, Santa Clara, CA, USA 9.4T 400.13 MHz
Linear volume transmit RF-coil RAPID Biomedical, Rimpar, Germany - 400.13MHz
Actively decoupled receive coil RAPID Biomedical, Rimpar, Germany - 400.13MHz
Rat head holder RAPID Biomedical, Rimpar, Germany
i-Stat handheld blood-gas analyzer i-Stat Co, East Windsor, NJ, USA
Pneumatic pillow breathing rate monitor SA Instruments Inc, Stony Brook, NY, USA
Rodent rectal temperarure moniring device SA Instruments Inc, Stony Brook, NY, USA
Name Company
Chemicals
Isoflurane: Attane Vet 1000mg/g Piramal Healthcare UK Ltd, Northumberland, UK
2,3,5-Triphenyltetrazolium cholide=TTC Sigma-Aldrich, Gillinham, Dorset, UK

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Siesjö, B. K. Mechanisms of ischemic brain damage. Crit. Care Med. 16, 954-963 (1988).
  2. Astrup, J., Siesjö, B. K., Symon, L. Thresholds in cerebral ischemia: the ischemic penumbra. Stroke. 12, 723-725 (1981).
  3. Hacke, W., et al. Association of outcome with early stroke treatment: pooled analysis of ATLANTIS, ECASS, and NINDS rt-PA stroke trials. Lancet. 363, 768-774 (2004).
  4. Rudd, A. G., et al. Stroke thrombolysis in England, Wales and Northern Ireland: how much do we do and how much do we need? J Neurol Neurosurg Psychiatry. 82, 14-19 (2011).
  5. George, M. G., et al. Paul Coverdell National Acute Stroke Registry Surveillance - four states, 2005-2007. MMWR Surveill Summ. 58, 1-23 (2009).
  6. Kauppinen, R. A. Multiparametric magnetic resonance imaging of acute experimental brain ischemia. Prog NMR Spectr. 80, 12-25 (2014).
  7. Moseley, M. E., et al. Early detection of regional cerebral ischemia in cats: comparison of diffusion and T2-weighted MRI and spectroscopy. Magn Reson Med. 14, 330-346 (1990).
  8. Kettunen, M. I., et al. Interrelations of T(1) and diffusion of water in acute cerebral ischemia of the rat. Magn Reson Med. 44, 833-839 (2000).
  9. Wintermark, M., et al. Acute stroke imaging research roadmap. Stroke. 39, 1621-1628 (2008).
  10. Knight, R. A., Dereski, M. O., Helpern, J. A., Ordidge, R. J., Chopp, M. Magnetic resonance imaging assessment of evolving focal cerebral ischemia. Comparison with histopathology in rats. Stroke. 25, 1252-1261 (1994).
  11. Madai, V. I., et al. DWI intensity values predict FLAIR lesions in acute ischemic stroke. PLoS One. 9, e92295 (2014).
  12. Siemonsen, S., et al. Quantitative T2 values predict time from symptom onset in acute stroke patients. Stroke. 40, 1612-1616 (2009).
  13. Jokivarsi, K. T., et al. Estimation of the onset time of cerebral ischemia using T1 and T2 MRI in rats. Stroke. 41, 2335-2340 (2010).
  14. Rogers, H. J., et al. Timing the ischemic stroke by 1H-MRI: Improved accuracy using absolute relaxation times over signal intensities. NeuroReport. 25, 1180-1185 (2014).
  15. McGarry, B. L., et al. Stroke onset time estimation from multispectral quantitative magnetic resonance imaging in a rat model of focal permanent cerebral ischemia. Int J Stroke. , (2016).
  16. Calamante, F., et al. Early changes in water diffusion, perfusion, T1, and T2 during focal cerebral ischemia in the rat studied at 8.5 T. Magn Reson Med. 41, 479-485 (1999).
  17. Gröhn, O. H. J., et al. Graded reduction of cerebral blood flow in rat as detected by the nuclear magnetic resonance relaxation time T2: A theoretical and experimental approach. J Cereb Blood Flow Metab. 20, 316-326 (2000).
  18. Knight, M. J., et al. A spatiotemporal theory for MRI T2 relaxation time and apparent diffusion coefficient in the brain during acute ischemia: Application and validation in a rat acute stroke model. J Cereb Blood Flow Metab. 36, 1232-1243 (2016).
  19. Thomalla, G., et al. DWI-FLAIR mismatch for the identification of patients with acute ischaemic stroke within 4·5 h of symptom onset (PRE-FLAIR): a multicentre observational study. Lancet Neurol. 10, 978-986 (2011).
  20. Petkova, M., et al. MR imaging helps predict time from symptom onset in patients with acute stroke: implications for patients with unknown onset time. Radiology. 257, 782-792 (2010).
  21. Hoehn-Berlage, M., et al. Evolution of regional changes in apparent diffusion coefficient during focal ischemia of rat brain: the relationship of quantitative diffusion NMR imaging to reduction in cerebral blood flow and metabolic disturbances. J. Cereb. Blood Flow Metab. 15, 1002-1011 (1995).
  22. Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20, 84-91 (1989).
  23. Nekolla, S., Gneiting, T., Syha, J., Deichmann, R., Haase, A. T1 maps by K-space reduced snapshot-FLASH MRI. J Comput Assist Tomogr. 16, 327-332 (1992).
  24. Joshi, C. N., Jain, S. K., Murthy, P. S. An optimized triphenyltetrazolium chloride method for identification of cerebral infarcts. Brain Res Brain Res Protoc. 13, 11-17 (2004).
  25. McGarry, B. L., et al. Determining stroke onset time using quantitative MRI: High accuracy, sensitivity and specificity obtained from magnetic resonance relaxation times. Cerebrovasc Dis Extra 6. 6, 60-65 (2016).
  26. Fiehler, J., et al. Severe ADC decreases do not predict irreversible tissue damage in humans. Stroke. 33, 79-86 (2002).
  27. Lestro Henriques, I., et al. Intralesional Patterns of MRI ADC Maps Predict Outcome in Experimental Stroke. Cerebrovasc Dis. 39, 293-301 (2015).
  28. Kettunen, M. I., Gröhn, O. H. J., Silvennoinen, M. J., Penttonen, M., Kauppinen, R. A. Quantitative assessment of the balance between oxygen delivery and consumption in the rat brain after transient ischemia with T2-BOLD magnetic resonance imaging. J Ceber Blood Flow Metab. 22 (3), 262-270 (2002).

Tags

Neurowetenschappen kwestie 127 hersenen beroerte magnetische resonantie beeldvorming begin tijd
Een magnetische resonantie beeldvorming Protocol voor beroerte begin tijd schatting in permanente cerebrale ischemie
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

McGarry, B. L., Jokivarsi, K. T.,… More

McGarry, B. L., Jokivarsi, K. T., Knight, M. J., Grohn, O. H. J., Kauppinen, R. A. A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia. J. Vis. Exp. (127), e55277, doi:10.3791/55277 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter