Waiting
Processando Login

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

Neuroscience

En magnetisk resonanstomografi protokoll för Stroke debut tid uppskattning i Permanent Cerebral ischemi

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

Ett protokoll för stroke debut tid uppskattning i en råtta modell av stroke att utnyttja kvantitativ magnetresonanstomografi (qMRI) parametrar beskrivs. Förfarandet utnyttjar diffusion MRI för avgränsning av akut stroke lesion och kvantitativa T1 och T2 (qT1 och qT2) avkoppling gånger för timing av stroke.

Abstract

MRT ger en känslig och specifik avbildningsverktyg för att upptäcka akut ischemisk stroke med hjälp av en nedsatt diffusion koefficient av hjärnan bevattnar. I en råtta modell av ischemisk stroke, skillnaderna i kvantitativa T1 och T2 MRI avkoppling gånger (qT1 och qT2) mellan ischemisk lesion (avgränsad av låg diffusion) och den kontralaterala icke-ischemiska halvklotet ökar med tiden från stroke uppkomst. Tid beroende av MRI avkoppling tidsskillnader beskrivs heuristiskt av en linjär funktion och ger därmed en enkel uppskattning av stroke debut tid. Dessutom öka volymerna av onormal qT1 och qT2 inom ischemisk lesion linjärt med tiden att ge en kompletterande metod för stroke timing. En (halv) automatiserad dator rutin baserat på de kvantifierade diffusionen koefficient presenteras för att avgränsa akut ischemisk stroke vävnad i råtta ischemi. Denna rutin avgör också hemisfäriska skillnader i qT1 qT2 avkoppling gånger och läge och volymen av onormal qT1 och qT2 voxlar inom lesionen. Osäkerheter som är associerad med debut tidsestimat qT1 och qT2 MRI data varierar från ± 25 min till ± 47 min för de första 5 timmarna av stroke. De mest exakta uppkomsten uppskattningarna kan vara erhålls genom beräkning av volymen av överlappande onormal qT1 och qT2 lesion volymer, kallas ' Vöverlappar' (± 25 min) eller genom att kvantifiera hemisfäriska skillnader i qT2 avkoppling gånger endast (± 28 min). Sammantaget överträffa qT2 härrör parametrar de från qT1. Det nuvarande MRI-protokollet testas i den hyperacute fasen av en permanent fokal ischemi modell, som inte får tillämpas på övergående fokala brain ischemi.

Introduction

Hjärnvävnaden är särskilt utsatta för ischemi på grund av den höga beroendet av den oxidativ fosforyleringen för ATP-syntes och begränsad energireserver. Ischemi resulterar i subtila tidsberoende Joniska förändringar i intracellulär och extracellulär utrymmen som leder till omfördelning av hjärnan vattenpooler, frisättningen av excitotoxic signalsubstanser och slutligen inledandet av destruktiva processer 1. I focal ischemia, vävnadsskada sprider sig utanför den ursprungliga kärnan om blodflödet inte återställs inom en viss tidsram 2. Tidpunkten för stroke debut är idag en av de viktigaste kriterierna i kliniska beslut för farmakoterapi av ischemisk stroke, inklusive recanalization av trombolytiska medel 3. Många patienter är således automatiskt berättigade till trombolytisk behandling p.g.a. okänd symptom debut, på grund av stroke inträffar under sömnen ('vakna stroke'), avsaknaden av vittne eller att vara omedvetna av symtom 4,5. Det krävs därför ett förfarande som bestämmer tiden för stroke debut så att sådana patienter kan övervägas för trombolys.

MRI sonder vatten i vivo. Dynamik som är allvarligt oroad över akut ischemisk energi misslyckande 6. Framför allt, minskar diffusionen av vatten regleras i translationell (termisk) rörelse av vattenmolekyler i de tidiga ögonblicken av ischemi på grund av den energi misslyckande 7. Detta resulterar i sin tur i syrefria depolarisation av neurala celler 8. Diffusion MRI (DWI) har blivit en guldmyntfot diagnostiska bildgivande modalitet för akut stroke 9. DWI signalen ökar snabbt svar på ischemi tillåter ischemisk vävnad identifieras men visar inte någon gång-beroende under de första timmarna av ischemisk stroke 10. Jämväl, kvantitativa mått vatten diffusion såsom den skenbara diffusionskoefficienten (ADC) eller tracen av den diffusion tensor (Dav) minska snabbt i ischemisk vävnad, men visar ingen relation med tiden från stroke debut i djurens stroke modeller 10 och patienter 11.

Kvantitativa MRI (qMRI) avkoppling parametrar, qT1, qT2 och qT1ρ, regleras av roterande rörelse och utbyte av vatten väteatomer och Visa komplexa tidsberoende förändringar i hjärnparenkymet efter ischemisk energi misslyckande 6. Sådana tidsberoende förändringar aktiverat stroke debut tid uppskattas i patienter 12 och djurmodeller av ischemi 13,14,15. I råtta fokal stroke, qT1ρ ökar nästan omedelbart efter ischemi uppkomsten och fortsätter linjärt för minst 6 timmar 13,14. qT1 avkoppling gånger också öka i en tidsberoende mode i ischemiska hjärnvävnaden som kan beskrivas av två tidskonstanter: en inledande snabb fas följt av en långsam fas varar i timmar 8,16. På grund av denna bifasisk ökning, kan användning av qT1 i stroke timing vara mer komplicerat än för qT1ρ MRI 15. qT2 avkoppling gånger visar också en bi-phasic förändring i råtta fokal stroke, whereby det är en initial förkortning inom den första timmen, följt av en linjär ökning med tiden 13. Den inledande förkortningen kan förklaras av två parallellt löpande faktorer inklusive: (i) uppbyggnaden av deoxyhemoglobin resulterande i den så kallade 'negativa blod syresättning nivå beroende effekt' och (ii), övergången av extracellulära vattnet till den intracellulära utrymmet 17,18. Tidsberoende ökningen av qT2 beror sannolikt på cytotoxiska och/eller vasogenic ödem med efterföljande uppdelning av intracellulära makromolekylära strukturer 18. Både qT1ρ och qT2 data ge noggranna uppskattningar av stroke debut tid i prekliniska modeller 14. qT2 12 och T2-vägda signal stödnivåer 19,20 har också utnyttjats för stroke debut tid uppskattning i kliniska inställningar.

Förutom hemisfäriska skillnader i kvantitativa avkoppling tider, kan rumslig distribution av förhöjda avkoppling gånger inom regionen ischemisk också tjäna som surrogat för stroke insättande tid 14. I råtta modeller av stroke, regioner med förhöjda qT1ρ, qT2 och qT1 avkoppling gånger initialt mindre än diffusion definieras ischemisk lesion men öka med tiden 14,15, 21. Därmed kan kvantifiering av den rumsliga fördelningen av förhöjda avkoppling gånger som en procentandel av storleken på ischemisk lesion också stroke debut tid att vara uppskattningsvis 14,15. Här beskriver vi protokollet för att fastställa stroke debut tid i en råtta modell av stroke med hjälp av qMRI parametrar.

Protocol

djur förfaranden utfördes enligt Europeiska gemenskapen rådets direktiv 86/609/EEG riktlinjer och godkänts av djur vård och användning kommittén av Östra Finlands universitet, Kuopio, Finland.

1. djur modell

  1. Anesthetize manliga Wistar råttor väger 300-400 g med isofluran i N 2 /O 2 flöde (70% / 30%) genom en ansiktsmask för varaktigheten av drift och MRI experiment. Inducera anestesi i ventilerad huva. Upprätthålla isofluran nivåer mellan 1,5 och 2,4%.
    1. Monitor djup anestesi under MRI från andas frekvens via en pneumatisk kudde under bålen. Bristen på svar att nypa reflex tas som ett tecken på tillräckligt djup för kirurgisk anestesi. Användning isofluran gatsopare bifogas en magnet tråkmåns.
  2. Utför permanent mellersta cerebral artärocklusion (MCAO) att inducera fokal ischemisk stroke. Använda intraluminal tråd modellen för MCAO och genomföra operationen enligt metoder som ges av Longa o.a. 22.
    1. lämna ockluderande tråden (kisel-PTFE härdat monofil glödtråden, diameter 0,22 mm) för varaktigheten av MRI experimentet.
  3. Analysera arteriella blodgaser och pH med en blod-analyzer.
    1. Under the MRI, övervaka andelen andning med en pneumatisk kudde placeras under bålen och rektal temperatur med hjälp av en rektaltemperatur övervakningssystem. Bibehålla en temperatur nära 37 ° C med en vatten värmedyna under bålen.
    2. Omedelbart efter MCAO, säkert råtta i en vagga i mitten av magneten bore med en råtta rakhuvudshållaren. Injicera 2 mL koksaltlösning intraperitonealt innan överföra råttorna i magneten tråkmåns.

2. MRI

  1. förvärva MRI data med hjälp av en 9.4T / 31 cm (med 12 cm lutning skäret) horisontella magnet gränssnitt till en konsol utrustad med ett aktivt frikopplade linjär volym sändare och kvadratur mottagare spole par.
  2. Skanna varje råtta för upp till 5 h inlägg MCAO. Mellanrum per timme (60, 120, 180, 240 min post MCAO), förvärva 12 congruently provtas (0,5 mm slice-gap, slice tjocklek = 1 mm, synfält = 2,56 x 2,56 cm) koronalt skivor av tracen av diffusion tensor (2.2.1.), Carr-Purcell-Meiboom-Gill T 2 ( 2.2.2.) och snabbt låg vinkel skott T 1 (2.2.3.).
    1. Erhåll tracen av diffusion tensor bilderna (D av = 1/3 spår [D]) med tre bipolära lutningar längs varje axel (varaktigheten av diffusion övertoningen = 5 ms, diffusion tid = 15 ms) och tre b-värden (0, 400 och 1400 s/mm-2 s), där Δ = 15 ms, ∂ = 5 ms, echo tid (TE) = 36 ms, upprepning tid (TR) = 4000 ms och förvärvet tid = 7.36 min.
    2. Få Carr-Purcell-Meiboom-Gill T 2 sekvensen med 12 ekon för T 2 kvantifiering, där eko-avstånd = 10 ms, TR = 2000 ms och förvärvet tid = 4.20 min.
    3. Få den snabbt låg vinkel skott (FLASH) för T 1, där tiden från inversion till första FLASH sekvensen (T 10) är (kr) 7,58 ms, med 600 ms steg om 10 inversioner upp till 5407.58 ms, TR = 5,5 ms, tid mellan inversion pulser (T koppla av ) = 10 s och förvärvet tid = 8.20 min.

3. Bildbehandling

  1. beräkning av relaxometry och ADC kartor: beräkna qT 2, qT 1 och ADC kartor med hjälp av Matlab funktioner som finns på universitetet i Bristol webbplats [DOI:10.5523/bris.1bjytiabmtwqx2kodgbzkwso0k], för som indata är en sökväg till platsen där MRI data.
    1. För T 2 data, gäller Hamming filtrering i k-space före rekonstruktionen av bilder (eller i bild domän genom faltning, med likvärdiga resultat men beräkningsmässigt mindre effektivt). Beräkna qT 2 kartor genom att ta logaritmen av varje tidsserie och lösa på en voxel-wise grund av linjära minsta-kvadratmetoden (en bi-exponentiell passform kan också utföras för de T 2 sönderfaller, men den voxel-wise F-tester tester avslöjade att voxlar i bilden som ytterligare parametrar inte kunde motiveras).
    2. För T 1 data, gäller Hamming filtrering i k-space före rekonstruktion av bilder. Utföra T 1 montering enligt metoder som anges i referens 23. För att hantera problemet med okända tecken (på grund av användning av magnitud bilder), den lägsta intensitet punkten kan vara antingen undantagna eller beräknad under montering med liknande resultat.
    3. För diffusion-viktade data, applicera Hamming filtrering genom faltning i bild domän (detta är enklare på grund av segmenterade k-space banan). Passar ADC kartor av metoden i 13.
  2. Identifiering av ischemisk vävnad
    1. identifiera ischemisk vävnad på ömsesidiga D av bilder (1/D av) eftersom detta ger tydlig kontrast för lesionen identifiering. För att generera ischemisk volymer av intresse (VOI), definiera ischemisk vävnad som voxlar med värden en median absoluta avvikelse över medianvärdet av hela-hjärnan 1/D av distributionen. För att identifiera homologa regioner i den icke-ischemiska halvklotet, återspegla den ischemisk VOI om den lodräta axeln. Manuellt justera icke-ischemisk VOIs Undvik inklusive voxlar som innehåller cerebrospinalvätska.
    2. För att fastställa förhållandet mellan qT 1 och qT 2 med tiden inlägg MCAO, för varje råtta, och tidpunkt, Ladda de ischemisk och icke-ischemisk VOIs på qT 1 och qT 2 kartor. Extrahera betyder avkoppling gånger och beräkna den procentuella skillnaden i qT 1 och qT 2 mellan hjärnhalvorna (ΔT 1 och ΔT 2) med hjälp av följande ekvation:
      < img alt = ”ekvation” src = ”/ filer/ftp_ upload/55277/55277eq1.jpg ”/ >
      där T x är den valda parametern, qT 1 eller qT 2. Equation hänvisar till den genomsnittliga avkoppling tid av den ischemiska VOI och Equation den genomsnittliga avkoppling tid i den icke-ischemisk VOI. Den icke-ischemisk VOI bör användas så att varje råtta fungerar som sin egen kontroll.
    3. Använd följande kriterier för att identifiera voxlar med förhöjda qT 1 och qT 2: någon voxlar inom den ischemisk VOI med avkoppling gånger överstiger avkoppling Mediantiden qT 1 eller qT 2 distribution i den icke-ischemisk VOI med mer än en halv-bredd högst halv-(HWMH). Dessa kriterier innebär avkoppling gånger måste vara i den 95 : e percentilen eller högre skall klassificeras som ' hög '. Användning av avkoppling mediantiden av den icke-ischemisk VOI tillåter varje råtta att fungera som sin egen kontroll.
    4. Att föreställa den rumsliga fördelningen av avkoppling tid förändringar inom regioner av minskad diffusion, identifiera och färg kod voxlar med förhöjda qT 1 eller qT 2 samt voxlar med båda förhöjda qT 1 och qT 2 kallas ' qT 1 och qT 2 överlappar '.
    5. Att bestämma storleken av lesionen enligt qT 1 och qT 2, beräkna den parameter f (som infördes genom Knight et al. 18) från MRI data förvärvas för varje råtta och tidpunkt. f 1 och f 2 företrädaret antalet voxlar med hög qT 1 eller qT 2 (respektive) i procent av storleken på den ischemiska VOI.
      1. Använd följande ekvation för beräkning av f 1 och f 2:
        Equation
        där Equation avser den avkoppling tid (qT 1 eller qT 2), Equation refererar till antalet ' hög ' avkoppling tid voxlar i den ischemiska VOI, Equation är antalet ' låg ' avkoppling tid voxlar i den ischemiska VOI och Equation, det totala antalet voxlar inom den ischemiska VOI. Kriterier för att identifiera voxlar med förhöjda qT 1 och qT 2 beskrivs i avsnitt 3.2.3. ' låg ' voxlar är voxlar med avkoppling gånger mindre än medianen qT 1 eller qT 2 av den icke-ischemisk VOI genom en HWHM. Subtraktionen av Equation möjliggör minskningar i avkoppling tider på grund av ischemi eller andra patologier 17.
      2. avgöra omfattningen av ' qT 1 och qT 2 överlappning ' genom att beräkna volymen av överlappande förhöjda qT 1 och qT 2 som en procentandel av hela hjärnan volymer, härmed kallas ' V överlappar '. Använd följande ekvation:
        Equation
        där, Equation refererar till antalet voxlar inom den ischemisk VOI med båda ' hög ' qT 1 och ' hög ' qT 2 och Equation representerar det totala antalet voxlar i hela råtthjärna. Bestämma antalet voxlar i råtthjärna genom att manuellt skapa en VOI runt hela hjärnan på qT 2 relaxometry kartor.

4. Verifiering av ischemisk Lesion med Triphenyletrazolium Chloride (TTC)

  1. omedelbart efter halshuggning, försiktigt extrahera råtthjärna från skallen. Slutföra den här proceduren inom 10 min från det att råttan halshöggs.
  2. Store hjärnor i kylda 0,01 M fosfatbuffert buffrad saltlösning (PBS) innan du använder en råtta hjärnan slicer matris avsnitt hjärnan i serial 1 mm tjock koronalt skivor.
  3. Efter snittning, inkubera varje hjärna slice i 20 mL PBS som innehåller TTC vid 37 ° C i 30 min i mörkret, som rekommenderas i 24. Även om TTC koncentration av 1% är acceptabelt, använda 0,5% för förbättrad kontrast.
    1. Täcka behållarna avsnitt i folie för att hålla den mörka.
  4. Efter inkubation, ta bort TTC lösningen med pipett och tvätta skivor i tre förändringar av PBS.
  5. Omedelbart fotografera skivor med hjälp av en standard ljusmikroskop och en digitalkamera.

5. Statistisk analys

  1. utföra statistisk analys med hjälp av Matlab och statistisk programvara.
  2. Att bestämma förhållandet mellan herr parametrar med tiden
    1. utför Pearson ' s korrelationer på poolade råtta data för att fastställa förhållandet mellan ΔT 1, ΔT 2, f 1 och f 2 och V Överlappa med tiden inlägget MCAO.
    2. För parametrar som visar ett betydande linjärt samband (p < 0,05), utför linjär minst kvadratisk regression för att avgöra om stroke debut tid kan förutsägas genom kvantifiera parametern av intresse. Använda det kvadratiska medelvärde fel (RMSE) att bedöma riktigheten av debut tidsestimat.
  3. Kvantifiering av mållesionens storlek
    1. för att jämföra lesionens storlekar enligt olika qMRI parametrar, beteende enkelriktad relaterade ANOVAs och Fisher ' s minst signifikanta skillnaden post-hoc på det genomsnittliga antalet voxlar i den ischemiska VOI och det genomsnittliga antalet voxlar med hög qT 1 och qT 2. Skillnaderna anses signifikant på p < 0,05. Om sfärisk antaganden inte uppfylls per Mauchly ' s sfärisk test, rätt frihetsgrader och betydelse värden enligt uppskattningar av växthusgaser Geisser.

Representative Results

Över råttor blod gas profilerna var följande: SO2 95,8 ± 3,2%, PenCO2 51,6 ± 2,9 mmHg och pH 7.30 ± 0,04.

Typiska Dav, qT2 och qT1 bilder från en central bit av en representativ råtta på 4 tid punkter post MCAO visas i figur 1aförsta 3 paneler. Bilderna i de andra panelerna i figur 1 visar den automatiskt upptäckta ischemisk lesionen i rött och regioner inom ischemisk lesion med förhöjda qT1, qT2 och regioner med Vöverlappar visas i grönt. Upp till 2 h post-MCAO, regioner med hög qT1 inom ischemisk lesion var betydligt större än hög qT2 (p < 0,01), men konvergerade med tiden (figur 1). Den ischemisk lesionen av Dav var också större än regioner av hög qT1 (p < 0,05) och qT2 (p < 0,05) under de första två timmarna.

Tid beroenden av qMRI parametrar visas i figur 2. Alla qMRI parametrar var betydande prediktorer för tiden inlägget MCAO (ΔT1: R2 = 0,71, ΔT2: R2 = 0,75, f1: R2 = 0,53, f2: R2 = 0,82, V överlappar varandra: R2 = 0,87). Baserat på RMSE för varje parameter, osäkerhet i samband med uppskattningar av tid sedan stroke debut var ± 37 min för ΔT1, ± 28 min för ΔT2, ± 47 min för f1, ±34 min för f2och ±25 min för Vöverlappar varandra. Således, Vöverlappar gav en så noggrann uppskattning av tid sedan stroke debut.

TTC färgning av brains prover runt 6 h efter MCAO verifierade irreversibla ischemiska skador huvudsakligen i grå substans (figur 1 d).

Figure 1
Figur 1: förändringar i qMRI parametrar på grund av ischemisk stroke i ett exempel rat. (en) visar exempel qMRI bilder under 4 h ischemi. De fyra första kolumnerna visar Dav kartor, qT2 kartor, qT1 kartor och T2 viktade bilder respektive. Återstående kolumnerna Dav kartor med olika representationer av automatiskt segmenterade lesioner. Automatiskt identifierade Dav lesionen visas i kolumn 5 i rött. I kolumn 6 D visasav lesion i rött med voxlar med hög qT2 visas i grönt. I kolumn 7 D visasav lesion i rött med hög qT1 voxlar visas i grönt. I kolumn 8 visas Dav lesionen i rött med voxlar med både förhöjda qT1 och qT2 (Vöverlappar) visas i grönt. (b) visar fördelningen av qT2 i Dav lesionen som funktion av tiden inlägget MCAO, liksom icke-lesion qT2 fördelningen på tiden noll. (c) visar motsvarande qT1 distributioner, intilliggande legenden som rör både paneler (b) och (c). (d) visar en TTC-färgade hjärnan bit efter djuret offrades på 6 h post-MCAO. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: relationer mellan tid post-MCAO och qMRI parametrar relevanta till tidpunkten för ischemi. (en) visar f1, (b), den f2, (c), Vöverlappar varandra, (d), ΔT1 och (e), ΔT2. Passar bäst för varje parameter (solid röd linje) och RMSE barer (fast svarta linjer) visas. Streckade linjer avser varje arbetsrapporter 5 råttor utsätts för MCAO. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Det nuvarande protokollet för uppskattning av stroke debut tid hos råttor använder kvantitativa diffusion och avkoppling tid MRI data snarare än signal intensiteten hos respektive vägda herr kontrast bilder19. Senaste rönen pekar sämre prestanda av bilden stödnivåer för att uppskatta stroke insättande tid 14,25. I 'diffusion-positiv' stroke lesionen vår MRI-protokollet ger stroke debut gånger från qT1 och qT2 MRI data med en noggrannhet av hälften en timme eller så. Det är en allmän trend att qT2 data utklassar som qT1. Den bästa noggrannheten för debut tid bestämning erhålls från volymen av överlappande förhöjda qT1 och qT2 (Vöverlappar varandra).

Bilderna i figur 1 visar att även den nedsatta diffusionskoefficienten verkar snarare uniform, regioner med onormal qT1 och qT2 är ojämnt spridda inom ischemisk lesion. Detta konstaterande är i enlighet med tidigare iakttagelser och beror sannolikt på olika känslighet för dessa qMRI parametrar till patofysiologiska förändringar som orsakas av ischemi 6. Detta antyder att qMRI parametrar kan vara informativ vävnad status och stöder föreställningar att DWI över uppskattar ischemisk skada 26. Ja, senaste prekliniska bevis pekar mot heterogenitet av ischemisk skada inom diffusion definieras lesioner 27. Därför ger kombinationen av diffusion, qT1 och qT2 potentiellt information på stroke debut tid och vävnad status, vilka båda är kliniskt användbara för behandlingsbeslut angående patienter med okänd debut.

Vöverlappar varandra och f2 gav de mest exakta uppskattningarna av stroke debut tid. Fördelen med kvantifiera avkoppling gånger är till skillnad från signal stödnivåer är okänslig för inneboende variationer orsakade av tekniska faktorer såsom magnetfält inhomogeneities och proton densitet 6, inklusive det beräknade magnetfältet variation inom ischemisk lesion 18. Minskad osäkerhet i samband med insjuknandet tid uppskattningar av qT1 och f1 sannolikt på grund av de ovannämnda bi-phasic Svaren av qT1 ischemi, vilket bidrar till grunt slutta av tidsberoende qT1 ändra 8,15,16. MRI data visas (figur 2) är enligt tidigare verk 13,14, däri tidsförlopp avkoppling tid skillnaderna mellan ischemisk och kontralaterala icke-ischemisk hjärnan är tillräckligt beskrivs av linjära funktioner. Det är dock viktigt att notera att underbyggnaden hydrodynamiska ändringarna på grund av ischemi inte är linjär 1,18.

Det nuvarande MRI-protokollet för stroke tiden demonstreras i råttor som utsatts för permanent ischemi med Longa et al. förfarandet 22. Vår erfarenhet, de Longa et al. proceduren misslyckas att framkalla MCAO i 10-20% av råttor, dock kan som ADC används för att kontrollera förekomsten av ischemi, experimenten avslutas förtidigt. Underlåtenhet att inducera MCAO beror ofta på ofullkomlig occluder tråd. Ytterligare en faktor som leder till experimentella fel är att MCAO är en svår procedur som orsakar döden av upp till 20% av råttor under en långvarig MRI-session.

Stroke debut timing protokollet gäller endast permanent ischemi. I råtta fokal ischemi med reperfusion, kommer att förhållandet mellan Dav och qT1 eller qT2 separera som Dav återhämtar sig, men kan inte för qT1 och qT2 beroende på löptid ischemi före reperfusion 8,28. Dessutom sannolikt utvecklingen av ischemisk skada mer variabel hos strokepatienter på grund av individuella skillnader i faktorer som påverkar mikrocirkulationen såsom ålder och komorbiditet (t.ex., diabetes, hypertoni, hjärtsjukdom). Dessa faktorer kommer oundvikligen att påverka den tid beroendet av f1, f2 och Vöverlappar med mänskliga drag och kräver utredning i kliniska inställningar.

Avslutningsvis ge qMRI parametrar uppskattningar av stroke debut tid. Vöverlappar varandra och f2 ge de mest exakta uppskattningarna och kan också vara informativ vävnad status. qMRI kunde därför vara kliniskt fördelaktigt när det gäller medhjälp behandlingsbeslut för patienter med okänd debut tid. Ett problem här är att förhållandet grå-till-vitt-frågan i råtthjärna är mycket högre än hos människor, och hydrodynamik i dessa hjärnan vävnadstyper kan variera 18. Dock ytterligare undersökning in i det tid beroendet av f2, Vöverlappar och qT2 hyper akut stroke patienter är befogad.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

BLM är mottagare av EPSRC doktorandtjänst och fick ett resestipendium till Östra Finlands universitet från School of Experimental Psychology, University of Bristol. MJK finansieras av Elizabeth Blackwell Institute och Wellcome Trust internationellt strategiskt stöd fonden [ISSF2: 105612/Z/14/Z]. KTJ och OHJG finansieras av Finlands Akademi, UEF-hjärnan strategisk finansiering från Östra Finlands universitet och av Biocenter Finland. Arbetet stöds av The Dunhill Medical Trust [licensnummer 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

Neurovetenskap problemet 127 hjärnan Stroke magnetisk resonanstomografi debut tid
En magnetisk resonanstomografi protokoll för Stroke debut tid uppskattning i Permanent Cerebral ischemi
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