Name: A seqüência de difusão na Medula Espinhal Rat Cervical (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 46 s
Description: Aprenda a obter imagens de ressonância magnética por difusão de alta qualidade na medula espinhal de ratos. Este método não invasivo caracteriza a microestrutura tecidual com gatilho respiratório e correção de artefatos.

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Agradecemos Kyle Stehlik, Natasha Wilkins, e Matt Runquist de assistência experimental. Financiado pelo Fundo de Pesquisa e Educação Initiative, um componente do Avançando um endowment saudável Wisconsin no Medical College of Wisconsin, e da Fundação Craig H. Neilsen.

NOTA: Declaração de Ética: O Cuidado Institucional e usar os comités (IACUC) da Faculdade de Medicina de Wisconsin e Clement J. Zablocki VA Medical Center aprovado todos os procedimentos. 1. Preparação animal e Monitoramento <ol><li> Anestesiar o rato numa câmara de indução, utilizando 5% de isoflurano em ar medicinal. Quando o reflexo de endireitamento está ausente e apertando a pata traseira não produz reflexo de retirada, reduzir a anestesia para 2% e transferir o animal para o scanner em uma posição propensa de cabeça. Manter isoflurano a 2% através de um dispositivo de cone do nariz ao longo do processo, e manter o ar medicinal a um caudal de cerca de 1 L / min. Aplicar uma pequena quantidade de lubrificante unguento para os olhos dos ratos para evitar danos na córnea enquanto sob anestesia. </li><li> Coloque um cinto de monitorização respiratória com segurança em torno do tronco do rato. Conecte o cinto para um sistema de gating respiratório. Antes de avançar o rato dentro do furo scanner, chec<html> k o computador monitorização respiratória para garantir o ciclo respiratório é clara e consistente. Ajuste o cinto, se necessário, uma vez que esta etapa é fundamental para a qualidade da imagem. </li><li> Monitorizar e manter a temperatura do corpo do animal a 37 ° C por meio de uma sonda rectal e sistema de aquecimento por ar quente. Manter a freqüência respiratória, entre 30-45 respirações por minuto, ajustando o nível de anestesia entre 1,2 e 2%. </li><li> Posicione o rato no suporte da cabeça com uma barra de mordida e de parafuso em barras de ouvido (Figura 1), e deslize a cabeça em uma bobina de volume quadratura até a coluna cervical está posicionado no centro da bobina. NOTA: Os ombros do rato pode impedir a progressão na bobina. </li><li> Avance o rato e titulares de apoio dentro do furo scanner. Se for o caso, ajustar a sintonia e capacitores correspondentes da bobina para a frequência adequada e impedância de acordo com as instruções fornecidas pelo fornecedor de bobina. </li></ol>e_title &quot;&gt; 2. MRI parâmetros de digitalização NOTA: Os procedimentos descritos aqui usei um 9.4 T furo horizontal sistema de animal de pequeno porte, mas são aplicáveis ​​a outras forças do campo de sistemas de ressonância magnética de animais de pequeno porte. <ol><li> Use procedimentos automatizados do sistema de MRI para detecção da frequência de ressonância, melhorando de forma iterativa a homogeneidade do campo magnético (calços), a calibração da energia de radiofrequência, e ajustamento do ganho do receptor. </li><li> Usando a interface do software do sistema, obter um plano de três olheiro varredura padrão para garantir o posicionamento correto. <ol><li> Clique em &quot;Nova verificação&quot;, selecione TriPilot, e clique no botão &quot;semáforo&quot; para adquirir as imagens. </li><li> Assegurar o centro da coluna cervical está alinhada tanto com o centro do magneto e o centro da bobina de ressonância magnética. Para centralizar a espinha dentro do ímã, empurrar ou puxar sobre o berço e readquirir a digitalização olheiro para verificação. </li><li> Para ajustar a position da coluna cervical em relação à bobina de ressonância magnética, remover o suporte do íman para reposicionamento. Se necessário, repita o processo até que a posição é consistente. Se o animal é reposicionado, repita o passo 2.1. </li></ol></li><li> Adicionar uma sequência spin-echo ponderada nova difusão eco-planar (DtiEpi) com o protocolo de imagem atual. <ol><li> Configurar e adquirir difusão imagens ponderadas com a sequência de DWI usando as configurações padrão, exceto para o seguinte: </li><li> Abra a posição interface gráfica fatia de prescrever 12 fatias com uma espessura de 0,75 mm. Orientar as fatias perpendicularmente ao eixo principal do segmento cervical. Assegurar o posicionamento fatia consistente entre animais diferentes ou em diferentes sessões de imagem utilizando a base do cerebelo como uma referência interna. </li><li> Defina as bandas de saturação para &#39;On&#39;. Posição 4 bandas de saturação com uma espessura de 10 mm do lado de fora da medula espinal para minimizar o sinal a partir desses tecidos ereduzir o seu potencial para induzir estruturas (Figura 3). Definir gating respiratório (&#39;módulo trigger&#39;) para &#39;on&#39;. NOTA: O gating custom respiratória requer conhecimento e experiência em programação seqüência de pulsos. Se este não está disponível, uma solução consiste em reduzir o número de fatias de 3-5 e o TR a 1 s para assegurar que todas as fatias são obtidos em entre respirações do animal. Repita a seqüência completa com o outro subconjunto de fatias para obter a cobertura completa da medula cervical. </li><li> Clique no ícone da caixa de ferramentas e, em seguida, clique em &quot;Editar método.&quot; Definir o número de segmentos do PAV a 4. Mude a direção de codificação de fase para a esquerda-direita. Outras configurações padrão devem ser: echo espaçamento = 0,3234 ms, comprimento total de trem eco por segmento EPI = 32. NOTA: A codificação de fase definida como a direcção da esquerda para a direita em vez de ântero-posterior irá reduzir a contaminação de movimento a partir de outras estruturas. </li><li> Use as seguintes geometriconfigurações de cal. Tamanho da matriz = 128 x 128, e no plano de campo de visão = 25,6 x 25,6 milímetros, resultando numa resolução espacial no plano x 0,200 = 0,200 milímetros. Certifique-se de espessura de corte = 0,75 mm. Ordem Slice = &#39;intercalados&#39;, gap fatia = 0 mm. </li><li> Use as seguintes configurações de ponderação de difusão: DW modo medida = &#39;DW contraste &quot;, duração gradiente de difusão (δ) = 7 ms, separação gradiente de difusão (Δ) = 12 ms, o número de valores de b = 8, desejados b valores = 0 , 250, 500, 750, 1.000, 1.500, 2.500, 3.500 mm / s 2, o número de instruções de difusão = 2, pesando difusão instruções = [1 0 0] e [0 0 1] (a ser feita nos planos paralelos e ortogonal ao eixo da medula espinal). NOTA: Com essas configurações, conseguimos b valores tão altos como 3.500 s / mm 2. Especificações de hardware e outras características de desempenho do sistema pode limitar o valor b, sendo que a duração gradiente de difusão (δ) e separação por gradiente de difusão (Δ) são dependentes do gdesempenho radient, que no nosso sistema foram: (a força máxima gradiente: 440 mt / m, taxa de variação máxima: 3.440 T / m / s). Para medições de curtose, B-2 valores, com o valor de b maior de pelo menos 2.000 s / mm 2, são recomendados. </li><li> Use as seguintes configurações de sincronização. tempo de eco (TE) = 27 ms (ajustado no mínimo, inserindo 0), tempo de repetição (TR) = 1.800 ms. </li></ol></li><li> Adquirir a sequência preparado. Com os parâmetros listados acima, o tempo total da aquisição é de aproximadamente 25 min. </li><li> Ao longo de todas as análises, controlar o software de gating respiratório e ajustar o período de atraso entre o &quot;gatilho&quot; (software de detecção de validade) e o sinal para o sistema MRI, de modo que as aquisições ocorrer apenas na porção quiescente (imóvel) do ciclo respiratório (Figura 2a, parcela estável de linha cinza). Um atraso do disparo entre 100-400 mseg é necessário, dependendo da respiração do animal padrão. Isso vai ajudar a reduzir o artifatos que ocorrem com o movimento respiratório (Figura 3e). </li><li> Se estiver disponível, repetir a seqüência com o costume &quot;blips reverter&quot; definida como &#39;on&#39;, o que requer um adicional de 25 minutos de tempo de aquisição. NOTA: Se o costume &#39;reverse-blip&#39; seqüência 9 (necessário para correção de susceptibilidade artefato durante a Etapa 3) não está disponível, apenas uma única direção codificação fase EPI é possível, enquanto a modificação seqüência blip invertida permite a escolha da direção codificação fase (à direita -para-esquerda ou da esquerda para a direita). </li><li> Quando imaging for concluída, remover o animal do titular e devolvê-lo à sua gaiola. Não deixe um animal sem supervisão até que ele recuperou a consciência suficiente para manter decúbito esternal. </li></ol> Processamento 3. Imagem <ol><li> Exportar dados do sistema em formato DICOM diretamente do sistema (preferível) ou converter os dados para o formato NIfTI usando custom ou thirsoftware d-party. </li><li> Execute susceptibilidade correção artefato. <ol><li> Extraia o b = 0 volumes de cada digitalização em um único arquivo, usando utilitários fornecidos com FSL ou outros pacotes de software de ressonância magnética. Um arquivo para cada sentido codificar fase é necessária. NOTA: Por exemplo, se cada varrimento consistia de 8 varrimentos de diferentes valores de b com ponderação de difusão na direcção transversal, seguido por 8 varrimentos de ponderação de difusão na direcção longitudinal, o ficheiro de imagem contém b = 0 varreduras em 1 o r e 9ª volumes, e pode ser extraído e montada com o seguinte código shell: fslroi $ {up} _dwi_masked.nii.gz temp1 0 1 fslroi $ {up} _dwi_masked.nii.gz temp2 8 1 fslroi $ {down} _dwi_masked.nii.gz TEMP3 0 1 fslroi $ {down} _dwi_masked.nii.gz Temp4 8 1 fslmerge -t blip_both temp1 temp2 TEMP3 Temp4 (Em que, neste caso, para cima e $ $ baixo estão os scans com normal e reversa instruções codificam fase, respectivamente). </li&gt; <li> Use o comando &#39;topup&#39; em FSL 10,11 para criar um arquivo corrigido com redução de artefatos de distorção de imagem. Aplique esta correcção às imagens DWI-primas a serem utilizadas para a criação de mapas de parâmetros. NOTA: As instruções de utilização do comando pode ser encontrada em <a href="http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide">http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide</a> . Exemplo de código a usar o comando, neste caso, é a seguinte: topup --imain = blip_both_nlmf_b0images_masked.nii --datain = .. / topup_data.txt --config =. / b02b0_ratspine.cnf --out = topup_splines_nlmf --iout = $ out --verbose --logout = topuplog.log dwiup = `ls $ {up} * dwi_nlmFilt.nii` = dwidown `ls $ {down} * dwi_nlmFilt.nii` applytopup --imain = $ {dwiup}, $ {} dwidown --datain = .. / topup_data.txt --method = jac --inindex = 1, $ ind --topup = topup_splines_nlmf --out = DWI _ $ {out } -v Copie e editar o arquivo padrão em $ {} FSLDIR /etc/flirtsch/b02b0.cnf para o spin ratoai cabo, reduzindo cada um dos valores nas linhas --fwhm --warpres e por um factor de 10. </li></ol></li><li> Se as imagens com ponderação difusão são adquiridos ao longo de pelo menos 6 direções não ortogonais (usando um esquema DTI em Paravision ou um design personalizado similar), use os pacotes de software, tais como Diffusion Toolbox 12 ou Camino da FSL 13 para calcular mapas de parâmetros DTI padrão. Se não, utilizar um procedimento de geração de métricas de costume úteis, que emprega ponderação difusão apenas ao longo de duas direcções, por exemplo, como indicado nos passos 3.4 a frente. </li><li> Carregar o arquivo DWI corrigido emitido por TopUp em fslview e selecione &quot;File -&gt; Criar Mask&quot; a partir do menu. Utilize as ferramentas de lápis para desenhar uma região de interesse dentro de um tipo de tecido (por exemplo, GM, WM dorsal, ou ventrolateral WM). Salve este arquivo e repita para quaisquer outros ROIs desejados para usar mais tarde. NOTA: outros procedimentos para ROIs segmento da medula espinhal foram documentados 14,15 </sup&gt; e pode ser preferível para usuários avançados. </li><li> Use o arquivo de ROI para mascarar o arquivo DWI e depois calcular a média do sinal dentro do ROI para cada volume de imagem usando o seguinte comando: fslstats -t DWI_corrected.nii.gz -k GM_mask.nii.gz -M </li><li> Copie os 8 primeiros resultados em programa de computação numérica como MATLAB, como um vetor para o sinal transversal (por exemplo, chamá-lo sig_T), eo segundo 8 resultados como um vetor para o sinal longitudinal (sig_L), onde 8 é o número de b- Os valores utilizados. <ol><li> Copie os valores de B, em um programa de computação numérica como um vetor de 8 valores-B. Os valores-B para as direcções transversais e longitudinais foram idênticos. Se possível, o valor b-benefício, ao invés do valor nominal b, deve ser obtido a partir do scanner, que está listado na janela de parâmetros do passo 2.3.5 como &quot;Valor eficaz B&quot;. </li><li> Use curva toolbox montagem do programa de computação numérica para caber o sinal vs. dados b-valor para poe modelo desejado digitando cftools no prompt de comando. Para fazer isso, clique em &quot;Data ...&quot; e selecione os vetores de sinal como data-y e os valores-B como dados-x. Clique em &quot;Fitting ...&quot; e em &quot;Tipo de ajuste&quot; escolher &quot;Equação personalizada&quot; e clique em &quot;New&quot; e &quot;Equações gerais&quot; para inserir uma equação para a montagem. </li></ol></li><li> Para ajustar ao modelo de difusão standard, entram na equação: S0. * Exp (-x. * D) &quot;(1) </li><li> Para caber a um modelo que inclui a difusão e um termo de segunda ordem (kurtosis; K) para medir o desvio da difusão gaussian 16, entram na equação: S0. * Exp (-x. * D + (1/6). * (X. * D). ^ 2. * K) &quot;(2) </li><li> Clique em &quot;OK&quot; e &quot;Aplicar&quot;. Observar os valores estimados para diffusivity (D) e curtose (K) na janela de saída. No &quot;conjunto de dados:&quot; selector, selecione os dados sig_T (ou sig_L) para uso com a equação (1)ou (2) e clique em &quot;Aplicar&quot;. </li><li> Calcule o índice de anisotropia (AI), utilizando o transverso e difusividades longitudinais: AI = (D L D T) / (D L + D T) (3) Isto é análogo à anisotropia fracionada (FA) calculado a partir do modelo de DTI. Um índice de anisotropia para curtose também pode ser calculado usando transversal e longitudinal curtose em lugar de difusividade. Nota Este método indica os valores de parâmetros do modelo, tais como K T, D T, etc. Também é possível usar a operação de linha de comando da caixa de ferramentas de ajuste de curva em cada voxel dentro da coluna vertebral para criar um mapa de cada parâmetro do modelo . Métodos de montagem alternativos podem ser utilizados e estão detalhados em outro lugar. 17 </li></ol>

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</ol>

Taxas de publicação deste artigo foram parcialmente patrocinado pela Bruker Corporation.

As técnicas descritas aqui pode fornecer difusão de alta qualidade imagens ponderadas de medula espinhal de ratos in vivo. A qualidade da imagem depende de muitos factores, mas a medula espinhal tem vários problemas únicos que são importantes. Movimento é um problema importante que se não for corrigido, irá resultar em imagens inutilizáveis. Assim, requer um acompanhamento atento durante a sessão de ressonância magnética. Se artefatos de imagem são observadas no exame inicial que são consistentes com o movimento, parar a aquisição e tomar medidas para eliminar os artefatos, uma vez que estes são difíceis de remover no pós-processamento. Verifique se o computador respiratório recebe um sinal forte, regular a partir da unidade de monitorização respiratória. O cinto de respiração pode necessitar de ser ajustado para a tensão correcta, que fornece um sinal consistente, mas não restringir a respiração do animal. Manter o nível adequado de anestesia em todos os momentos; 1,5-2,0% de isofluorano foi usado na nossa experience. Da mesma forma, a redução no movimento global do animal e a coluna vertebral é um outro aspecto importante para fornecer imagens sem efeitos artificiais. Ao contrário da medula espinhal humana, que experimenta movimento significativo causado pela pulsação CSF relacionada com o ciclo cardíaco, pulsação CSF no roedor é predominantemente associada ao ciclo respiratório 18. Embora seja difícil de eliminar completamente todos os movimentos no cabo, isto é particularmente importante para reduzir o movimento na medida do possível, o que é muitas vezes conseguida através de tentativa e erro. Além disso, os ratos com várias lesões neurológicas ou doenças respiratórias podem ter taxas anormais ou outras complicações fisiológicas que podem exigir adaptação dos procedimentos aqui descritos. As modificações na sequência de pulso para gating respiratório, além de procedimentos de reconstrução de imagem adaptados para esta finalidade, minimizar os efeitos de distorção causadas por campos magnéticos não homogéneos que não podem ser removed por ajustes realizados no sistema de ressonância magnética. Do mesmo modo, a qualidade da imagem depende da duração de tempo de imagem. No nosso exemplo, limitando o número de coeficiente de difusão ao longo apenas duas direcções permitiu uma redução no tempo total de imagiologia. A limitação dessa abordagem é que ela não é mais compatível com a análise tensor completo (DTI), que é a norma para muitos outros estudos. Alternativamente, a utilização de menos médias e mais instruções de difusão ou valores de b pode permitir uma melhor caracterização, mantendo ao mesmo tempo de aquisição. Estudos anteriores demonstraram que a abordagem 2-sentido proporciona informação consistente com a 6-sentido (DTI) abordagem 19, mas deve ser tomado cuidado para assegurar que as fatias (e indicações de difusão) estão orientadas precisamente ao longo e perpendicular ao cabo. No entanto, a aquisição de vários valores-b permite uma melhor caracterização e montagem de curtose matemática e é recomendada a utilização de mais de um único b-Value. Além disso, a sequência completa foi repetido com uma direcção de codificação de fase inversa o que diminui os efeitos do campo magnético artefactos de susceptibilidade, e melhora a qualidade da imagem por meio de cálculo da média global. Por fim, a resolução da imagem usada em nosso protocolo prevê uma separação clara entre a substância branca e cinzenta. As imagens com maior resolução são possíveis, embora isso muitas vezes vem à custa de tempos de varredura mais longos ou o potencial para mais artefatos. Melhorias na bobinas de radiofreqüência, seqüências de pulsos, e métodos de pós-processamento, todos eles terão o efeito de melhorar a imagem da medula espinhal em futuras adaptações deste método. Por exemplo, bobinas de superfície pode ser benéfico para uma melhor qualidade de imagem semelhante ao observado em ratinhos. 20 Estas medidas têm uma alta probabilidade de serem úteis como marcadores para o diagnóstico clínico e tratamento de lesões da medula espinal.

A ressonância magnética (RM) é uma ferramenta não invasiva que fornece uma janela para o cérebro ea medula espinhal na saúde e na doença. MRI revolucionou o diagnóstico clínico, mas também é uma ferramenta valiosa para a investigação laboratorial. Os modelos animais de lesão neurológica ou doença fornecer uma plataforma para entender a fisiopatologia e acelerar a descoberta de terapias. Neste relatório, nós demonstrar a aplicação da ressonância magnética para um modelo de rato de lesão da medula espinhal para investigar potenciais biomarcadores de lesão microestrutural 1 usando tensor de difusão (DTI). O potencial de descoberta de biomarcadores imaging vai ajudar no diagnóstico e tratamento de pacientes com lesão medular. Estes marcadores são susceptíveis de desempenhar um papel na descoberta de terapias em modelos pré-clínicos e possibilitando a observação ou prognóstico em sua tradução para o contexto clínico. DTI é uma forma especializada de MRI que mede movimento microscópico demoléculas de água (isto é, difusão). DTI tem sido particularmente vantajosa no sistema nervoso devido à presença de axónios em que a difusão é desproporcionalmente mais rápido ao longo dos axónios que perpendicular a elas, que fornece informações sobre a sua orientação e composição microestrutural. Índices escalares derivados de DTI, incluindo uma medida da difusão dentro do tecido geral, a difusividade (MD), e uma medida da dependência da orientação difusão significa, anisotropia fracionada (FA) 2,3, visto ter aplicações extensas na caracterização da microestrutura do sistema nervoso na saúde e na doença 4. Essas métricas têm revelado características microscópicas dos tecidos que são invisíveis através da maioria dos outros métodos de ressonância magnética. Esforços anteriores demonstraram que DTI detecta alterações microestruturais remotos dentro do cordão cervical seguinte torácica SCI em ratos 1. As mudanças DTI remotos a partir da lesão provavelmente refletem como todo o res da medula espinhallagoas a lesão, e são potencialmente um marcador de lesão secundária. Imaging o medula espinhal de ratos in vivo apresenta vários desafios únicos. Mais notavelmente, a medula espinhal é afetada pelo movimento respiratório e requer muita atenção para minimizar movimento usando vários métodos. Em estudos anteriores, os dispositivos de imobilização removido movimento da coluna vertebral durante a verificação, 5. Para imagiologia de medula cervical, nós utilizamos contenção física sob a forma de um suporte de cabeça e barras de ouvido, que atenua, mas não elimina o movimento provocado pela respiração. Além disso, nós utilizamos um sistema personalizado de gating respiratório para sincronizar a aquisição de imagens com o ciclo respiratório de uma maneira eficiente. Estas modificações permitem que a remoção dos artefactos de outra forma causados ​​pelo movimento de grandes quantidades em grande escala causada pela respiração 6. DWI é altamente sensível ao movimento microscópico, incluindo o fluxo de CSF e da pulsação sanguínea, e essas fontes de menor dimensão do movimento contamination também são atenuadas por gating o esquema respiratório. Além disso, a medula espinhal tem uma pequena área da secção transversal e representa apenas uma fracção do campo de visão. No caso da imagiologia coluna cervical, em que a medula espinal está situado no fundo do corpo do animal, de uma bobina cilíndrica de radiofrequência com uma penetração de sinal adequada é necessária para a imagem da medula espinhal cervical com alta resolução. A redução do campo de visão é conseguida por supressão do volume exterior (OVS), que também serve para cancelar, ou estragar, o sinal a partir de tecidos fora da medula espinhal. Este método, chamado de gradientes de spoiler ou supressão de volume externo, também serve para reduzir a contaminação de movimento residual animal, fluxo CSF, ou pulsação arterial dentro desses tecidos. O arranjo da medula espinal, também podem ser exploradas para simplificar o protocolo de imagiologia. Os axónios da medula espinal na matéria branca (WM) são quase todos orientados paralelamente ao eixo principal da medula espinhal. Thnós, enquanto DWI do cérebro requer medidas ao longo de pelo menos 6 direções para assegurar os resultados não dependem da posição dentro do ímã (um processo chamado de tensor de difusão de imagem), as medições na medula espinhal podem ser adquiridos somente ao longo de duas direções paralelas e perpendicular ao cabo de 7,8, a seguir designado longitudinal e transversal, respectivamente. Assim, a difusividade e outros parâmetros são medidos ao longo das duas direcções, separadamente e em permitir inferências a microestrutura do tecido na saúde e na doença ou lesão.

<table><tbody>Scanner respiratório <tr><td></td><td>Bruker</td><td>Biospec SAIP400 94</td>/30 USR <td></td></tr><tr><td>do sistema gating respiratório</td> do SA <td>dos instrumentos</td><td>1030</td><td></td>do sistema gating</tr> do <tr><td>RF da imagem latente pequena</td><td></td><td></td> animal do RF <td></td></tr></tbody></table>

a seqüência de difusão na medula espinhal rat cervical

Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

A ressonância magnética (RM) é a abordagem de última geração para avaliar o estado da medula espinhal de forma não invasiva e pode ser usada como ferramenta diagnóstica e prognóstica em casos de doença ou lesão. A imagem ponderada por difusão (DWI) é sensível ao movimento térmico das moléculas de água e permite inferências da microestrutura do tecido. Este relatório descreve um protocolo para adquirir e analisar DWI da medula espinhal cervical de ratos em um sistema animal de pequeno calibre. Ele demonstra uma configuração de imagem para o animal vivo anestesiado e recomenda um protocolo de aquisição de DWI para imagens de alta qualidade, que inclui estabilização da medula e controle do movimento respiratório. Medidas com ponderação de difusão em diferentes direções e magnitudes (valores b) são usadas. Finalmente, vários modelos matemáticos do sinal resultante são usados para derivar mapas dos processos de difusão dentro do tecido da medula espinhal que fornecem informações sobre a medula normal e podem ser usados para monitorar processos de lesões ou doenças de forma não invasiva.

Procedimentos adequados para minimizar artefatos de movimento resultar em difusão de alta qualidade imagens ponderados do rato cervical da medula espinhal. Usando gating custom respiratória (Figura 2), saturando sinal indesejado a partir de tecidos fora da coluna vertebral (Figuras 3B &amp; C), e no campo de correção de distorção susceptibilidade magnética produz imagens ponderadas em difusão como as figuras 4 e 5. Imagens impróprias ou não-fechado vai levar a artefatos na forma de fantasmas (Figura 3E), enquanto gating correto é livre de artefatos. A inspeção visual das imagens ponderadas difusão através da 12 fatias revela características da medula espinhal que se relaciona com sua microestrutura. Especificamente, a difusão mais rápida nos resultados dos tecidos em maior perda de sinal em imagens ponderadas de difusão, que é agravada com maior ponderação difusão (b-valor). Com ponderação difusão realizada perpendicular para o eixo da medula espinal, a matéria branca ao longo da periferia do fio aparece brilhante, uma vez que a difusão é lenta e restrita perpendicular aos axónios. Em contraste, a matéria cinzenta dentro da região central do cabo aparece mais escura, uma vez que ele é composto de axónios e corpos celulares que não estão todos alinhados ao longo de uma única direcção. Em comparação, a ponderação de difusão na direção resultados paralelos na substância branca com uma aparência mais escura, uma vez que a difusão é rápido ao longo dos axônios, enquanto a massa cinzenta é relativamente brilhante. É importante notar que os difusão ponderada imagens separadas são mostrados para diferentes valores de b, uma vez que as direcções paralelas e perpendiculares têm o melhor contraste entre matéria branca e cinzenta a valores de b diferentes. Combinando todas as imagens de difusão ponderada usando formalismos matemáticos permite mapas dos parâmetros de difusão a ser mostrado. Os sinais médios da matéria branca e cinzenta, são plotados contra o diffator de ponderação de fusão (b-value) para as direções paralelas e perpendiculares. Estes dados quantitativa reforça as imagens ponderadas de difusão mostrados na Figura 4. Especificamente, a matéria branca tem uma forte dependência da direcção do coeficiente de difusão (longitudinal ou transversal), ao passo que a matéria cinzenta é menos dependente da direcção. Da mesma forma, o sinal de encaixe em cada voxel usando a equação de difusão de curtose rendimentos quantitativos mapas de parâmetros de difusão (Figura 6B), que põem em evidência esta mesma dependência. A massa branca tem um alto grau de anisotropia, tanto para a difusão (AID) e medidas de curtose (AIK). Assim, a difusão transversal e curtose revelar a microestrutura subjacente da medula espinal que é conhecido a partir de estudos histológicos. Estes parâmetros de difusão, que são adquiridas ao vivo, mas anestesiados animais, refletir propriedades microscópicas dos tecidos, como a densidade de axônios e diâmetro. Alterações namedidas si causados ​​por lesões e doenças será útil para noninvasively avaliar as conseqüências da lesão e os efeitos das terapias promissoras. A difusão de imagem ponderada da medula espinal de rato cervical pode, portanto, tornar-se uma ferramenta para estudos pré-clínicos de lesão da medula espinal e doenças da medula espinal. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig1highres.jpg" /> Figura 1:. Desenho da bobina e o suporte para a medula espinhal cervical MRI Uma bobina volume de quadratura personalizado (Doty Scientific Inc) foi usado para a imagem da coluna cervical, com elevada sensibilidade e uniformidade. Anestesia e ar medicinal são entregues pelos portos de gás indicadas para o cone de nariz, a qual se encaixa confortavelmente em torno do nariz do rato. E o excesso de gás exalado é capturado pela linha de escape sob ligeiro vácuo. O chefe do rato é protegido com o bar mordida colocadas em torno dos incisivos eo delic barras de ouvido colocadosately dentro do canal auditivo. Outros componentes de monitoramento fisiológicos, incluindo o monitor respiratório e sonda de temperatura não são mostrados. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig2highres.jpg" /> Figura 2: Esquema de gating respiratório. Um traço típico respiratória (cinzento) e gatilho (vermelho) a partir da unidade de propagação são mostrados esquematicamente (A). Na aplicação típica de gating (B), um único gatilho é utilizado para adquirir todas as fatias (linhas verticais; 12 mostrado aqui), por vezes uniformemente espaçados no tempo de repetição (TR). Se o TR excede o período típico, várias fatias podem ocorrer durante uma respiração e ser susceptível de movimento (vermelho). No esquema modificado (C), um subconjunto de fatias são adquiridos rapidamente após o gatilho (6 mostrado aqui), seguido por um atraso, com as outras fatias adquiridas após o gatilho subsequente. Efetivamente, A TR é idêntica entre os dois regimes, reorganizando os atrasos na sequência. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig3highres.jpg" /> Figura 3:. Posicionamento fatia MRI, bandas de saturação e controle de movimento Doze cortes axiais foram dispostos a imagem olheiro (A) com a fatia mais anterior posicionado a uma distância consistente a partir da interseção do tronco cerebral e cerebelo diante. Bandas de saturação (B) foram adicionados a eliminar sinal indesejável fora da área de interesse. Uma imagem sem ponderação de difusão (C) e um com ponderação de difusão (D) com o esquema de gating personalizado empregada mostram claramente a anatomia do cabo e é livre de artefatos. Com o esquema não otimizado gating ou gating respiratório imprópria, de difusão de imagens ponderadas mostrar artefatos (E) como uma perda<html> de sinal dentro do cordão, ou múltiplos &quot;fantasmas&quot; fora do cabo que vai posterior análise corrupto. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig3large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig4highres.jpg" /> Figura 4:. Representativas de difusão imagens ponderadas Usando as optimizações descritas no texto, imagens ponderadas de difusão de alta qualidade foram obtidos com ponderação difusão transversal aplicada (A) e longitudinal (B) em relação ao eixo principal da medula espinal. Valores diferentes B são mostrados para cada direção que proporcionar o melhor contraste entre a substância branca e cinzenta para fins ilustrativos. Para cada direção ou b-valor, todos os 12 fatias foram adquiridas em aproximadamente 90 segundos.<html> carga / 52390 / &quot;target =&quot; _ 52390fig4large.jpg blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig5highres.jpg" /> Figura 5:. Invertida processo de correção de fase-codificar A coluna esquerda mostra uma única fatia fotografada com a sequência de DWI, conforme descrito neste (&quot;blip up&quot; imagem) protocolo. A coluna do meio mostra a sequência adquiriu uma segunda vez com o &quot;reverso blips&quot; definido para &#39;on&#39;. Note como recursos que aparecem esticadas na primeira imagem apareça comprimido na coluna do meio. A coluna da direita mostra as imagens de difusão ponderada corrigidas usando TopUp. A linha superior é a difusão não-imagem ponderada, a linha do meio é um exemplo utilizando a ponderação de difusão aplicada na direcção transversal, e a linha inferior é um exemplo utilizando a ponderação de difusão aplicada na direcção longitudinal.&quot;target =&quot; _ //www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig5large.jpg blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig6highres.jpg" /> Figura 6:. Mapas de difusividade e curtose computadorizada O sinal normalizado (intensidade de imagem) é representado graficamente (A) como uma função de ponderação de difusão (b-valor) para a transversal (T) e direcção longitudinal da codificação (L) difusão. Mapas de alta qualidade (B) da difusividade (D), curtose (K), e anisotropia (AI) são calculados a partir do sinal em cada voxel e revelam características únicas do tecido da medula espinhal. Especificamente, há clara diferença de parâmetros entre a substância branca e cinzenta, assim como as diferenças regionais nas regiões de substância branca. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig6large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para vi</a>ew uma versão maior desta figura.

O objetivo deste protocolo é obter ressonância magnética ponderada por difusão (DWI) de alta qualidade da medula espinhal de ratos para caracterização não invasiva da microestrutura tecidual. Este protocolo descreve otimizações da sequência de ressonância magnética, bobina de radiofrequência e métodos de análise para permitir imagens DWI livres de artefatos.

A seqüência de difusão na Medula Espinhal Rat Cervical

Magnetic resonance imaging (MRI) is the state of the art approach for assessing the status of the spinal cord noninvasively, and can be used as a ...

O objetivo geral deste procedimento é obter imagens de ressonância magnética ponderadas por difusão de alta qualidade da medula espinhal de ratos para caracterização não invasiva da microestrutura tecidual. Isso é realizado primeiramente preparando um rato no scanner de RM com imobilização adequada e monitoramento respiratório. O segundo passo consiste em realizar um exame personalizado de RM ponderada por difusão com sincronização respiratória.Em seguida, as imagens são corrigidas quanto a artefatos de suscetibilidade. O passo final consiste em ajustar o sinal de RM a um modelo matemático. Por fim, a comparação dos parâmetros do modelo dentro de regiões de interesse é utilizada para evidenciar propriedades da microestrutura tecidual.A principal vantagem desta técnica em relação a métodos existentes, como a varredura ex vivo, é que ela pode ser traduzida para a clínica com fins diagnósticos. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais sobre lesões medulares, como a identificação de mecanismos de lesão secundária e o prognóstico de recuperação. A demonstração do procedimento será feita por Natasha Wilkins e Matt Renquist, técnicos do meu laboratório, antes da realização das etapas deste protocolo.Primeiro, obtenha a aprovação dos comitês institucionais apropriados de cuidado e uso para todos os procedimentos. Comece anestesiando a rata em uma câmara de indução usando 5% de isoflurano em ar medicinal. Quando os reflexos de retirada da pata e de contração estiverem ausentes, reduza a anestesia para 2%. Em seguida, transfira o animal para a maca do escâner em posição prona com a cabeça primeiro.Mantenha 2% de ISO (isoflurano) com fluxo de flúor por meio de um cone nasal durante todo o procedimento e mantenha o fluxo de ar médico em aproximadamente um litro por minuto. Além disso, aplique uma pequena quantidade de pomada lubrificante nos olhos da rata para evitar danos à córnea durante a anestesia. Coloque uma faixa de monitoramento respiratório firmemente ao redor do tronco da rata e conecte-a a um sistema de sincronização respiratória.Verifique o computador de monitoramento respiratório para garantir que o ciclo respiratório esteja claro e consistente. Ajuste um cinto, se necessário, pois esta etapa é imperativa para a qualidade da imagem. Utilize um sistema de aquecimento a ar quente e monitore, mantendo a temperatura corporal do animal por meio de uma sonda retal, assegurando que seja mantida a 37 graus Celsius.Mantenha a frequência respiratória entre 30 e 45 respirações por minuto ajustando o nível de anestesia entre 1,2 e 2%. Agora, posicione a rata no suporte craniano com uma barra de mordida e parafuse as barras auriculares, deslizando a cabeça para dentro de uma bobina volumétrica em quadratura até que a coluna cervical esteja posicionada no centro da bobina. Por fim, avance a rata e os suportes auxiliares para dentro do orifício do scanner, se aplicável, ajuste os capacitores de sintonia e casamento da bobina para a frequência adequada e a impedância de acordo com as instruções do fabricante. Adquira uma varredura de orientação padrão em três planos para garantir o posicionamento correto.Esta primeira varredura ativa os procedimentos automatizados do sistema de ressonância magnética para detecção da frequência de ressonância, ajuste de shim, calibração da potência de radiofrequência e ajuste do ganho do receptor. Verifique se o centro da coluna cervical está alinhado com o centro do ímã e com o centro da bobina de ressonância magnética. Em seguida, adicione uma sequência eco de plano por difusão ponderada em eco de spin ao protocolo de aquisição por imagem.Utilizou-se as configurações padrão da sequência, mas prescreveram-se 12 cortes com espessura de corte de 0,75 milímetro, orientando-os perpendicularmente ao eixo principal da medula cervical. Utilize a base do cerebelo como referência interna para garantir posicionamento consistente dos cortes entre os animais e entre sessões. Ative as bandas de saturação.Em seguida, posicione quatro bandas de saturação com espessura de 10 milímetros fora da medula espinhal para minimizar o sinal proveniente desses tecidos e reduzir seu potencial de induzir artefatos. Além disso, certifique-se de ativar o sincronismo respiratório. Agora, configure a sequência utilizando as configurações de espera de difusão conforme exibido na tela aqui.Em seguida, inicie a aquisição. O tempo total de aquisição será de aproximadamente 25 minutos ao longo dos exames. Monitore o software de sincronização respiratória e ajuste o período de atraso entre o gatilho e o sinal para o sistema de RM, de modo que as aquisições ocorram apenas na fase quiescente do ciclo respiratório.Observe que um atraso de disparo entre 100 e 400 milissegundos será necessário, dependendo do padrão respiratório do animal. Isso ajudará a reduzir artefatos que ocorrem com o movimento respiratório. Se disponível, repita a sequência com os blips reversos personalizados ativados ao finalizar a aquisição de imagens.Retire o animal do suporte e devolva-o à sua gaiola. Monitore o animal até que ele tenha recuperado a consciência. Para manter a posição esternal.Inicie o processamento de imagem realizando primeiro a correção do artefato de suscetibilidade. Em seguida, extraia os volumes com B igual a zero de cada aquisição para um único arquivo utilizando utilitários fornecidos com o FSL ou outros pacotes de software de RM. Um exemplo de código é mostrado aqui.É necessário um arquivo para cada fase na direção do código. Em seguida, utilize o comando top-up no FSL para criar um arquivo corrigido com artefatos de distorção de imagem reduzidos. Aplique essa correção às imagens brutas de DWI que serão usadas para a criação de mapas de parâmetros.Carregue este arquivo DWI corrigido no FSLview e selecione o arquivo. Crie uma máscara a partir do menu. Use as ferramentas de desenho para traçar uma região de interesse dentro de um tipo de tecido.Salve este arquivo e repita o procedimento para quaisquer outras regiões de interesse (ROIs) desejadas. Utilize o arquivo de ROI para mascarar o arquivo DWI e, em seguida, calcule o sinal médio dentro da ROI para cada volume de imagem. Copie os primeiros oito resultados para um programa de computação numérica, como o MATLAB, como um vetor para o sinal transversal, e os segundos oito resultados como um vetor para o sinal longitudinal, sendo oito o número de valores de B utilizados.Também copie os valores de B no programa como um vetor de oito valores de B. Os valores de B para as direções transversal e longitudinal devem ser idênticos, se possível. O valor efetivo de B, e não o valor nominal de B, deve ser obtido a partir do scanner.Utilize uma caixa de ferramentas de ajuste de curva para ajustar os dados do sinal versus valor B ao modelo desejado. Digitando CF tools no prompt de comando, selecione os valores B como dados X e os vetores de sinal como dados y. Em seguida, selecione o menu de ajuste e insira uma equação para o ajuste.Observe que, ao inserir a equação, pode ser necessário definir pontos iniciais e limites para as variáveis que sejam mais adequados aos dados. Após aplicar as equações ao ajuste, anote os valores dos parâmetros que servirão como marcadores quantitativos. Esta imagem mostra imagens ponderadas por difusão de alta qualidade obtidas com a difusão aplicada transversal e longitudinalmente ao eixo principal da medula espinhal.Diferentes valores de B são mostrados para cada direção, fornecendo o melhor contraste entre substância branca e cinzenta. Aqui, a coluna esquerda mostra um corte obtido com a sequência de DWI. A coluna central mostra a aquisição com inversão de blips.Observe como as características que parecem alongadas na primeira imagem aparecem comprimidas na coluna central. A coluna da direita mostra as imagens ponderadas por difusão corrigidas usando o top-up. A linha superior é a imagem sem ponderação por difusão.A linha do meio mostra o peso de difusão aplicado na direção transversal, e a linha inferior mostra o peso de difusão na direção longitudinal. Aqui podemos observar o sinal normalizado traçado como uma função do peso de difusão com as direções de codificação de difusão transversal e longitudinal. Mapas de alta qualidade de difusividade, curtose e anisotropia são calculados a partir do sinal em cada vóxel.Existe uma diferença clara nos parâmetros entre a substância branca e a cinzenta, bem como diferenças regionais nas regiões da substância branca. Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de monitorar cuidadosamente a respiração do animal e ajustar o atraso na profundidade da anestesia para reduzir artefatos de movimento. Isso é especialmente importante em ratos lesionados, que podem apresentar taxas respiratórias anormais ou outras complicações fisiológicas que possam exigir adaptação dos procedimentos.

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurociência

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