Распространение изображений в спинном мозге крыс шейки матки

Общей целью этой процедуры является получение высококачественной диффузионно-взвешенной магнитно-резонансной томографии спинного мозга крысы для неинвазивной характеристики микроструктуры тканей. Это достигается путем предварительной подготовки крысы в МРТ-сканере с правильной мобилизацией и мониторингом дыхания. Вторым шагом является выполнение индивидуального диффузионно-взвешенного МРТ с респираторным стробированием.

Затем изображения корректируются на артефакты восприимчивости. Заключительным этапом является подгонка сигнала МРТ под математическую модель. В конечном счете, сравнение параметров модели в пределах интересующих областей используется для демонстрации свойств микроструктуры тканей.

Основное преимущество этой методики перед существующими методами, такими как сканирование ex vivo, заключается в том, что она может быть перенесена в клинику в диагностических целях. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы при травмах спинного мозга, такие как выявление механизмов вторичной травмы и прогноз восстановления. Продемонстрируют процедуру Наташа Уилкинс и Мэтт Ренквист, техники из моей лаборатории, прежде чем выполнять шаги, описанные в этом протоколе.

Во-первых, получите одобрение соответствующих комитетов по уходу и использованию в учреждении для всех процедур. Начните с обезболивания крысы в индукционной камере с использованием 5%изофтора в медицинском воздухе. При отсутствии отвода лапы и пишущего рефлекса уменьшите обезболивание до 2%, затем переложите животное на кровать сканера в положение лежа головой вперед.

Поддерживайте содержание фтора на уровне 2% ISO через носовой конус на протяжении всей процедуры и поддерживайте скорость потока медицинского воздуха примерно один литр в минуту. Кроме того, нанесите небольшое количество смазывающей мази на глаза крысы, чтобы не повредить роговицу во время анестезии. Надежно закрепите пояс для мониторинга дыхания вокруг туловища крысы и подключите его к системе респираторных ворот.

Проверьте компьютер для мониторинга дыхания, чтобы убедиться, что дыхательный цикл четкий и постоянный. При необходимости отрегулируйте ремень, так как этот шаг является обязательным для качества изображения. Используйте систему нагрева теплого воздуха и контролируйте и поддерживайте температуру тела животного с помощью ректального зонда, чтобы убедиться, что она поддерживается на уровне 37 градусов по Цельсию.

Поддерживайте частоту дыхания в диапазоне от 30 до 45 вдохов в минуту, регулируя уровень анестезии в диапазоне от 1,2 до 2%. Теперь поместите крысу в держатель для головы с прикусочной планкой, вкрутите ушные планки и вставьте голову в квадратурную объемную катушку, пока шейный отдел позвоночника не окажется в центре катушки. Наконец, вставьте крысу и опорные держатели в отверстие сканера, если это применимо, отрегулируйте настройку и согласование конденсаторов катушки на нужную частоту и импеданс в соответствии с инструкциями поставщика. Получите стандартное сканирование разведчика в трех плоскостях, чтобы убедиться в правильном позиционировании.

Это первое сканирование активирует систему МРТ, автоматизированные процедуры для обнаружения шимминга резонансной частоты, калибровки мощности радиочастоты и регулировки усиления приемника. Убедитесь, что центр шейного отдела позвоночника совпал как с центром магнита, так и с центром катушки МРТ. Затем добавьте в протокол визуализации эхопланер, диффузионно-взвешенную спиновую эхо-последовательность.

Используется последовательность стандартных настроек, но прописывается 12 срезов с толщиной среза 0,75 миллиметра и ориентация их перпендикулярно главной оси шейного канатика. Используйте основание мозжечка в качестве внутреннего ориентира, чтобы обеспечить единообразное расположение среза между животными и между сеансами. Включите полосы насыщенности.

Затем расположите четыре полосы насыщения толщиной 10 миллиметров за пределами спинного мозга, чтобы свести к минимуму сигнал от этих тканей и уменьшить их потенциал вызывать артефакты. Кроме того, обязательно включите респираторный гейтинг. Теперь настройте последовательность с помощью настроек ожидания диффузии, как показано на экране здесь.

Затем запустите сканирование. Общее время сканирования составит около 25 минут. Мониторинг программного обеспечения для управления дыханием и регулировка периода задержки между запуском и подачей сигнала в систему МРТ таким образом, чтобы регистрация происходила только в спокойной части дыхательного цикла.

Обратите внимание, что задержка запуска от 100 до 400 миллисекунд будет необходима в зависимости от характера дыхания животного. Это поможет уменьшить артефакты, возникающие при дыхательных движениях. Если возможно, повторите последовательность действий с пользовательским параметром «Обратные вспышки», включенным после завершения визуализации.

Выньте животное из держателя и верните его в клетку. Наблюдайте за животным до тех пор, пока оно не придет в сознание. Для поддержания грудины в положении лежа.

Начните обработку изображения, выполнив сначала коррекцию артефактов восприимчивости. Затем извлеките нулевые объемы B из каждого сканирования в один файл с помощью утилит, поставляемых с FSL или другими программными пакетами для МРТ. Пример кода можно посмотреть здесь.

Требуется по одному файлу для каждой фазы в направлении кода. Затем используйте команду top-up в FSL, чтобы создать исправленный файл с уменьшенными артефактами искажения изображения. Примените эту коррекцию к необработанным изображениям DWI, которые будут использоваться для создания карт параметров.

Загрузите этот исправленный файл DWI в вид FSL и выберите файл. Создайте маску из меню. Используйте инструменты карандаша, чтобы нарисовать область интереса в пределах одного типа ткани.

Сохраните этот файл и повторите эти действия для любых других областей интереса или ROI. Используйте файл ROI для маскировки файла DWI, а затем рассчитайте средний сигнал в пределах ROI для каждого объема изображения. Скопируйте первые восемь результатов в программу численных вычислений, такую как MATLAB, в виде вектора для поперечного сигнала, а вторые восемь результатов — в вектор для продольного сигнала, где восемь — это количество используемых значений B.

Также скопируйте значения B в программу в виде вектора из восьми значений B. Значения B для поперечного и продольного направлений должны быть идентичными, если это возможно. Эффективное значение B должно быть получено с помощью сканера, а не номинальное значение B.

Используйте набор инструментов для подгонки кривой, чтобы подогнать данные сигнала по отношению к значению B в нужной модели. Введя CF tools в командной строке, выберите значения B как данные X, а векторы сигнала как данные y. Затем выберите меню подгонки и введите уравнение для подгонки.

Обратите внимание, что при вводе уравнения может потребоваться задать начальные точки и пределы для переменных, которые являются более приемлемыми для данных. После применения уравнений к посадке обратите внимание на значения параметров, которые будут служить количественными маркерами. На этом изображении представлены высококачественные диффузионно-взвешенные изображения, полученные с помощью диффузии, нанесенной поперечно и продольно по отношению к главной оси спинного мозга.

Для каждого направления показаны различные значения B, которые обеспечивают наилучший контраст между белым и серым веществом. Здесь в левом столбце показан срез, полученный с помощью последовательности DWI. В среднем столбце показан сбор данных с обратными всплесками.

Обратите внимание, как объекты, которые кажутся растянутыми на первом изображении, отображаются сжатыми в среднем столбце. В правой колонке показаны диффузионно-взвешенные изображения, скорректированные с помощью top-up. Верхний ряд — это недиффузионно-взвешенное изображение.

В среднем ряду показано диффузионное взвешивание, примененное в поперечном направлении, а в нижнем ряду — диффузионное взвешивание в продольном направлении. Здесь мы видим нормализованный сигнал, построенный в виде функции диффузионного взвешивания с поперечным и продольным направлением кодирования диффузии. Высококачественные карты диффузии, эксцесса и анизотропии рассчитываются на основе сигнала на каждом вокселе.

Существует явная разница в параметрах между белым и серым веществом, а также региональные различия в областях белого вещества. Пытаясь провести эту процедуру, важно помнить о тщательном контроле дыхания животного и корректировке уровня анестезии при получении задержки, чтобы уменьшить артефакты движения. Это особенно важно для травмированных крыс, у которых может наблюдаться аномальная частота дыхания или другие физиологические осложнения, которые могут потребовать адаптации процедур.