Магнитно-резонансная томография протокол для оценки времени начала инсульта в постоянных церебральной ишемии

Магнитно-резонансная томография является чувствительным и специфичным инструментом для выявления острого ишемического инсульта путем определения коэффициента видимой диффузии мозговой ткани, называемого ADC. В модели ишемического инсульта на крысах межполушарные различия во времени количественной релаксации Т1 и Т2 в пределах ишемического поражения увеличивались со временем от начала инсульта. Зависимость этих различий от времени эвристически описывается линейной функцией, что позволяет легко оценить время начала инсульта.

Объемы ткани с повышенным временем релаксации Т1 и Т2 в пределах ишемического поражения также линейно увеличиваются, что обеспечивает дополнительный метод определения времени инсульта. В данной работе мы представляем полуавтоматическую компьютерную программу, которая использует ADC для определения границ тканей острого ишемического инсульта в сверхострой фазе постоянной фокальной ишемии. Повышенное время релаксации, также выявленное в ткани ишемического инсульта, используется для определения времени начала инсульта.

Использовали самцов крыс линии Wistar весом от 300 до 400 граммов, которым проводили постоянную окклюзию средней мозговой артерии для индуцирования фокального ишемического инсульта. На время проведения операции и МРТ экспериментов крысу обезболивают изофлураном через лицевую маску. После разреза на шее трахея обнажается и мышцы отделяются от трахеи.

Рана расширяется, чтобы расчистить путь к общей сонной артерии или ОСА. CCA обнажается, избегая расположенного рядом с ним нервного пучка. Микрокрючок используется для захвата CCA и обнажения наружной сонной артерии, ECA, и внутренней сонной артерии, ICA.

Циркуляция ОСА блокируется хирургической нитью. ЭХА зашивается. Тело сонной артерии отделено от ВСА, и разветвление ВСА расположено таким образом, чтобы при введении окклюзионной нити она достигала и блокировала левую среднюю мозговую артерию.

Вокруг ВСА накладывается рыхлый шов. В ICA-имплантат вставляется клипса таким образом, чтобы он был размещен глубже шва. ЭХА находится близко к двойному узлу, который завязывается вокруг наружной сонной артерии.

Избыточная часть ЭХА сжигается, чтобы предотвратить кровотечение из ЭХА. Окклюзионная резьба вставляется в ЭХА, и ВСА выравнивается с ЭХА. Затем нить продвигается вверх к зажиму.

Затем свободный шов затягивается так, чтобы нить все еще могла скользить внутрь ECA. Затем зажим извлекается, а окклюзионная нить продвигается вперед до тех пор, пока не будет вставлено примерно два сантиметра. Добавляется еще один узел, так что свободный узел становится двойным узлом.

Швы завязываются, а ретракторы удаляются. Затем рана закрывается. Сразу после окклюзии крысу закрепляют в люльке в центре магнитного стержня 9,4 Тесла с помощью ушных вкладышей и прикусной блоки.

Во время визуализации уровень изофлурана поддерживается на уровне около 2%, а температура поддерживается на уровне около 37 градусов Цельсия с помощью водяной грелки, помещенной под туловище крысы. Во время визуализации контролируется частота дыхания и ректальная температура. Данные МРТ собираются в течение пяти часов после окклюзии, и с интервалом в час собираются 12 конгруэнтно отобранных осевых срезов следа тензора диффузии, CPMG T2 и Flash T1.

Подробная информация о параметрах последовательности приведена в рукописи. В конце эксперимента крыс приносили в жертву и проводили окрашивание трифенилтетразолия хлоридом или TTC, чтобы подтвердить наличие ишемии в мозге крыс. Подробная информация о окрашивании ТТС приведена в рукописи.

Получив данные МРТ, мы продолжили разработку полуавтоматического метода обнаружения ишемизированной ткани и характеристики ее релаксометрической сигнатуры. Релаксация Т2 была смоделирована как моноэкспоненциальный распад. Карты T2 были подобраны путем взятия естественного алгоритма вдоль временного измерения эха и подгонки линейной функции в каждом вокселе.

Релаксация Т1 была смоделирована как моноэкспоненциальная намагниченность, возвращенная к равновесной намагниченности, и подогнана с использованием метода бинарного мела. Карты АЦП рассчитывались с учетом моноэкспоненциальной потери сигнала по отношению к значению B. Имея все количественные изображения, ишемизированная ткань может быть идентифицирована с помощью реципрокных карт ADC.

Эти карты были пороговыми для того, чтобы ткань помечалась как ишемизированная, если реципрокный АДХ превышал одно медианное абсолютное отклонение выше медианы реципрокного АДХ неишемизированной ткани. Этот процесс может осуществляться автоматически и объективно. При демаркации ишемизированной ткани рассчитывали распределение Т1 и Т2 в каждом интересующем объеме.

Для получения распределения Т1 и Т2 в контралатеральном полушарии отражали объем, представляющий интерес для ишемизированной ткани. В этом примере можно увидеть, как распределения T1 и T2 смещаются вправо со временем после начала. Чтобы описать изменения в распределениях T1 и T2 с течением времени, мы используем два разных параметра.

Параметр f определен так, как показано на рисунке. Это обеспечивает эвристическую параметризацию фракции вокселей в ишемическом поражении, которые имеют необычно высокие или низкие значения T1 или T2. Необходимо, чтобы воксель на карте T1 или T2 мог быть классифицирован как имеющий высокое, низкое или нормальное значение.

Высокое значение Т1 или Т2 в ишемическом поражении определяли как превышающее максимум на 1/2 выше медианы Т1 или Т2 представляющего интерес неишемического объема. F1 – доля ишемизированных вокселей с высокими значениями T1, F2 – доля вокселей с высокими значениями T2. Во-вторых, рассчитывается объем перекрытия в пределах областей ишемизированной ткани АЦП как с высоким, так и с высоким Т2, нормализованный по общему объему мозга.

F1, F2 и объем перекрытия рассчитывались для всех крыс во все моменты измерения. Затем они были отдельно использованы для обратного расчета времени начала ишемии путем подгонки линейной модели. Таким образом, можно рассчитать неопределенность во времени наступления.

Эти неопределенности были параметризованы среднеквадратичной ошибкой для линейной аппроксимации. При диффузионно-положительном поражении все показатели линейно увеличивались с течением времени. И в соответствии с среднеквадратичными погрешностями, наш протокол предоставляет оценку времени начала инсульта с точностью до получаса.

Общая тенденция заключается в том, что данные T2 превосходят T1, и наилучшая точность определения времени начала достигается за счет объема перекрывающихся повышенных T1 и T2. Участки с аномальными Т1 и Т2 неоднородно разбросаны в пределах ишемического поражения, вероятно, из-за разной чувствительности этих количественных параметров МРТ к патофизиологическим изменениям, вызванным ишемией. Это говорит о том, что количественные параметры МРТ также могут быть информативными для состояния тканей. Здесь мы представили протокол МРТ, который позволяет оценить время начала инсульта со значительной точностью и тем самым информирует о состоянии тканей мозга во время постоянной ишемии.

Преимущество количественного определения времени релаксации для оценки времени начала инсульта заключается в том, что оно нечувствительно к собственным изменениям, вызванным техническими факторами, такими как неоднородность магнитного поля и плотность протонов, включая ожидаемые изменения магнитного поля в ишемическом поражении. Следует понимать, что текущий протокол применим только к стойкой ишемии, а параметры сбора данных МРТ, приведенные в статье, специфичны для используемого МРТ-сканера 9,4 Тесла. Наши предыдущие исследования, описанные в прилагаемой статье, показывают, что процедура также точна при давлении 4,7 Тесла.

В целом, мы считаем, что наш протокол применим в доклинических исследованиях инсульта, включая исследования антиишемической терапии.