Расширенный диффузии изображений в гиппокампе крыс с мягкой травматического повреждения головного мозга

С помощью этого протокола диффузионной визуализации, можно исследовать микроструктурные изменения в гиппокампе крысы с легкой черепно-мозговой травмой, которые в противном случае не видны на анатомической МРТ. Этот метод может обнаружить изменения в головном мозге после легкой и диффузной травмы, которые не могут быть обнаружены с КТ или анатомической МРТ. Этот метод упрощает мониторинг процесса восстановления после поддержания легкой черепно-мозговой травмы объективным и количественным образом.

Этот метод диффузии изображения и анализа также может быть применен в других расстройств, затрагивающих мозг, таких как слабоумие и рассеянный склероз, не только в доклинкологических исследований, но и у людей. В этом протоколе важно, чтобы качество диффузионных сканирований и шагов коррекции было высоким, поэтому предлагается руководство от опытных техников и аналитиков. Поместите животное на 37-градусную грелку по Цельсию после подтверждения отсутствия реакции на щепотку нова у 12-недельной самки крысы Wistar H и вставьте катетер в боковой хвостовой вены.

Ввесите 100 микролитров 2%лидокаина локально в бритую и дезинфицированную кожу головы и сделайте разрез средней линии, чтобы разоблачить череп. Используйте небольшие ножницы, чтобы удалить излишки мембран и протереть ватный тампон через череп, пока periosteum больше не присутствует, а затем использовать каплю ткани клея, чтобы прикрепить 10-миллиметровый диаметр, три миллиметра толщиной, металлический диск примерно 1/3 перед и 2/3 за брегмой. Для черепно-мозговой травмы индукции поместите крысу на специально изготовленную кровать с пенным матрасом определенной пружинной константы и поместите крысу прямо под прозрачную пластиковую трубку с 450-граммовой латунной массой шлема как можно более горизонтально.

Потяните вес до одного метра. При втором экспериментатор присутствует, отпустите вес и второй экспериментатор переместить крысу от трубки сразу после удара, чтобы предотвратить вторую травму. Аккуратно вытащите шлем из черепа и используйте марлю, чтобы остановить кровотечение.

Закройте кожу швом и нанесите на разрез местный гель анальгезия. Поместите крысу на кровать КТ сканера и управлять общего назначения, низкие дозы КТ, чтобы исключить переломы черепа, а затем поместить крысу в чистую клетку на 37-градусный грелку по Цельсию с мониторингом до полного лежачих, прежде чем вернуть животное в клетку. До и на следующий день после травмы индукции, подтвердить отсутствие реакции на ноги щепотку в экспериментальном животное и поместить животное на кровать MR сканера в headfirst, склонные позиции.

Сдвиньте катушку объема квадратуры над головой и заранее кровать сканера в сканер родила. Чтобы обеспечить правильное позиционирование, получить по умолчанию 3-самолет разведчик сканирования. Когда сканирование закончено, загрузите сканирование на дисплее изображения и убедитесь, что голова лежит прямо и что мозг расположен в центре магнита и катушки.

Приобретайте взвешенные изображения T2 с помощью параметров по умолчанию, за исключением поля, вида и размера матрицы, которые должны быть скорректированы до более высокого разрешения в плоскости 109 на 109 микрометров. Откройте редактор геометрии и поместите пакет срезов в правильное положение, включая луковичную лампу головного мозга и мозжечка, и загрузите три новых эхо-плана, диффузионно-взвешенных, спин-эхо последовательностей из папки B_diffusion в протокол управления сканированием. Приобретайте изображения, взвешенные по диффузии, используя настройки по умолчанию и откройте вкладку Edit Scan.

Установите ориентацию ломтика на ось и количество ломтиков до 25, чтобы достичь толщины ломтика 500 микрометров и внутреннего расстояния ломтика 600 микрометров и изменить направление считывания влево-вправо. Под вкладкой Геометрия отрегулируйте геометрические параметры и отрегулируйте поле зрения и размер матрицы до 105 на 105, чтобы обеспечить разрешение 333 на 333 микрометра. Нажмите на вкладку Диффузии в вкладке Research для каждой из трех оболочек диффузии и отрегулируйте количество направлений диффузии до 32 для первой оболочки, 46 для второй оболочки и 64 для третьей оболочки.

Измените количество изображений B0 до пяти для первой оболочки, пять для второй оболочки и семь для третьей оболочки и отрегулируйте направления градиента с помощью пользовательских файлов направления градиента. Отрегулируйте значение B в направлении до 800 секунд на миллиметр в квадрате для первой оболочки, 1500 секунд на миллиметр в квадрате для второй оболочки, и 2000 секунд на миллиметр в квадрате для третьей оболочки, затем откройте редактор геометрии и поместите поле зрения между луковичным и мозжечковым, содержащим только мозжечок, чтобы уменьшить артефакт и время сканирования. По завершении протокола сканирования перенесите животное со кровати сканера в чистую клетку с 37-градусной грелки по Цельсию с мониторингом до полного лежачих.

Для обработки изображений МРТ для диффузии загрузите изображения в MRtrix3 и выполните коррекцию шума и коррекцию звона Гиббса на диффузионно-взвешенных изображениях в программной программе. Преобразование исправленных, взвешенных по диффузии изображений на изображении T2 в формат NIFTI, как указано. Для выполнения коррекции для эхо-планарной визуализации, движения и eddy текущих искажений, в меню Plug-ins ExploreDTI выберите Коррекцию для искажения движения темы EC/EPI и выберите предварительно обработанный файл данных диффузии.

Чтобы рассчитать метрики диффузионного тензорного изображения для каждой крысы, нажмите Plug-ins and Export stuff в NIFTI, затем выберите параметрические карты модели диффузионного тензорного изображения и экспортируют параметрические карты для моделей целостности куртоза и белого вещества. Чтобы создать файл маски для гиппокампа каждой крысы, загрузите дробное изображение анисотропии крысы в MRtrix зрителя и нажмите кнопку плюс, чтобы создать новую область интереса. Чтобы извлечь диффузионные метрики гиппокампа крысы, импортировать созданный файл маски в программное обеспечение AMIDE и открыть параметрические карты и маска изображение крысы.

Чтобы добавить область интересов файла маски в AMIDE, выберите изображение файла маски, нажмите Edit, Add Region Of Interest и 3D isocontour и дайте региону интереса значимое имя. Нажмите на область интереса, отображаемую на изображении маски, и подтвердите, что этот том должен содержать только воксель со значением одного. Чтобы рассчитать средние значения метрик диффузии в гиппокампе, нажмите Инструменты и Рассчитайте область статистики интересов и укажите изображения и область, интересную для включения.

После нажатия Выполнить, всплывающее окно с вычисленными значениями, которые могут быть использованы для дальнейшего статистического анализа появится. В этом репрезентативном эксперименте не было никаких доказательств перелома черепа, как оценивается КТ изображений и T2 изображения не показывают каких-либо отклонений в месте ушиба на следующий день после травмы. Для изучения качества не жесткого шага совместной регистрации между изображением T2 и набором данных диффузии к цветной кодируемой дробной анисотропной карте было добавлено наложение изображения T2.

Затем можно было бы рассчитать параметрические карты для дробной анисотропии, означает диффузивность, аксиальную диффузивность и параметрические карты радиальной диффузии. В пределах области интересов может быть также выполнен расчет средних значений для аксиальных, средних и радиальных значений куртоза, а также значений для аксональной водной фракции, аксья и радиальной экстра-аксональной диффузивности и тортуозности целостности тракта белого вещества. В этом репрезентативном эксперименте анализ метрик диффузионной тензорной визуализации выявил значительное увеличение значения дробной анисотропии и снижение значений диффузии после воздействия в группе легкой черепно-мозговой травмы.

Диффузионный куртоз метрики также показали значительное снижение радиального куртоза после воздействия в то время как никаких изменений в ось или средний куртоз не наблюдалось. Используя модель целостности тракта белого вещества, радиальная экстра-аксональная диффузивность показала значительное снижение, а тортуозность продемонстрировала значительное увеличение группы легкой черепно-мозговой травмы на следующий день после удара. Во время анализа изображений важно проверить, был ли формат данных от MRtrix правильно преобразован и импортирован в ExploreDTI и что каждый шаг коррекции был выполнен правильно.

Вместо анализа на основе рентабельности инвестиций, анализ voxel-by-voxel может быть применен для исследования изменений всего мозга. Этот метод очень ценен в области нейровизуаляций и может быть применен к другим нарушениям мозга, а также, например, слабоумие и рассеянный склероз.