Abstract
뇌졸중은 나이의 미국인 65 세 이상의 1 이전 중 세번째 사망 원인이다. 뇌졸중으로 고통 환자의 삶의 질은 급성 뇌졸중의 임상 치료의 현재 부족에 주로 기인 환자 2의 대다수에 정상으로 돌아 할 수 없습니다. 이것은 시간이 지남에 따라 뇌 조직에 뇌허혈 생리 학적 영향을 이해하고 필요로 활발한 연구의 중요한 분야이다. 이를 위해, 실험 진행은 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 영상 3,10,17과 함께 비 침습적 방법과 같은 18 F-fluorodeoxyglucose (FDG)를 사용하여, 특히, 뇌졸중에 대한 전임상 모델로 쥐를 사용하여 만들어졌다. 여기에 우리가와 X 선 컴퓨터 단층 촬영 (CT)과 결합 된 FDG-PET을 이용하여 24 시간에 걸쳐 그 효과를 인간 (MCAO) 중간 대뇌 동맥 폐쇄로 쥐 모방 국소 뇌허혈을 뇌허혈을 유도, 및 이미징을위한 전략을 제시 Albira PET-CT 악기. VOI 템플릿 아틀라스 이후 뇌와 하위 영역 (4)의 편견 분석 할 수 있도록 대뇌 쥐 데이터에 융합되었다. 또한, FDG-PET-CT 시간 코스의 3 차원 시각화하기위한 방법이 제시된다. 요약하면, 우리는 시작 정량화하고, FDG-PET을 사용하여 입체적으로 살아있는 스프 라그 - 돌리 쥐에서 유도 된 허혈성 뇌졸중 이벤트를 시각화에 대한 자세한 프로토콜을 제시한다.
Introduction
뇌졸중은 선진국에서 사망의 주요 원인 중 하나이며, 1 19 중 미국 (1)의 죽음에 대한 직접 책임이있다. 그러나, 이들의 87 %는 성격 5 허혈성 원인이되는 약 795,000 미국인들은 매년 뇌졸중이 발생할 것으로 추정되고있다. 허혈성 이벤트 기간 동안, 대뇌 피질의 신경 세포에 산소와 포도당의 지속적인 공급이 심각하게 영향을받는 뇌 영역에서 세포 기능 감소에 이르게 저산소 환경을 유도 손상된다. 스트로크의 심각도에 따른 뇌 혈류 및 글루코즈 흡수는 공간적 및 시간적으로 변화한다.
뇌졸중으로 인한 손상, 비 침습적 방법을 통해 같은 18 F-fluorodeoxyglucose (FDG) 양전자 방출 단층 촬영 (6)를 식별 할 수 있습니다. FDG는 2 '위치에서 히드 록 실기가 18 F 동위 원소를 방출하는 양전자로 대체되었다 글루코오스 유사체이다. 18는 F이다 advant이 뇌에서 포도당 소모를 검출하는데 사용될 수 있도록 길고 110분 반감기로 인해 ageous. FDG PET은 조직이 8 높은 대사 활성을 나타내는, F가 높은 포도당 소비의 영역에 축적하는 경향이있다 (18)로 뇌 7 내 글루코오스 소비의 양적 고해상도지도를 생성합니다. 18 F 핵 빠르게 장비에 의해 탐지 감마선을 생산, 인근 전자와 함께 전멸 양전자를 방출, 베타 붕괴를 겪게된다. FDG PET 스캔은 이와 같은 개개의 시간 동안 뇌 활동의 변화를 연구 할 수있는 방법을 제공하고, 스캔 사이에서, 적어도 1018 F 반감기, 또는 약 18 시간과 같은 개별로 반복 될 수있다.
래트 등 전임상 동물 모델은 종종 스트로크의 효과 및 뇌졸중의 치료 효과를 평가하기 위해 사용된다. FDG PET 비 침습적이므로,이 측정하는데 사용될 수있다동물의 생리에 영향을주지 않고 시간이 지남에 따라 행정의 효과. 스트로크 이벤트 위치에 따라 뇌의 다른 영역은 영향을받을 수 있습니다. 그러나, 쥐와 같은 작은 동물로, 수동으로 정의하고 도전 할 수있는 쥐의 뇌의 특정 지역에서 활동을 정량화. 시간이 지남에 따라 쥐의 뇌의 특정 영역들에서 글루코스 대사 활성을 비교하기 위해, (VOI)의 정량 관심 볼륨 서술 일관되어야한다. 래트 뇌의 정확한 아틀라스이 문제를 완화 구하도록 개발되었으며, 임상전 FDG-PET 데이터의 정량화에 사용하기위한 디지털 형태로 변환되었다. 여기에서 우리는 일관되고 체계적인 방식으로 행정 조직의 손상을 분류하는 방법을 제시한다. 메소드는 스트로크의 영향 뇌의 특정 서브 - 영역을 정량 동물 모델에서 대뇌 허혈을 개시하기위한 수술 자세히, 뇌졸중 삼차원 정도의 시각화 및 위치를 생산적절한 기술과 도구를 사용하여 조직 손상. 이 연구에 기술 된 방법을 사용하여, 연구자들은 일관 쥐 대뇌 허혈을 개시 PET 이미징을 수행하고 시간의 스트로크 전임상 모델에서 정의 된 뇌 영역을 사용하여 FDG 흡수의 변화를 정량화 할 수있다.
Protocol
동물 처리 및 그들과 함께 모든 실험은 엄격하게 노트르담 대학의 기관 동물 관리 및 사용위원회 (프로토콜 번호 14-086)에 의해 승인 된 프로토콜에 따라 수행되었다.
1. 동물
- 동물과 스트로크 개시 : 모든 행정 연구를위한 g (220) 사이에 270 무게 사용 스프 라그 돌리 래트 수컷.
- 노즈콘을 사용하여 2.5 % 이소 플루오 란 (100 % O 2 / L 2 분)로 쥐를 마취.
- 가열 패드에 지느러미 드러 누움의 동물을 놓습니다. 앞 다리 아래 테이프.
- 목의 ventralsurface 쉐이브. 10 % 프로 비돈의 요오드 용액 다음 70 % EtOH로 면도 영역을 시켜라.
- 무균 악기는이 절차에 사용된다; 장갑은 동물의 준비 후 대체됩니다. 멸균 팁 기법이 이용된다.
- 가위를 사용하여 기관의 오른쪽에, 기관 0.5 cm를 2-2.5 cm 절개 평행 만든다. 무딘 dissectio 사용n은 경동맥을 찾습니다.
- 용기를 시각화하기 위해 견인기를 사용합니다. 경동맥 (CCA)에 마이크로 클램프를 놓습니다.
- 외부 경동맥 (ECA)과 내 경동맥 (ICA)를 할 것이다 첫 번째 분기 지점을 찾습니다. 이러한 후두 동맥과 ECA에 부착 작은 가지를 소작.
- 4-0 실크 봉합사와 갑상선 동맥 분기 근처 ECA을 결찰. 봉합은 봉합을 잡아 지혈을 사용하려면 여분의 길이를 가져야한다.
- 봉합사 (두개쪽으로) 위의 ECA를 소작. 지혈제와 봉합사를 고정하기 위해, 꼬리 쪽 ECA 잡아 당기은 CCA와 평행하게 될 것입니다.
- ICA를 찾아이 동맥을 폐색 다른 마이크로 클램프를 사용합니다.
- 작은 봄 가위를 사용하여 ECA에 작은 구멍을 확인합니다. ECA에 occluder에 삽입하고 혈액의 흐름을 방지하기 위해 occluder에 주위 봉합 넥타이.
- ICA에 마이크로 클램프를 제거하고 저항이 느껴집니다까지 occluder에 발전을.
ICA 아닌 pterygopalatin 동맥에 occluder에 진보 있는지 확인하십시오. occluder에이 원활하게 진행해야하며 occluder에이 적절하게 배치되어있는 경우 흰색 팁을 볼 수 없습니다. - CCA에서 마이크로 클램프를 제거합니다. 초과 occluder에 또는 봉합사를 잘라.
- 피부 절개를 닫습니다 9mm 자동 클립을 놓습니다.
- 마취에서 동물을 제거하고 동물 자각 할 수 있습니다. 2 시간 후 :
- 이소 플루 란과 쥐를 마취.
- 상처 클립을 제거합니다.
- occluder에의 끝을 찾아 occluder에의 흰색 끝이 봉합과 접촉 할 때까지 조심스럽게 잡아 당겨 중간 대뇌 동맥에서 제거합니다. 끝까지 잡아 당기지 마십시오,이 출혈의 원인이됩니다.
- 절개 상처 클립을 교체합니다.
- 마취에서 동물을 제거하고 동물 자각 할 수 있습니다.
2. 이미지 인식
세 PET와 CT의 수행각각의 쥐에 대한 캔. 18 F-FDG의 섭취에 대한 기준을 제공하기 위해, 뇌졸중을 유발하기 전에 사전 검사 1-2일 가라. 재관류가 (동물 여전히 occluder에와 이미지)를 수행하기 전에, 뇌졸중 후 각 쥐 1.5 시간을 스캔합니다. 뇌졸중 손상에 의한 뇌 조직 손상을 정량화하기 위해 각 쥐 26 시간 게시물 스트로크 (24 시간 후 재관류)를 검색합니다.
참고 : 쥐를 스캔 할 때 원고의 나머지 부분에서 언급 된 24 시간 시점은 후 재관류 시간을 의미합니다.
- 마취 실에 2.5 % 이소 플루오 란 가스에서 쥐를 마취시키다.
- 쥐의 꼬리 정맥에 18 F-글루코오스 (FDG) (200 μl의 총 부피)의 약 500 μCi를 주입한다.
- 1 시간을 기다립니다.
- 코 콘 이소 플루오 란 마취 표준 쥐 침대에 마취 쥐를 놓습니다. 수평에 대한 쥐의 코와 쥐 침대의 가장자리 사이의 mm에서 거리를 측정 오프셋.
3. 이미지 인식
- 열기 Albira 스위트 강도tware.
- 취득자를 선택합니다.
- 새로운 연구의 이름을 지정합니다.
- PET 나 SPECT에서>를 선택 PET 프로토콜을 추가를 클릭합니다. 추가를 클릭합니다.
- CT에서>를 선택 CT 프로토콜을 추가를 클릭합니다. 추가를 클릭합니다.
- PET에서 초기 수평 위치에 따라 번호를 클릭합니다. 쥐의 코와 쥐의 침대 앞에 사이 mm에서 측정 된 거리에 수를 설정합니다. CT에 대해 반복합니다.
- 쥐에 따라 설정하고 중량 (그램)을 입력합니다.
- FDG에 화합물을 설정합니다.
- 사출 시간 및 사출 날짜와 용량을 설정합니다.
- 시작 연구 버튼을 클릭합니다.
참고 : PET CT 스캔이 완료되면, 데이터는 자동으로 저장됩니다. - Albira 복원 기를 엽니 다.
- 찬보류 GE는 10 개 모두를 마지막으로.
- 스캔 파일 이름을 선택합니다.
- 추가를 클릭합니다.
- 시작 재건을 클릭합니다. 참고 : 파일은 MicroPET 형식으로 저장됩니다.
4. 이미지 분석
- W. 쉬퍼 뇌 아틀라스와 함께 PMOD 분석 소프트웨어를 사용하여 이미지 분석을 수행한다.
- 열기 PMOD> 퓨전.
- 화면 상단의 CoRegistration 전처리 탭으로 이동합니다.
- 화면의 중앙에로드 참조 드롭 다운 메뉴를 열고 NifTI을 선택합니다. C로 이동합니다 //PMOD3.2/resources/templates/usertemplates을. 쥐 (W.Schiffer)을 선택 -FDG.nii하고 열기를 클릭합니다.
- 화면의 오른쪽에있는로드 입력 드롭 다운 메뉴를 열고 MicroPET을 선택합니다. 원하는로 이동MicroPET 파일. 그것을 선택하고 열기를 클릭합니다.
- 화면 상단의 수동 CoRegistration 탭으로 이동합니다.
- 오른쪽 (Reslicing)에 탭의 중간 그룹의 네 번째 탭을 선택합니다.
참고 : 두 개의 버튼을 MicroPET 검사에 나타납니다. - MicroPET 검사를 이동 MicroPET 스캔과 채워진 흰색 사각형을 회전 열려 흰색 사각형을 사용합니다. 두 개의 스캔을 맞 춥니 다. 이를 위해, 뇌 모델 MicroPET 스캔 맞게 사용될 수 harderian 땀샘 및 상부 및 후방 대뇌 기능 같은 경계표를 찾는. 이 뇌지도 책 (W. 쉬퍼)와 일치 할 때까지 다음, MicroPET 스캔을 조정합니다.
참고 : 예를 들어, harderian 땀샘 MicroPET 스캔과 뇌 아틀라스 (W. 쉬퍼) 모두 밝은 표시되며, 정렬 기준으로서 사용될 수있다. - 필요한 경우, MicroPET은 관상보기에서 180 °를 스캔 회전 일에 크게 스캔을 인상다른 작은 방향 변경과 함께 전자 시상보기.
- 화면 상단의 전체 화면 퓨전 (VOI를) 탭으로 이동합니다.
- 화면의 오른쪽 상단에 소스를 선택합니다.
- 페이지 하단에> 아틀라스를 템플릿으로 이동합니다.
- 드롭 다운 메뉴에서 쥐 (W. 쉬퍼)을 선택합니다.
참고 : 아틀라스가 뇌지도 책 (W. 쉬퍼)에 오버레이 나타나야 수동 CoRegistration 탭 (선택 사항)으로 돌아갑니다. 아틀라스는 MicroPET 검사 및 뇌지도 책 (W. 쉬퍼)를 정렬하는 데 도움이 될 수 있습니다. 정렬 후, 전체 화면 퓨전 (VOI를) 탭으로 돌아갑니다. 템플릿은 뇌의 부분이 VIO 통계 측정 될 나타내는 뇌에 나타납니다. - 화면의 오른쪽 상단에 소스 B를 선택합니다.
- 상단 맞에 VOI 통계 버튼을 선택합니다화면 t.
주 : 스프레드 시트가 나타납니다. - 저장을 선택합니다.
참고 : [VOI 통계] 창이 나타납니다으로 쓰기. - 파일 시스템에 저장을 선택합니다.
참고 : PMOD (저장) : 구성 요소 창이 나타납니다 선택합니다. - 파일 이름 필드에 원하는 파일 이름을 입력합니다.
- 저장을 선택합니다.
- 마이크로 소프트 오피스 엑셀 2010을 사용하여 데이터 분석을 수행합니다.
- Excel을 열고.
- [파일]> [열기]를 선택합니다.
- 모든 파일에 모든 Excel 파일의 파일 형식을 변경합니다.
- 저장된 VIOSTAT 파일로 이동합니다. 원하는 파일을 선택합니다.
참고 : 가져 오기 마법사가 나타납니다. - 마침을 선택합니다. VOISTAT 파일에 맥, 더블 클릭을 사용하는 경우는 엑셀 파일로 직접 열립니다.
- (R을 필드 VoiName를 포함하는 열을 선택합니다egion). 정보를 복사하여 새 Excel 파일에 붙여 넣습니다.
- 필드 [1/1] '평균 및 포함 된 열을 선택합니다. 정보를 복사하여 새 Excel 파일에 붙여 넣습니다.
- 모든 VOISTAT 파일에 대해이 과정을 반복합니다.
- 각 데이터 세트에 대한 새 탭을 시작합니다.
- 첫 번째 탭으로 돌아갑니다. 새로운 셀을 선택합니다. 뇌의 왼쪽으로 뇌의 우측의 값을 분할함으로써 뇌 부의 좌측 뇌 부의 우측의 비율을 계산한다. 뇌의 오른쪽에 속하는 뇌 부는 뇌의 왼쪽에 속하는 부 앞에 나열된다. 모든 뇌 부분에 대해이 작업을 반복합니다.
- 새로운 셀을 선택합니다. 모든 마우스에 걸쳐 이전에 계산 된 비율의 각각의 평균을 계산하는 함수를 사용 AVERAGE.
- 새로운 셀을 선택합니다. STDEV 함수를 사용하며, 각각의 분할함으로써 뇌 부의 SEM을 계산마우스의 수의 제곱근 t.
- 각 데이터 세트에 대해이 작업을 반복합니다.
5. 이미지의 시각화
- PMOD 분석 소프트웨어를 사용하여 파일을 분석 형식으로 변환 이미지.
- 열기 PMOD>보기.
- 화면 상단의보기 탭으로 이동합니다.
- 화면의 오른쪽에있는로드 드롭 다운 메뉴를 열고 MicroPET을 선택합니다. 원하는 MicroPET 또는 CT 파일로 이동합니다. 그것을 선택하고 열기를 누릅니다.
- 화면의 오른쪽에있는 저장 드롭 다운 메뉴를 열고 분석을 선택합니다. 원하는 목적지로 이동합니다. 파일 이름 필드에 원하는 이름을 입력합니다. 저장을 선택합니다.
- VolView 이미징 소프트웨어를 사용하여 이미지 시퀀스를 생성합니다.
- 열기 VolView.
- 파일 열기를 선택
- 원하는 스캔에 대한 CT 데이터 파일의 분석 버전으로 이동합니다. 그것을 선택하고 열기를 누릅니다.
주 : 파일 열기 마법사가 나타납니다. - 팝업 창에서 다음을 눌러 기본 설정을 사용합니다.
- 화면의 왼쪽에있는 플러그인 탭을 선택합니다.
- 플러그인 드롭 다운 메뉴를 선택 유틸리티를 엽니 다> 볼륨을 병합합니다.
- 선택을 취소 재조정 구성 요소.
- 지정 두 번째 입력을 선택합니다.
- 같은 스캔 MicroPET 데이터 파일의 분석 버전으로 이동합니다. 그것을 선택하고 열기를 누릅니다.
주 : 파일 열기 마법사가 나타납니다. - 각 화면에서 다음을 눌러 기본 설정을 사용합니다.
참고 : MicroPET 검사는 CT 스캔에 겹쳐 표시됩니다. - 색상 / 불투명도 설정을 선택합니다화면 왼쪽의 탭을 선택합니다.
- 화면의 오른쪽 하단에있는 구성 요소 드롭 다운 메뉴를 엽니 다. 하나를 선택합니다.
참고 :이 CT 검사는 다음과 같은 방향으로 영향을받는 전용 이미지가 있는지 확인합니다. - 스칼라 색상 매핑 섹션에서 중간 점을 선택합니다. 슬라이더 영역의 밖으로 드래그하여 제거합니다.
- 왼쪽 지점을 선택합니다.
주 : 색상 선택 창이 나타납니다. - 블랙 포인트의 색상을 변경합니다.
- 오른쪽 지점을 선택합니다.
주 : 색상 선택 창이 나타납니다. - 흰색에 포인트의 색상을 변경합니다.
- 스칼라 불투명도 매핑 섹션에서 상자에 아무 곳이나 클릭하여 포인트를 추가합니다.
- CT 이미지를 단 쥐의 골격이 표시 될 때까지 섹션을 조절합니다.
- 음영을 선택하십시오.
- R을 선택화면의 왼쪽에 eview 탭을 선택합니다.
- 72 프레임의 수를 변경합니다.
- 360 X 회전을 변경합니다.
- 만들기를 선택합니다.
- 원하는 목적지로 이동합니다. 빈 공간 및 선택 새로 만들기> 폴더를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 이미지를 저장할 새 폴더를 만듭니다.
- 파일 이름 필드에 원하는 이름을 입력합니다. 저장을 선택합니다.
참고 : 프레임 크기 창이 나타납니다. - OK를 선택합니다.
- Volview는 이미지를 생성합니다. 이 완료되면 창! "영화가 성공적으로 생성되었습니다"라는 메시지가 표시 확인을 선택합니다.
- 색상 / 불투명도 설정 탭으로 돌아갑니다.
- (성분) 중량 (들)은, 성분 1 슬라이더를 조정하에 그래서 가치있는있다0의 전자.
참고 : MicroPET 스캔이 나타납니다. - 반복 두 번째 이미지 시퀀스를 만들 5.2.21-28 단계를 반복합니다.
- 색상 / 불투명도 설정 탭으로 돌아갑니다.
- (성분) 중량 (S)에서, 그래서 그것은 0의 값을 갖는 부품 (2)에 대해 슬라이더를 조정.
참고 : CT 스캔이 나타납니다. - 반복 세 번째 이미지 시퀀스를 만들 5.2.21-28 단계를 반복합니다.
- ImageJ에 소프트웨어를 사용하여 (동영상 참조) 회전 영화를 생성합니다.
- 오픈 ImageJ에.
- 파일> 가져 오기> 이미지 시퀀스.
- 사전 스캔 만 CT 데이터를 볼 이미지를 포함하는 파일로 이동합니다. 첫 번째 이미지를 선택하고 선택을 누릅니다.
주 : 순서 옵션 창이 나타납니다. - OK를 선택합니다.
- 파일 선택 및# 62; 가져 오기> 이미지 시퀀스.
- 사전 스캔 만 MicroPET 데이터를 볼 이미지를 포함하는 파일로 이동합니다. 첫 번째 이미지를 선택하고 선택을 누릅니다.
주 : 순서 옵션 창이 나타납니다. - OK를 선택합니다.
- 파일> 가져 오기> 이미지 시퀀스.
- 사전 검사 모두 CT와 MicroPET 데이터를 볼 이미지를 포함하는 파일로 이동합니다. 첫 번째 이미지를 선택하고 선택을 누릅니다.
주 : 순서 옵션 창이 나타납니다. - OK를 선택합니다.
- 선택 이미지> 스택> 도구> 결합합니다.
주 : 컴 창이 나타납니다. - Stack1 드롭 다운 메뉴를 선택합니다. CT 데이터를 포함하는 스택을 선택합니다.
- Stack2 드롭 다운 메뉴를 선택합니다. 미 포함 된 스택을 선택croPET 데이터. OK를 선택합니다.
참고 : 모두 스캔과 새로운 스택이 나타납니다. - 선택 이미지> 스택> 도구> 결합합니다.
주 : 컴 창이 나타납니다. - Stack1 드롭 다운 메뉴를 선택합니다. 결합 된 스택을 포함하는 스택을 선택합니다.
- Stack2 드롭 다운 메뉴를 선택합니다. CT 데이터와 MicroPET의 데이터를 모두 포함하는 스택을 선택합니다. OK를 선택합니다.
참고 : 세 가지 검사와 새로운 스택이 나타납니다. - 열린 결합 된 스택을 유지합니다. 반복은 1.5 시간 포스트 스캔 및 24 시간 후 스캔 이미지 스택에 대한 5.3.2-16 단계를 반복합니다.
- 선택 이미지> 스택> 도구> 결합합니다.
주 : 컴 창이 나타납니다. - Stack1 드롭 다운 메뉴를 선택합니다. 모든 사전 스캔 데이터를 포함하는 스택을 선택합니다.
- Stack2를 선택
- 수직 결합 확인합니다.
- OK를 선택합니다.
참고 :이 나타납니다 사전 검사 및 1.5 시간 포스트 스캔 모두 새로운 스택. - 선택 이미지> 스택> 도구> 결합합니다.
주 : 컴 창이 나타납니다. - Stack1 드롭 다운 메뉴를 선택합니다. 결합 된 스택을 포함하는 스택을 선택합니다.
- Stack2 드롭 다운 메뉴를 선택합니다. 모든 24 시간 후 스캔 데이터를 포함하는 스택을 선택합니다.
- 수직 결합 확인합니다.
- OK를 선택합니다.
주 : 아홉 검사와 새로운 스택이 나타납니다. - 파일> 다른 이름으로 저장을 선택> AVI.
- OK를 선택합니다.
- 원하는 목적지로 이동합니다. 파일 이름에 원하는 이름을 입력합니다 저장을 선택합니다.
Representative Results
원전 촬상 그 효과를 검출하도록 수행하여 뇌허혈은 중대 뇌동맥의 폐색을 통해 라이브 흰쥐에서 개시 하였다. 라이브 쥐 완전히 18 시간 내에 소멸 (18) F-FDG의 약 500 μCi를 독립적 주사와 스트로크 유도 전에 24 시간뿐만 아니라 1.5 시간 및 24 시간 후 허혈, 각각 몇 군데 있었다. 이 연구에 사용 된 세 개의 검출기 링 Albira 시스템은 500 μCi를 쥐에 대한 적절한 투여 량을, 9 %의 민감도를 가지고있다. PET와 X 선 CT 검사에 대한 대표 이미지 데이터는 각각 그림 1, 상단과 하단 행에 24 시간 사전에 쥐와 24 시간 후 재관류 시점에 대해 표시됩니다. 각 스캔에 대한 슬라이스 & # 색깔 FDG-PET 데이터되게됩니다 가로 (패널 A와 E), 시상 (패널 B와 F), 코로나 (패널 C와 G)8220; 무지개 "강도 규모, 그리고 그레이 스케일에서 CT에 입혔다. CT는 동물 두개골 내 PET 데이터의 해부학 적 공동 등록에 사용하고, 뇌 조직에는 radiodensity 변경이 이들 실험 동안 나타나지 않았다 유의. 24 시간에서 광범위한 조직 손상을 제안 동측 반구에 포도당 섭취의 급격한 감소로 인해 유도 된 허혈성 뇌졸중에 있었다. 오버레이 데이터의 3D 렌더링 그림 1D 및 H로 표시됩니다. 화면에 회전 할 때,이 렌더링 된 데이터는 FDG 섭취의 뇌졸중 유발 감소의 향상된 시각화를 제공합니다.
인해 시공간 방식 스트로크 대뇌 당 흡수의 변화를 정량화하기 위해, VOI 뇌 아틀라스 각 스캔 기준, 1.5 시간, 24 시간 (포스트 - 재관류) 스트로크를 미리 도포 하였다. 이는 W.과 함께 PMOD 소프트웨어 패키지를 사용하여 수행 하였다 쉬퍼 쥐의 뇌 템플릿 틀라의. 먼저, PMOD는 Reslicing 탭에서 이동 및 회전 툴을 사용 설명서를 통해 공동 등록 적절한 공간 지오메트리 래트 뇌 PET 데이터 세트의 각각을 형질 전환시켰다. 스케일 도구는 필요한 경우, 전체 뇌 크기를 조정하는 데 사용할 수 있습니다. 쉬퍼 아틀라스의 사용은 수동으로 뇌 공간에 VOI를 그리기 우수하지만, 부정확 한 뇌 융합에 의한 실험 오차가있을 수 있습니다. 따라서, 일부의 경우에 동물의 수의 증가는 통계적 유의성을 달성하기 위해 필요할 수있다. 다음으로, W. 쉬퍼 VOI 뇌지도 책이 자동으로 쥐의 뇌 (그림 2)의 정의 하위 지역 내에서 표준 흡수 단위로 FDG 축적을 측정하기 위해 적용되었다. 뇌 VOI 아틀라스 또한 상기 실험 데이터의 융합을 수동 최적화 표준 뇌 모델 반복적 방식으로 이용 될 수있다. 스토크 이벤트가 각 동물에 오른쪽 뇌 반구에 고립 된 바와 같이, 피해 t각각의 영역은 O 반대측 영역간 당 흡수 활성의 비율을 (도 2)를 계산하여 정량 하였다. 이러한 비율의 사용은 좌우 반구 사이의 편리한 정상화를 제공하고, 다른 PET 검사에 걸쳐 신호 세기 값을 비교하는 경우 발생할 수있는 가변성을 제거한다. 1.5 시간 포스트 행정에서, 18 F-FDG의 섭취는 허혈 영역에 영향을받지 않았다. 따라서, 양적 변화는 반대측과 동측 반구 (그림 3, 파란색과 녹색 막대) 사이의 포도당 흡수에 관찰되지 않았다. 이것은 셀룰러 10,11 ATP의 손실을 보상하기 때문에이 시점에서 조갑 허혈 영역 또는 증가 된 포도당의 대사에 의한 글루코스 흡수에 하이퍼 수 있었다. 그러나, 동측 반구의 특정 지역에서의 포도당 흡수에 유의 한 감소는 24 시간 후 재관류 (그림 3, 빨간색 막대)에 여러 동물 (N = 5)에서 관찰되었다. O 번째어 뇌 영역은 동측 반구에 거의 또는 전혀 손상을 표시.
특히, 지속적으로 감소 FDG의 섭취를 전시 동측 반구의 영역이었다 : 편도, 미상 피질, 청각, entorhinal, 편협한 로브, paracortex, 그리고 대뇌 피질의 감각 영역. 뇌졸중으로 인해 발생하는 대뇌 피질의 병변은 신경 세포의 연결 및 변경 기능지도의 손실과 연결되어 있습니다. 때문에 정신 병리,인지 기능 장애 (12)에 대한 행정지도에 편도의 구조 이상. 그것은이 영역의 외측 부분의 뇌 혈류가 중대 뇌동맥 폐색 (13)에 의해 공급되는 미상 - 피질 영역은 FDG 흡수에 대한 영향을받은 것은 놀라운 일이 아니다. 쥐 뇌의이 지역의 병리는 장애인 차별 학습,인지 적 처리, 비 운동 기능 (14)에 연결됩니다. FDG를 취할 수 없음 또한 entorhinal 피질에서 관찰되었다허혈성 반구의 측두엽에서 D 청각 피질. 2001 년, 데이비스 등. 쥐 entorhinal 피질 손상이 장애 감각 통합 및 영구 공간 학습 15 deificits에 이르게 보도했다. 청각 장애는 드물게 16 만, 인간의 행정에서 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나, 주요 청각 경로 중 하나입니다 열등한 둔덕에 의해 FDG의 섭취는 우리의 모델에서 뇌졸중에 의해 영향을받지 않았다. 이 MCAO에 의한 뇌졸중 쥐 인해 편협한 피질, 가난한 FDG 흡수 (17)을 보여 주었다 우리의 모델에서 지역 중 하나 경색에 에피네프린, 노르 에피네프린, 교감 신경 활동을 늘리는 것이 증명되었다. 이것은 심장 시스템에 영향을 미치는 자율 기능의 변화가 발생할 수 있습니다. 불량 FDG 흡수는 또한 frontoparietal 체성 감각 피질의 영역에서 관찰되었다. 이 영역의 허혈성 경색은 구조적 이상 및 시상 연결 손실을 야기하는 것으로보고되었다(18). 제한 FDG의 섭취는 저산소 허혈 (19)를 실시 쥐 신생아에보고, 손상된 안구 지배 소성으로 이어질 수있는 시각 피질에서 관찰되었다. 그러나, FDG 흡수가 뛰어난 둔덕 시각적 모터 안내 (20)에 관여하는 영역을 관찰되지 않았다 감소했다. 해마 영역에서 FDG의 섭취 또한, 공간 기억 및 탐색에 중요한 영역을 손상했다. 일관되게 그러한 우수한 열등 둔덕, 복측 피개 영역 (VTA)뿐만 아니라, 전뇌의 후각 망울 및 뿌리 깊은 시상로서 중뇌의 서브 영역의 폐색에 의해 영향을받지 않았다 것을 관찰 중간 경동맥 (그림 3).
종합하면, 이들 결과는 CT와 FDG-PET가 세로 형태로 래트에서 뇌허혈를 모니터링과, 재현 가능한, 비 침습성 영상화 전략을 제공한다는 것을 입증한다.
그림 1 :. 전에 쥐와 후 PET-CT 데이터는 뇌허혈 각 행은 각각의 횡 방향 (A, E), 져널 (B, F), 관상 (C, G)를 표시하고, 3 차원 (D, H) PET 렌더링 (; 바닥 또는 대뇌 허혈 유도 후 26 시간) (맨 윗줄)과 재관류 후 24 시간 전에 쥐 24 시간의 -ct 데이터. 흰색 화살표 인해 뇌졸중 손상을 감소 FDG 섭취의 위치를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2 : PMOD를 사용하여 W. 쉬퍼 쥐의 뇌지도 책과 정렬 PET 데이터의 FDG-PET 데이터.쥐 24 시간 재관류 후 (또는 26 시간 후 뇌허혈, 상단 행) 분석 (아랫 줄)에 대한 VOI 뇌 템플릿 아틀라스와 융합된다. 색상은 뇌 템플릿 아틀라스의 별도의 VOI를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
. 그림 3 : 쥐 뇌에서 포도당 흡수 대표 정량 분석 섹션으로 W. 쉬퍼 쥐 뇌 아틀라스의 각 지역에서 표준 통풍 장치의 왼쪽 반구 FDG PET 신호에 권리의 비율은 허혈성 뇌졸중 이벤트 (사전하기 전에 촬영 검사에 대해보고; 파란색), 1.5 시간 (녹색), 24 시간 (적색) 후 재관류 (또는 26 시간 후 - 재관류). 오차 막대는 각각의 시점에서, N = 5 래트 뇌 스트로크 이벤트의 표준 오차를 나타낸다. ** P ≤ 0.01, * P≤ 0.05 (쌍 t- 검정). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 :. MCAO 수술의 그림 빨간색 선은 외부 경동맥에 삽입 occluder에입니다. 파란색 타원은 뇌의 영역을 나타냅니다.
Discussion
여기에서 우리는 스트로크 유도, PET 영상 및 흰쥐에서 조직 손상의 표준화 된 뇌 부분 영역 측정을위한 세부 전략을 제시한다. 스트로크 효과가 치료가 매우 짧은 치료 시간에 따라 다릅니다으로 특히 행정의 영역에서 작은 동물 모델의 이미지는 유리하다. 여기에서 우리는 스트로크 중간 대뇌 동맥 폐색을 통해 유도 된 것을 특징으로 부상 - 재관류 모델을 제시하고, 영상은 해부학 적 기준에 대한 X 선 CT와 함께, PET와 FDG를 사용 하였다. 뇌의 서브 영역 내에서의 FDG 흡수 조직화 측정 PMOD 이미지 분석 소프트웨어 내의 래트 뇌에 VOI 템플릿 아틀라스의 정확한 매핑에 의해 가능하게되었다. FDG 비례 값은 다른 동물과 시간 (P) 사이의 글로벌 FDG PET 신호의 변화를 정상화하면서 손상의 직접적인 측정을 허용하는 대향 뇌 반구의 해당 서브 영역으로 나누어 회수하고oints. 이러한 측정은 일관 보여주는 동측 반구의 특정 영역에서 뇌 조직 당 흡수의 상당한 손실, 래트 뇌 스트로크의 예상 효과와 일치한다. 이 방법론은 허혈성 뇌졸중을 포함한 뇌 외상 많은 유형을 겪는 동물의 FDG PET 데이터 세트를 비교할 수있는 능력을 보강 할 수있는 잠재력을 갖는다. 볼륨을 표준화함으로써 뇌의 반구에 걸쳐 여러 동물에서 정량,이 방법은 감소 조직의 포도당 흡수의 일관된 측정을 생성합니다. D2 수용체 (11) C-raclopride이뿐만 아니라 (21)이 프로토콜을 사용할 수 있습니다처럼, 뇌 흡수와 다른 PET 추적자를합니다. 마지막으로, 우리는 세 가지 차원에서 높은 해부학 적 정확성과의 골격 내에서 쥐의 뇌에 허혈성 뇌졸중을 시각화하는 방법을 설명합니다. 뇌졸중에 의한 생리적 기능 장애는 영상이 비 침습적 방법, 일시적 또는 영구적 일 수 있기 때문에연구자들은 시간의 기간에 걸쳐 동일한 동물에서 뇌 손상을 평가할 수있다. 이 신경 학적으로 같은 동물에서 단기 및 장기 신경 학적 결손을 쥐 점수뿐만 아니라 평가하는 방법을 제공합니다. PMOD 소프트웨어의 템플릿 기능은 정밀도의 일정 금액 연구원은 부상 영역을 매핑하고 아마도 신경 학적 후유증과 행동 패턴에 상관 관계를 할 수 있습니다.
뇌의 하위 영역 뇌졸중 손상의 정확한 정량화를 들어, 키 단계는 PMOD 내에서 쥐의 뇌 아틀라스와 PET 데이터의 정렬입니다. 정렬 불일치는 허혈에 의해 영향을받는 뇌의 하위 영역의 잘못된 정량화 될 수 있습니다. 프로토콜 단계 4.1.7에서 설명 된 바와 같이, 그 PET 실험 데이터와 뇌 아틀라스 정렬을위한 랜드 마크로 harderian 분비를 사용하는 것이 가능하다. 부분 용적 효과 (PVE)는 이러한 유형의 분석 중에 관심사이며, 뇌 구조의 전체 해상도를 제한 할 것이다이미지를 만들 수 있습니다. 신호 스필 인접 볼륨 사이에서 발생할 수 있거나, 또는 그 자체 VOI 따라서 방법 (22)의 정량 정확도를 줄이는 악기의 해상도와 관련하여 너무 작을 수있다. 이러한 연구에서 사용 된 PET Albira 시스템은 세 개의 검출기가 장착 링과 1.5 mm (23)를 달성 한 고리 시스템으로부터 진화 대응 1.1 mm의 분해능을 얻을 수있다. Buvat와 동료는 PVE가, 3- 5.6-18.9 mm 3의 구형 볼륨에 해당하는 것 2 ~ 3 배 전체 폭 절반 최대 (FWHM)의 시스템 해상도보다 작은 직경으로 종양의 측정에 영향을 미칠 것입니다 있습니다 링 Albira. Casteels는 등. 최근 8mm 3보다 큰 볼륨이 1.1-1.3 mm 24의 범위의 해상도를 가진 현대 전임상 PET 스캐너에 대한 최소한의 부분적인 볼륨 영향을 미칠 것이라고 말했다. 쉬퍼 아틀라스주의 깊게 마음에 이러한 매개 변수로 구성, 5를 활용 한8 VOI를, 8mm 3 임계 값 아래의 13 가을. 이러한 권리를 VOI를하고, 내측 전두엽 피질의 왼쪽 반구 (6.3 mm 3, R / L)를 포함, 파 텍스 (7.6 mm 3, R / L), 우수한 둔덕 (7.1 mm 3, R / L) , VTA (5.5 mm 3, R / L), 열등한 둔덕 (5.7 mm 3, R / L), 뇌하수체 (5.9 mm 3)과 CB의 혈류 (5.1 mm 3). 또한, 전두엽 피질 (1.4 mm 3 R / L)의 측정은 작은 크기로 인해 PVE에 가장 민감 할 것이다.
해부학 크기 상응하는 증가가 큰 쥐 등 동물 연구는 마우스에 비해 안정적으로 정량화 될 수있다 뇌 서브 영역보다 많은 수를 가질 것이다. 그럼에도 불구하고,이 방법은 18 하위 영역으로 구성되어 PMOD에서 사용할 수있는 자신의 뇌지도 책이 쥐에서 뇌 영상에 적용 할 수있는PVE를 최소화하기위한 크기. 또한, PET를 사용하여 대안의 방법론을 이용하여 요구할 수있다 본 연구에서 설명 된 것보다 더 작은 뇌 영역의 동정을 행 하였다. 여기에 설명 된 방법은 살아있는 쥐의 뇌 하위 영역으로 분할 된 시간에 뇌 조직 손상의 조직화하고 효율적으로 정량화 할 수 있습니다. 허혈로 인한 손상은 예를 들어 여기에서 입증되지만 뇌 활동의 변화 부량 제시된 방법론은 래트 뇌에 영향을 미치는 다른 조건이 적용될 수있다.
결론적으로, 작은 동물의 FDG-PET-CT 데이터를 비 침습적이고 경제적 인 방식으로 획득 될 수 있고, 편리하게 정량적 방식으로 작은 동물 촬상에 사용될 수있다. PMOD 프로그램 쉬퍼 템플릿 도구를 이용하여, 뇌의 허혈 영역 묘사 및 PET 데이터를 측정 할 수있다. 이 developme에를 촉진 뇌허혈 후 강력한 뇌 구조 조정, 수리의 미래 연구를위한 도구 및 신경입니다장애인 뇌졸중 환자의 신경 치료의 NT. 이 비주얼은 또한 조직 손상은 별도의 영상 기에서 정렬 될 수 뇌 외상, 다른 경우의 평가에 특히 유용 할 것이다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Albira PET SPECT CT | Bruker | 3D molecular imaging equipment | |
| Sprague Dawley Rats | Charles River Laboratories | 400 | Animal Subjects |
| 18-F-D-Glucose | Spectron | PET compound | |
| micro clamp | FST | 18055-03 | artery clamp |
| occluder #4037 | Doccol Corp. | 403712PK10 | surgical stroke induction |
References
- Minino, A. M., Murphy, S. L., Xu, J., Kochanek, K. D. Deaths: final data for 2008. Natl Vital Stat Rep. 59, 1-126 (2011).
- Niemi, M. L., Laaksonen, R., Kotila, M., Waltimo, O. Quality of life 4 years after stroke. Stroke. 19, 1101-1107 (1988).
- Ter-Pogossian, M. M., Phelps, M. E., Hoffman, E. J., Mullani, N. A. A positron-emission transaxial tomograph for nuclear imaging. 114, 89-98 (1975).
- Schiffer, W. K., et al. Serial microPET measures of the metabolic reaction to a microdialysis probe implant. J Neurosci Methods. 155, 272-284 (2006).
- Roger, V. L., et al. Heart disease and stroke statistics--2012 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 125, e2-e220 (2012).
- Heiss, W. D., et al. Progressive derangement of periinfarct viable tissue in ischemic stroke. J Cereb Blood Flow Metab. 12, 193-203 (1992).
- Foster, N. L., et al. Alzheimer's disease: focal cortical changes shown by positron emission tomography. Neurology. 33, 961-965 (1983).
- Bustamante, E., Pedersen, P. L. High aerobic glycolysis of rat hepatoma cells in culture: role of mitochondrial hexokinase. Proc Natl Acad Sci U S A. 74, 3735-3739 (1977).
- Toga, A. W., Santori, E. M., Hazani, R., Ambach, K. A 3D digital map of rat brain. Brain Res Bull. 38, 77-85 (1995).
- Yuan, H., et al. Saptiotemporal uptake characteristics of [18]F-2-Fluoro-2-Deoxy-D-Glucose in a rat middle cerebral artery occlusion model. Stroke. 44, (2013).
- Nemoto, E. M., Hossmann, K. A., Cooper, H. K. Post-ischemic hypermetabolism in cat brain. Stroke. 12 (5), 666-676 (1981).
- Sachdev, P. S., Chen, X., Joscelyne, A., Wen, W., Brodaty, H. Amygdala in stroke/transient ischemic attack patients and its relationship to cognitive impairment and psychopathology: the Sydney stroke study. Am. J. Geriatr. Psychiatry. 15, 487-496 (2007).
- Nagasawa, H., Kogure, K. Correlation between cerebral blood flow and histologic changes in a new rat model of middle cerebral artery occlusion. Stroke. 20, 1037-1043 (1989).
- Hauber, W., Schmidt, W. J. Differential effects of lesions of the dorsomedial and dorsolateral caudate-putamen on reaction time performance in rats. Behavioral Brain Research. 60, 211-215 (1994).
- Davis, A. E., Gimenez, A. M., Therrien, B. Effects of entorhinal cortex lesions on sensory integration and spatial learning. Nurs. Res. 50, 77-85 (2001).
- Hausler, R., Levine, R. A. Auditory dysfunction in stroke. Acta Otolaryngol. 120, 689-703 (2000).
- Cechetto, D. F., Wilson, J. X., Smith, K. E., Wolski, D., Silver, M. D., Hachinski, V. C. Autonomic and myocardial changes in middle cerebral artery occlusion: stroke models in the rat. Brain Res. 502, 5296-5305 (1989).
- Carmichael, S. T., Wei, L., Rovainen, C. M., Woolsey, T. A. New patterns of intracortical projections after focal cortical strike. Neurobiol. of Disease. 8, 910-922 (2001).
- Failor, S., et al. Neonatal cerebral hypoxia-ischemia impairs plasticity in rat visual cortex. J. Neurosci. 30, 81-92 (2010).
- Wurtz, R. H., Albano, J. E. Visual-motor function of the primate superior colliculus. Ann. Rev. Neurosci. 3, 189-226 (1980).
- Kuhn, F. P., et al. Comparison of PET template-based and MRI-based image processing in the quantitative analysis of C11-raclopride PET. EJNMMI Res. 4 (1), 7 (2014).
- Soret, M., Bacharach, S. L., Buvat, I. Partial-Volume Effect in PET Tumor Imaging. J. Nuc. Med. 48, 932-945 (2007).
- Sanchez, F., et al. ALBIRA: A Small Animal PET/SPECT/CT Imaging System. Med. Phys. 40 (5), 051906 (2013).
- Casteels, C., et al. Construction and Evaluation of Quantitative Small-Animal PET Probabilistic Atlases for [18F]FDG and [18F]FECT Functional Mapping of the Mouse Brain. PLOS One. 8 (6), e65286 (2013).
