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Neuroscience

चूहा ग्रीवा रीढ़ की हड्डी में प्रसार इमेजिंग

Published: April 7, 2015 doi: 10.3791/52390
Automatic Translation
1, 2, 1, 1
1Department of Neurosurgery, Medical College of Wisconsin, 2Department of Biomedical Engineering, Marquette University

Introduction

चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) स्वास्थ्य और रोग दोनों में मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी में एक खिड़की प्रदान करता है कि एक noninvasive उपकरण है। एमआरआई नैदानिक ​​निदान क्रांति ला दी है, लेकिन यह भी प्रयोगशाला जांच के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है। मस्तिष्क संबंधी बीमारी या चोट के पशु मॉडल pathophysiology को समझते हैं और उपचारों की खोज में तेजी लाने के लिए एक मंच प्रदान करते हैं। इस रिपोर्ट में, हम प्रसार tensor इमेजिंग (डीटीआई) का उपयोग microstructural चोट एक के संभावित बायोमार्कर की जांच के लिए रीढ़ की हड्डी में चोट की एक चूहे मॉडल के लिए एमआरआई के आवेदन प्रदर्शित करता है। इमेजिंग बायोमार्कर के संभावित खोज की रीढ़ की हड्डी में चोट के साथ रोगियों के निदान और प्रबंधन में मदद मिलेगी। इन मार्कर नैदानिक ​​सेटिंग करने के लिए उनके अनुवाद में अवलोकन या रोग का निदान मॉडल preclinical में उपचारों की खोज में एक भूमिका निभाते हैं और सक्षम होने की संभावना है।

डीटीआई की सूक्ष्म गति उपाय है कि एमआरआई की एक विशेष रूप हैपानी के अणुओं (यानी प्रसार)। डीटीआई कारण उनके अभिविन्यास और microstructural रचना के बारे में जानकारी प्रदान करता है, जो प्रसार अधिकतर उन्हें तेजी से सीधा करने के लिए की तुलना में axons के साथ है जहां axons की उपस्थिति, तंत्रिका तंत्र में विशेष रूप से लाभप्रद हो गया है। Diffusivity (एमडी), और प्रसार के उन्मुखीकरण निर्भरता का एक उपाय मतलब है, ऊतक के भीतर समग्र प्रसार का एक उपाय सहित डीटीआई से निकाली गई अदिश सूचकांकों, आंशिक anisotropy (एफए) 2,3, microstructure के निस्र्पक में व्यापक अनुप्रयोगों को देखा है स्वास्थ्य और रोग 4 दोनों में तंत्रिका तंत्र की। ये मीट्रिक अधिकांश अन्य एमआरआई विधियों के माध्यम से अदृश्य रहे हैं कि सूक्ष्म ऊतक सुविधाओं से पता चला है। पिछले प्रयासों डीटीआई चूहों 1 में वक्ष एससीआई निम्नलिखित ग्रीवा की हड्डी के भीतर दूरदराज microstructural परिवर्तन का पता लगाता है कि प्रदर्शन किया। घाव से दूरदराज के डीटीआई परिवर्तन की संभावना कैसे पूरे रीढ़ की हड्डी रिस प्रतिबिंबितचोट करने के लिए तालाबों, और संभावित माध्यमिक चोट का एक मार्कर हैं।

Vivo में चूहे रीढ़ की हड्डी इमेजिंग कई अद्वितीय चुनौतियों प्रस्तुत करता है। सबसे विशेष रूप से, रीढ़ की हड्डी सांस की गति से प्रभावित और कई तरीकों का उपयोग कर गति कम करने के लिए सावधान ध्यान देने की आवश्यकता है। पिछले अध्ययनों में, स्थिरीकरण उपकरणों 5 स्कैनिंग के दौरान स्पाइनल कॉलम की गति से हटा दिया। ग्रीवा की हड्डी के इमेजिंग के लिए, हम attenuates जो एक सिर धारक और कान सलाखों, के रूप में शारीरिक संयम का उपयोग, लेकिन श्वसन के कारण प्रस्ताव को खत्म नहीं करता है। इसके अलावा, हम एक कुशल तरीके से श्वसन चक्र के साथ छवि अधिग्रहण सिंक्रनाइज़ करने के लिए एक कस्टम श्वसन gating योजना का उपयोग। इन संशोधनों अन्यथा श्वसन 6 की वजह से बड़े पैमाने पर थोक गति की वजह से कलाकृतियों को हटाने के लिए सक्षम है। DWI के सीएसएफ प्रवाह और रक्त धड़कन, और गति के इन छोटे स्रोतों सहित सूक्ष्म गति, के लिए अत्यधिक संवेदनशील है contaminatioएन भी सांस gating योजना द्वारा क्रमशः समाप्त कर रहे हैं। इसके अतिरिक्त, रीढ़ की हड्डी के एक छोटे से पार अनुभागीय क्षेत्र है और देखने के क्षेत्र का एक अंश ही प्रतिनिधित्व करता है। रीढ़ की हड्डी जानवर के शरीर के भीतर गहरे स्थित है जिसमें ग्रीवा रीढ़ इमेजिंग के लिए, पर्याप्त संकेत पैठ के साथ एक बेलनाकार रेडियोफ्रीक्वेंसी कुंडल छवि के लिए उच्च संकल्प के साथ ग्रीवा रीढ़ की हड्डी की जरूरत है। देखने के क्षेत्र में एक कमी भी रीढ़ की हड्डी के बाहर, ऊतकों से संकेत रद्द, या खराब करने के लिए कार्य करता है जो बाहरी मात्रा दमन (OVS) द्वारा हासिल की है। बिगाड़ने ढ़ाल या बाहरी मात्रा दमन नामक यह विधि, भी इन ऊतकों के भीतर अवशिष्ट पशु गति, सीएसएफ प्रवाह, या रक्त धड़कन के किसी भी प्रदूषण को कम करने के लिए कार्य करता है।

रीढ़ की हड्डी की व्यवस्था भी इमेजिंग प्रोटोकॉल को आसान बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता। सफेद पदार्थ (WM) में रीढ़ की हड्डी axons के लगभग सभी रीढ़ की हड्डी के मुख्य धुरी के समानांतर उन्मुख होते हैं। गुमस्तिष्क के DWI के परिणाम चुंबक (एक प्रक्रिया बुलाया प्रसार tensor इमेजिंग) के भीतर की स्थिति पर निर्भर नहीं है सुनिश्चित करने के लिए कम से कम छह दिशाओं साथ माप की आवश्यकता है, जबकि अमेरिका, रीढ़ की हड्डी में माप समानांतर ही साथ दो दिशाओं का अधिग्रहण किया जा सकता है और कॉर्ड 7,8 सीधा करने के लिए, इसके बाद क्रमश: अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ रूप में भेजा। इस प्रकार, diffusivity और अन्य मानकों स्वास्थ्य और बीमारी या चोट दोनों में ऊतक के microstructure में अनुमान अलग-अलग दो दिशाओं साथ मापा और अनुमति देते हैं।

Protocol

नोट: आचार कथन: संस्थागत देखभाल और उपयोग समिति (IACUC) का विस्कॉन्सिन मेडिकल कॉलेज और क्लेमेंट जे Zablocki वीए मेडिकल सेंटर सभी प्रक्रियाओं को मंजूरी दे दी।

1. पशु तैयारी और निगरानी

  1. चिकित्सा हवा में 5 isoflurane% का उपयोग करते हुए, एक प्रेरण कक्ष में चूहा anesthetize। ठीक पलटा अनुपस्थित है और हिंद पंजा फैलाएंगे कोई वापसी पलटा पैदा करता है, जब 2% करने के लिए संज्ञाहरण को कम करने और एक सिर पहले प्रवण स्थिति में स्कैनर बिस्तर पर पशु हस्तांतरण। प्रक्रिया के दौरान एक नाक शंकु डिवाइस के माध्यम से दो isoflurane% बनाए रखने, और लगभग 1 एल / मिनट की एक प्रवाह दर पर चिकित्सा हवा रहते हैं। संज्ञाहरण के तहत जबकि कॉर्निया को नुकसान से बचने के लिए चूहे की आंखों को चिकनाई मरहम की एक छोटी राशि लागू करें।
  2. चूहे के धड़ के आसपास सुरक्षित रूप से एक सांस की निगरानी बेल्ट रखें। एक सांस gating प्रणाली को बेल्ट से कनेक्ट करें। स्कैनर बोर में चूहे को आगे बढ़ाने, chec पहले श्वसन चक्र स्पष्ट और सुसंगत है सुनिश्चित करने के लिए सांस की निगरानी कंप्यूटर कश्मीर। यदि आवश्यक हो तो इस कदम छवि गुणवत्ता के लिए आवश्यक है, के बाद से बेल्ट को समायोजित करें।
  3. मॉनिटर और एक गुदा जांच और गर्म हवा हीटिंग सिस्टम के माध्यम से 37 डिग्री सेल्सियस पर जानवर के शरीर का तापमान बनाए रखने के लिए। 1.2 और 2% के बीच संज्ञाहरण के स्तर का समायोजन करके प्रति मिनट 30-45 श्वास के बीच सांस की दर को बनाए रखें।
  4. एक काटने पट्टी के साथ सिर धारक में चूहे स्थिति और पेंच में कान सलाखों (चित्रा 1), और ग्रीवा रीढ़ कुंडली के केंद्र में तैनात है जब तक एक वर्ग निकालना मात्रा कुंडली में सिर स्लाइड।
    नोट: चूहे के कंधों कुंडली में आगे बढ़ने से रोक सकता है।
  5. स्कैनर बोर में चूहे और समर्थन धारकों अग्रिम। यदि लागू हो, ट्यूनिंग और उचित आवृत्ति करने के लिए कुंडली के मिलान के capacitors को समायोजित करने और कुंडल विक्रेता द्वारा दिए गए निर्देशों के अनुसार प्रतिबाधा।
e_title "> 2। एमआरआई स्कैन पैरामीटर

नोट: यहाँ वर्णित प्रक्रियाओं एक 9.4 टी क्षैतिज बोर छोटे जानवर प्रणाली का इस्तेमाल किया है, लेकिन छोटे जानवर एमआरआई सिस्टम के अन्य क्षेत्र ताकत के लिए लागू कर रहे हैं।

  1. Iteratively रिसीवर लाभ के चुंबकीय क्षेत्र की एकरूपता (shimming), रेडियोफ्रीक्वेंसी बिजली की अंशांकन, और समायोजन में सुधार, अनुनाद आवृत्ति का पता लगाने के लिए एमआरआई प्रणाली के स्वचालित प्रक्रियाओं का प्रयोग करें।
  2. सिस्टम के सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस का उपयोग करना, सही स्थिति सुनिश्चित करने के लिए एक डिफ़ॉल्ट तीन विमान स्काउट स्कैन प्राप्त करते हैं।
    1. "नई स्कैन", का चयन tripilot क्लिक करें, और छवियों को प्राप्त करने के लिए "यातायात प्रकाश" पर क्लिक करें।
    2. ग्रीवा रीढ़ की केंद्र चुंबक के केंद्र और एमआरआई कुंडली के केंद्र दोनों के साथ गठबंधन किया है सुनिश्चित करें। चुंबक, धक्का भीतर रीढ़ केंद्र या पालने पर खींचने के लिए और सत्यापन के लिए स्काउट स्कैन reacquire करने के लिए।
    3. पदों को समायोजित करने के लिएएमआरआई तार से ग्रीवा रीढ़ रिश्तेदार के एन, repositioning के लिए चुंबक से पालने को हटा दें। यदि आवश्यक हो स्थिति के अनुरूप है, जब तक इस प्रक्रिया को दोहराएँ। पशु repositioned किया जाता है, 2.1 कदम दोहराएँ।
  3. वर्तमान इमेजिंग प्रोटोकॉल के लिए एक नया गूंज-तलीय प्रसार भारित स्पिन गूंज अनुक्रम (DtiEpi) जोड़ें।
    1. कॉन्फ़िगर करें और निम्न के लिए छोड़कर डिफ़ॉल्ट सेटिंग का उपयोग DWI के अनुक्रम के साथ प्रसार भारित छवियों को प्राप्त:
    2. 0.75 मिमी की मोटाई के साथ 12 स्लाइस लिख टुकड़ा स्थिति चित्रमय इंटरफेस खोलें। ग्रीवा की हड्डी के मुख्य धुरी को सीधा स्लाइस पूरबी। विभिन्न जानवरों के बीच या एक आंतरिक संदर्भ के रूप में सेरिबैलम के आधार का उपयोग विभिन्न इमेजिंग सत्र में लगातार टुकड़ा स्थिति सुनिश्चित।
    3. 'पर' के लिए संतृप्ति बैंड निर्धारित करें। रीढ़ की हड्डी के बाहर 10 मिमी की मोटाई के साथ स्थिति 4 संतृप्ति बैंड इन ऊतकों से संकेत कम करने के लिए औरकलाकृतियों (चित्रा 3) उत्पन्न करने के लिए अपनी क्षमता को कम। सेट श्वसन gating के 'पर' ('ट्रिगर मॉड्यूल') के लिए।
      नोट: कस्टम श्वसन gating पल्स अनुक्रम प्रोग्रामिंग में ज्ञान और अनुभव की आवश्यकता है। यह उपलब्ध नहीं है, तो एक वैकल्पिक हल के सभी स्लाइस जानवर की साँस के बीच में प्राप्त कर रहे हैं कि यह सुनिश्चित करने के लिए 3-5 स्लाइस की संख्या और एक के लिए टी.आर. को कम करना है। ग्रीवा की हड्डी के पूर्ण कवरेज प्राप्त करने के लिए स्लाइस की अन्य सबसेट के साथ पूर्ण अनुक्रम दोहराएँ।
    4. उपकरण बॉक्स आइकन पर क्लिक करें और फिर क्लिक करें "संपादन विधि।" 4. परिवर्तन के लिए छोड़ दिया-सही करने के लिए चरण एन्कोडिंग दिशा महामारी खंडों की संख्या निर्धारित करें। अन्य डिफ़ॉल्ट सेटिंग्स होना चाहिए: रिक्ति = 0.3234 एमएस, महामारी खंड प्रति कुल गूंज ट्रेन की लंबाई = 32 गूंज।
      नोट: अन्य संरचनाओं से गति के प्रदूषण कम हो जाएगा पूर्वकाल पीछे के बजाय बाएँ सही दिशा करने के लिए सेट चरण एन्कोडिंग।
    5. निम्नलिखित geometri का प्रयोग करेंसीएएल सेटिंग्स। एक में विमान स्थानिक संकल्प में जिसके परिणामस्वरूप = एक्स 128 128, और में विमान क्षेत्र का दृश्य = 25.6 एक्स 25.6 मिमी मैट्रिक्स आकार, = 0.200 एक्स 0.200 मिमी। टुकड़ा मोटाई को सुनिश्चित = 0.75 मिमी। स्लाइस आदेश = टुकड़ा खाई = 0 मिमी, 'interleaved'।
    6. निम्नलिखित प्रसार भार सेटिंग्स का उपयोग करें: DW के उपाय मोड = 'DW के विपरीत', प्रसार ढाल अवधि (δ) = 7 एमएस, प्रसार ढाल जुदाई (Δ) = 12 एमएस, बी-मूल्यों की संख्या = 8, वांछित बी-मूल्यों = 0 , 250, 500, 750, 1000, 1500, 2500, 3500 मिमी / एस 2, प्रसार दिशाओं = 2, प्रसार भार दिशाओं = [1 0 0] की संख्या और [0 0 1] (बनाया विमानों में होना करने के लिए समानांतर और ) रीढ़ की हड्डी की धुरी के orthogonal।
      नोट: इन सेटिंग्स के साथ, हम / 2 मिमी 3500 के रूप में उच्च बी-मूल्यों हासिल की। हार्डवेयर विशिष्टताओं और प्रसार ढाल अवधि (δ) और प्रसार ढाल जुदाई (Δ) के बाद से, बी-मूल्य को सीमित कर सकता अन्य प्रणाली के प्रदर्शन विशेषताओं जी पर निर्भर कर रहे हैंहमारी प्रणाली पर थे जो radient प्रदर्शन,: (अधिकतम ढाल ताकत: 440 लाख टन / मी, अधिकतम निहत दर: 3440 टी / एम / एस)। 2 मिमी कम से कम 2000 / s के उच्च बी-मान के साथ kurtosis की माप, 2 बी-मूल्यों, के लिए सिफारिश कर रहे हैं।
    7. निम्नलिखित समय सेटिंग्स का उपयोग करें। गूंज समय (ते) 27 एमएस (0 दर्ज करके कम से कम करने के लिए सेट), पुनरावृत्ति समय (टी.आर.) = 1800 मिसे =।
  4. तैयार अनुक्रम मोल। ऊपर सूचीबद्ध मापदंडों के साथ, कुल अधिग्रहण के समय लगभग 25 मिनट है।
  5. अधिग्रहण केवल श्वसन चक्र का मौन (unmoving) भाग (चित्रा में होते हैं तो सभी स्कैन के दौरान, (सॉफ्टवेयर समाप्ति की पहचान) और एमआरआई की व्यवस्था करने के संकेत श्वसन gating के सॉफ्टवेयर की निगरानी और "ट्रिगर" के बीच में देरी की अवधि को समायोजित 2A, ग्रे लाइन के स्थिर भाग)। 100-400 मिसे के बीच एक ट्रिगर देरी जानवर श्वसन पैटर्न के आधार पर आवश्यक है। इस आरती को कम करने में मदद मिलेगीसांस की गति (3E चित्रा) के साथ होती है कि तथ्यों।
  6. यदि उपलब्ध है, अधिग्रहण के समय की एक अतिरिक्त 25 मिनट की आवश्यकता है, जो 'पर' के लिए सेट कस्टम "blips रिवर्स", साथ अनुक्रम दोहराएँ।
    नोट: कस्टम अनुक्रम 9 'ब्लिप रिवर्स' (यदि चरण 3 के दौरान संवेदनशीलता विरूपण साक्ष्य सुधार के लिए आवश्यक) उलट ब्लिप अनुक्रम संशोधन चरण एन्कोडिंग दिशा के चुनाव की अनुमति देता है, जबकि केवल एक ही महामारी चरण एन्कोडिंग दिशा सही (संभव है, अनुपलब्ध है ) -to-बाएँ या बाएँ-से-दाएँ।
  7. इमेजिंग पूरा हो गया है, धारक से जानवर को हटा दें और अपने पिंजरे के लिए यह वापसी। यह sternal अवलंबन बनाए रखने के लिए पर्याप्त होश आ गया है जब तक पहुंच के बाहर एक जानवर मत छोड़ो।

3. छवि प्रसंस्करण

  1. सीधे सिस्टम से DICOM प्रारूप में सिस्टम से निर्यात डेटा (बेहतर) या कस्टम या thir का उपयोग कर NIFTI प्रारूप करने के लिए डेटा परिवर्तितडी-पक्ष सॉफ़्टवेयर।
  2. संवेदनशीलता विरूपण साक्ष्य सुधार प्रदर्शन।
    1. बी निकालें = प्रत्येक से 0 संस्करणों एफएसएल या अन्य एमआरआई सॉफ्टवेयर संकुल के साथ प्रदान की उपयोगिताओं का उपयोग कर, एक एकल फाइल में स्कैन। प्रत्येक चरण में सांकेतिक शब्दों में बदलना दिशा के लिए एक फ़ाइल की आवश्यकता है।
      नोट: प्रत्येक स्कैन अनुदैर्ध्य दिशा में प्रसार भार के 8 स्कैन द्वारा पीछा अनुप्रस्थ दिशा में प्रसार भार के साथ बी-मूल्यों बदलती के 8 स्कैन के शामिल अगर उदाहरण के लिए, छवि फ़ाइल शामिल ख = 1 सेंट में 0 स्कैन और 9 वीं की मात्रा, और निकाले और निम्न खोल कोड के साथ इकट्ठा किया जा सकता है:
      fslroi $ {ऊपर} _dwi_masked.nii.gz temp1 0 1
      fslroi $ {ऊपर} _dwi_masked.nii.gz temp2 8 1
      fslroi $ {नीचे} _dwi_masked.nii.gz temp3 0 1
      fslroi $ {नीचे} _dwi_masked.nii.gz temp4 8 1
      fslmerge आयकर blip_both temp1 temp2 temp3 temp4
      (जहां इस मामले डॉलर और $ नीचे सामान्य से स्कैन कर रहे हैं और क्रमश: चरण सांकेतिक शब्दों में बदलना दिशाओं उलट में)। कम छवि विरूपण कलाकृतियों के साथ एक सही फ़ाइल बनाने के लिए FSL 10,11 में 'topup' कमांड का प्रयोग करें। पैरामीटर नक्शे के निर्माण के लिए प्रयोग की जाने वाली कच्ची DWI के छवियों के लिए इस सुधार को लागू करें।
      नोट: आदेश के उपयोग के लिए निर्देश पर पाया जा सकता है http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide । इस प्रकार के रूप में इस मामले में आदेश का उपयोग करने के लिए उदाहरण कोड है:
      topup --imain = blip_both_nlmf_b0images_masked.nii --datain = .. / topup_data.txt --config =। / b02b0_ratspine.cnf --out = topup_splines_nlmf --iout = $ बाहर --verbose --logout = topuplog.log
      {ऊपर} dwiup = `रास $ * dwi_nlmFilt.nii`
      dwidown = `रास $ {नीचे} * dwi_nlmFilt.nii`
      applytopup --imain = $ {dwiup}, $ {dwidown} --datain = .. / topup_data.txt --method = जाच --inindex = 1, $ इंडस्ट्रीज़ --topup = topup_splines_nlmf --out = DWI के _ $ {बाहर } -v
      कॉपी और चूहे की स्पिन के लिए $ {FSLDIR} /etc/flirtsch/b02b0.cnf में डिफ़ॉल्ट फ़ाइल को संपादित10 का एक पहलू से --warpres और --fwhm लाइनों में मूल्यों में से प्रत्येक को कम करके अल कॉर्ड।
  3. प्रसार भार के साथ छवियों (Paravision में एक डीटीआई योजना या इसी तरह की एक कस्टम डिजाइन का उपयोग) में कम से कम छह गैर ओर्थोगोनल दिशाओं के साथ प्राप्त कर रहे हैं, तो मानक डीटीआई पैरामीटर नक्शे गणना करने के लिए इस तरह के FSL के प्रसार टूलबॉक्स 12 या कैमिनो 13 के रूप में सॉफ्टवेयर संकुल का उपयोग करें। यदि नहीं, तो आगे चरणों 3.4 में संकेत के रूप में, उदाहरण के लिए, केवल दो दिशाओं साथ प्रसार भार को रोजगार जो उपयोगी मेट्रिक्स पैदा करने के लिए एक कस्टम प्रक्रिया का उपयोग करें।
  4. मेनू से - "मुखौटा बना> फाइल" fslview में topup द्वारा outputted को सही DWI फाइल लोड और का चयन करें। (उदाहरण के जीएम, पृष्ठीय WM के लिए, या WM ventrolateral) एक ऊतक प्रकार के भीतर ब्याज की एक क्षेत्र को आकर्षित करने के लिए पेंसिल उपकरण का प्रयोग करें। इस फाइल को बचाने के लिए और किसी भी अन्य वांछित ROIs के बाद में उपयोग करने के लिए दोहराएँ।
    नोट: रीढ़ की हड्डी से खंड ROIs के लिए अन्य प्रक्रियाओं 14,15 प्रलेखित किया गया है
  5. DWI फाइल मुखौटा और उसके बाद निम्न आदेश का उपयोग कर प्रत्येक छवि मात्रा के लिए रॉय के भीतर मतलब संकेत गणना करने के लिए आरओआई फ़ाइल का उपयोग करें:
    fslstats आयकर DWI_corrected.nii.gz -k GM_mask.nii.gz -M
  6. अनुप्रस्थ संकेत के लिए एक वेक्टर के रूप में, इस तरह के MATLAB के रूप में संख्यात्मक कंप्यूटिंग कार्यक्रम में पहले 8 परिणामों की प्रतिलिपि (उदाहरण के लिए यह sig_T कहते हैं), और बी का नंबर है जहां 8 अनुदैर्ध्य संकेत (sig_L), के लिए एक वेक्टर के रूप में दूसरा 8 परिणाम मूल्यों का इस्तेमाल किया।
    1. 8 बी-मूल्यों का एक वेक्टर के रूप में एक संख्यात्मक कंप्यूटिंग कार्यक्रम में बी-मूल्यों की प्रतिलिपि। अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य दिशाओं के लिए बी-मूल्यों के समान थे। यदि संभव हो, प्रभावी बी-मूल्य, बजाय नाममात्र बी-मूल्य, "प्रभावी बी मूल्य" के रूप में कदम 2.3.5 से पैरामीटर खिड़की में सूचीबद्ध है जो स्कैनर, से प्राप्त की जानी चाहिए।
    2. बी-मान डेटा वें करने के लिए बनाम संकेत फिट करने के लिए संख्यात्मक कंप्यूटिंग कार्यक्रम की वक्र ढाले उपकरण बॉक्स का उपयोग करेंई कमांड प्रॉम्प्ट पर cftools लिखकर मॉडल वांछित। ऐसा करने के लिए, "डाटा ..." क्लिक करें और एक्स-डेटा के रूप में वाई-डेटा के रूप में संकेत वैक्टर और बी-मूल्यों का चयन करें। चुन ... "फिटिंग" क्लिक करें और "फिट का प्रकार" के तहत "कस्टम समीकरण," तो फिटिंग के लिए एक समीकरण में प्रवेश के लिए "नया" और "सामान्य समीकरण" पर क्लिक करें।
  7. मानक प्रसार मॉडल के लिए फिट करने के लिए, समीकरण दर्ज करें:
    S0। * EXP (-x। * डी) "(1)
  8. प्रसार और एक दूसरे क्रम अवधि (kurtosis, कश्मीर) भी शामिल है जो एक मॉडल के लिए फिट करने के लिए समीकरण में प्रवेश, गाऊसी प्रसार 16 से विचलन को मापने के लिए:
    S0। * EXP (-x। * डी + (1/6)। * (एक्स। * डी)। ^ 2. * कश्मीर) "(2)
  9. "लागू करें" "ठीक है" और क्लिक करें। उत्पादन खिड़की पर diffusivity (डी) और kurtosis (कश्मीर) के लिए अनुमानित मूल्यों का निरीक्षण करें। "डेटा सेट:" में चयनकर्ता, समीकरण के साथ प्रयोग के लिए sig_T (या sig_L) डेटा का चयन (1)या (2) और "लागू करें" पर क्लिक करें।
  10. अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य diffusivities का उपयोग कर anisotropy सूचकांक (एअर इंडिया) की गणना:
    ऐ = (डी एल डी टी) / (डी एल + डी टी) (3)
    इस डीटीआई मॉडल से गणना की आंशिक anisotropy (एफए) के अनुरूप है। Kurtosis के लिए एक anisotropy सूचकांक भी diffusivity के स्थान पर अनुप्रस्थ और अनुदैर्ध्य kurtosis उपयोग कर की गणना की जा सकती है।
    इस विधि में इस तरह यह मॉडल से प्रत्येक पैरामीटर का एक नक्शा बनाने के लिए रीढ़ की हड्डी के भीतर प्रत्येक voxel पर वक्र ढाले उपकरण बॉक्स के आदेश-पंक्ति कार्रवाई का उपयोग करने के लिए भी संभव है आदि कश्मीर टी, डी टी, के रूप में मॉडल मापदंडों के मूल्यों देता नोट । वैकल्पिक फिटिंग तरीकों का इस्तेमाल किया जा सकता है और कहीं और विस्तृत कर रहे हैं। 17

Representative Results

उचित प्रक्रिया गति कलाकृतियों चूहे ग्रीवा रीढ़ की हड्डी के उच्च गुणवत्ता वाले प्रसार भारित छवियों में परिणाम को कम से कम करने के लिए। रीढ़ की हड्डी के बाहर ऊतकों से अवांछित संकेत saturating, (चित्रा 2) कस्टम श्वसन gating का प्रयोग (आंकड़े -3 बी और सी), और चुंबकीय क्षेत्र संवेदनशीलता विरूपण सुधार ऐसे आंकड़े 4 और 5 में उन लोगों के रूप में प्रसार भारित छवियों पैदा करता है। अनुचित या संयुक्त राष्ट्र के gated छवियों सही gating कलाकृतियों से मुक्त है, जबकि (चित्रा 3E) ghosting के रूप में कलाकृतियों को बढ़ावा मिलेगा।

12 स्लाइस भर में प्रसार भारित छवियों के दृश्य निरीक्षण इसके microstructure से संबंधित है कि रीढ़ की हड्डी की सुविधाओं का पता चलता है। विशेष रूप से, अधिक से अधिक प्रसार भार (ख-मूल्य) के साथ exacerbated है जो प्रसार भारित छवियों पर अधिक से अधिक संकेत हानि, में ऊतक परिणामों में तेजी से प्रसार। प्रसार भार perpendic प्रदर्शन किया साथप्रसार धीमी और axons सीधा करने के लिए प्रतिबंधित है के बाद से रीढ़ की हड्डी की धुरी के ular, रस्सी की परिधि के साथ सफेद पदार्थ, उज्ज्वल दिखाई देता है। यह सभी एक ही दिशा साथ गठबंधन नहीं कर रहे हैं कि axons और सेल शरीर से बना है, क्योंकि इसके विपरीत, हड्डी के मध्य क्षेत्र के भीतर ग्रे बात है, गहरे रंग की दिखाई देती है। ग्रे बात अपेक्षाकृत उज्जवल है, जबकि इसकी तुलना में, प्रसार के बाद से एक गहरा उपस्थिति के साथ सफेद मामले में समानांतर दिशा परिणामों में प्रसार भार, तेजी से axons के साथ है। यह समानांतर और सीधा दिशाओं अलग बी-मूल्यों पर सफेद और ग्रे मैटर के बीच सबसे अच्छा इसके विपरीत है, क्योंकि अलग प्रसार भारित छवियों, विभिन्न बी-मूल्यों के लिए दिखाए जाते हैं कि नोट के लिए महत्वपूर्ण है।

गणितीय formalisms का उपयोग करते हुए प्रसार भारित छवियों के सभी संयोजन प्रसार मापदंडों के नक्शे दिखाए जाने के लिए अनुमति देता है। सफेद और ग्रे बात से औसत संकेतों अलग खिलाफ साजिश रची हैसमानांतर और सीधा दिशाओं के लिए फ्यूजन भार कारक (ख-मूल्य)। यह मात्रात्मक डेटा 4 चित्र में दिखाया प्रसार भारित छवियों पुष्ट। ग्रे मामले दिशा पर कम निर्भर है, जबकि विशेष रूप से, सफेद पदार्थ, (अनुदैर्ध्य या अनुप्रस्थ) प्रसार भार की दिशा पर एक मजबूत निर्भरता है। इसी तरह, प्रसार kurtosis पैदावार इस एक ही निर्भरता को उजागर जो प्रसार मानकों (चित्रा 6B), के मात्रात्मक नक्शे के लिए समीकरण का उपयोग करते हुए प्रत्येक voxel पर सिग्नल की फिटिंग। व्हाइट बात प्रसार (सहायता) और kurtosis माप (AIK) दोनों के लिए anisotropy की एक उच्च डिग्री है। इस प्रकार, अनुप्रस्थ प्रसार और kurtosis ऊतकीय अध्ययन से जाना जाता है कि रीढ़ की हड्डी के अंतर्निहित है microstructure प्रकट करते हैं। लाइव में हासिल कर ली है, लेकिन जानवरों anesthetized हैं जो ये प्रसार मापदंडों, ऐसे अक्षतंतु घनत्व और व्यास के रूप में सूक्ष्म ऊतक गुणों को दर्शाते हैं। में बदलावचोट और बीमारी की वजह से एसई उपायों noninvasively चोट के परिणामों और वादा किया उपचारों के प्रभाव के मूल्यांकन के लिए उपयोगी हो जाएगा। चूहे ग्रीवा रीढ़ की हड्डी के प्रसार भारित इमेजिंग इसलिए रीढ़ की हड्डी में चोट और रीढ़ की हड्डी के रोगों के पूर्व नैदानिक ​​अध्ययन के लिए एक उपकरण बन सकता है।

चित्र 1
चित्रा 1:। ग्रीवा रीढ़ की हड्डी के लिए कुंडली और धारक का डिजाइन एमआरआई एक कस्टम वर्ग निकालना मात्रा का तार (सड़ा हुआ वैज्ञानिक इंक) छवि के लिए उच्च संवेदनशीलता और एकरूपता के साथ ग्रीवा रीढ़ इस्तेमाल किया गया था। संज्ञाहरण और चिकित्सा हवा चूहे की नाक के आसपास आराम से फिट बैठता है, जो नाक शंकु, में संकेत गैस बंदरगाहों द्वारा वितरित कर रहे हैं। Exhaled और अतिरिक्त गैस मामूली वैक्यूम के तहत निकास लाइन द्वारा कब्जा कर लिया है। चूहे का सिर कृन्तक के आसपास रखा काटने बार और कान सलाखों रखा डेलिक के साथ सुरक्षित हैately कान नहर के भीतर। सांस की निगरानी और तापमान जांच सहित अन्य शारीरिक निगरानी उपकरणों, नहीं दिखाया जाता है।

चित्र 2
चित्रा 2: श्वसन gating योजना। Gating इकाई से एक ठेठ श्वसन ट्रेस (ग्रे) और ट्रिगर (लाल) रेखाचित्र के रूप में दिखाया जाता है (ए)। Gating (बी) के विशिष्ट कार्यान्वयन में, एक भी ट्रिगर सभी स्लाइस प्राप्त करने के लिए प्रयोग किया जाता है (ऊर्ध्वाधर लाइनों, 12 यहाँ दिखाया गया है) पुनरावृत्ति समय (टी.आर.) के भीतर समान रूप से स्थान दिया गया है समय पर। टी.आर. विशिष्ट अवधि से अधिक है, कई स्लाइस एक सांस के दौरान हो और गति (लाल) के लिए अतिसंवेदनशील हो सकता है। संशोधित योजना (ग) में, स्लाइस की एक सबसेट बाद ट्रिगर के बाद अधिग्रहीत अन्य स्लाइस के साथ, एक देरी के द्वारा पीछा ट्रिगर (6 यहाँ दिखाया गया है) के बाद तेजी से अर्जित कर रहे हैं। प्रभावी ढंग से, टी.आर. अनुक्रम में देरी उलटफेर से दो योजनाओं के बीच समान है।

चित्र तीन
चित्रा 3:। एमआरआई टुकड़ा स्थिति, संतृप्ति बैंड, और गति नियंत्रण बारह अक्षीय स्लाइस brainstem और सेरिबैलम के चौराहे से लगातार दूरी पर तैनात सबसे पूर्वकाल टुकड़ा के साथ स्काउट छवि (ए) पर व्यवस्था की गई। संतृप्ति बैंड (बी) के हित के क्षेत्र के बाहर अवांछित संकेत को खत्म करने के लिए जोड़ा गया था। कार्यरत कस्टम gating के योजना के साथ प्रसार भार (डी) के साथ प्रसार भार (सी) और एक के बिना एक छवि स्पष्ट रूप से हड्डी के शरीर रचना दिखाने के लिए और कलाकृतियों के लिए स्वतंत्र है। गैर अनुकूलित gating योजना या अनुचित श्वसन gating, प्रसार भारित छवियों को एक नुकसान के रूप में कलाकृतियों (ई) इस शो के साथ कॉर्ड के भीतर संकेत, या भ्रष्ट बाद के विश्लेषण। जाएगा कि गर्भनाल के बाहर एकाधिक "भूत" का यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4:। प्रतिनिधि प्रसार भारित छवियों पाठ में वर्णित अनुकूलन का उपयोग करना, उच्च गुणवत्ता वाले प्रसार भारित छवियों रीढ़ की हड्डी की मुख्य धुरी के प्रसार भार लागू किया अनुप्रस्थ (ए) और अनुदैर्ध्य (बी) के साथ प्राप्त किया गया। विभिन्न बी-मूल्यों निदर्शी प्रयोजनों के लिए सफेद और ग्रे मैटर के बीच सबसे अच्छा विपरीत प्रदान कि प्रत्येक दिशा के लिए दिखाए जाते हैं। प्रत्येक दिशा या बी-मूल्य के लिए, सभी 12 स्लाइस लगभग 90 सेकंड में हासिल किया गया। लोड / 52,390 / 52390fig4large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5:। इस प्रोटोकॉल ("ऊपर ब्लिप" छवि) में उल्लिखित के रूप में उलट चरण सांकेतिक शब्दों में बदलना सुधार प्रक्रिया बाएँ कॉलम DWI के अनुक्रम के साथ imaged एक टुकड़ा से पता चलता है। मध्य स्तंभ अनुक्रम करने के लिए सेट "रिवर्स blips" के साथ एक दूसरी बार हासिल कर ली पता चलता है 'पर।' पहली छवि में फैला दिखाई देते हैं कि सुविधाओं मध्य कॉलम में संकुचित कैसे दिखाई देते हैं पर ध्यान दें। सही कॉलम topup का उपयोग कर सही प्रसार भारित छवियों से पता चलता है। शीर्ष पंक्ति गैर-प्रसार भारित छवि, मध्य पंक्ति अनुप्रस्थ दिशा में लागू प्रसार भार के साथ एक उदाहरण है, और नीचे पंक्ति अनुदैर्ध्य दिशा में लागू प्रसार भार के साथ एक उदाहरण है।//www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig5large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6:। Diffusivity और kurtosis के नक्शे कम्प्यूटेड सामान्यीकृत संकेत (छवि तीव्रता) अनुप्रस्थ (टी) और अनुदैर्ध्य (एल) प्रसार एन्कोडिंग दिशा के लिए प्रसार भार (ख-मूल्य) के एक समारोह के रूप में (ए) साजिश रची है। उच्च गुणवत्ता नक्शे diffusivity (डी) (बी), kurtosis (कश्मीर), और anisotropy (एअर इंडिया) प्रत्येक voxel पर संकेत से गणना की और रीढ़ की हड्डी के ऊतकों की अनूठी विशेषताओं को प्रकट कर रहे हैं। विशेष रूप से, सफेद और ग्रे मैटर के बीच मापदंडों, साथ ही सफेद पदार्थ क्षेत्रों में क्षेत्रीय मतभेद में स्पष्ट अंतर है। छठे के लिए यहां क्लिक करेंइस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण EW।

Discussion

यहाँ रेखांकित तकनीक vivo में चूहे रीढ़ की हड्डी के उच्च गुणवत्ता वाले प्रसार भारित छवियों को प्रदान कर सकते हैं। छवि गुणवत्ता कई कारकों पर निर्भर करता है, लेकिन रीढ़ की हड्डी महत्वपूर्ण हैं कि कई अनूठी मुद्दों है।

मोशन सही नहीं है, तो व्यर्थ छवियों में परिणाम होगा कि एक महत्वपूर्ण समस्या है। इस प्रकार, यह एमआरआई सत्र के दौरान सावधान निगरानी की आवश्यकता है। छवि कलाकृतियों गति के साथ संगत कर रहे हैं कि प्रारंभिक स्कैन पर मनाया जाता है, तो अधिग्रहण रोकने के लिए और इन बाद के प्रसंस्करण में दूर करने के लिए मुश्किल हो जाता है, के बाद से कलाकृतियों को खत्म करने के लिए कदम उठाए। श्वसन कंप्यूटर सांस की निगरानी इकाई से एक मजबूत, नियमित रूप से संकेत प्राप्त करता है कि सुनिश्चित करें। श्वसन बेल्ट एक सुसंगत संकेत प्रदान करता है, लेकिन पशु की साँस लेने को सीमित नहीं करता है कि सही तनाव के लिए समायोजित करने की आवश्यकता हो सकती है। सभी समय पर संज्ञाहरण के उचित स्तर बनाए रखना; 1.5-2.0% isofluorane हमारे अनुभव में इस्तेमाल किया गया हैसीई। इसी तरह, पशु और रीढ़ की हड्डी के समग्र आंदोलन में कमी artifact मुक्त छवियों को प्रदान करने के लिए एक और महत्वपूर्ण पहलू है। हृदय चक्र से संबंधित सीएसएफ धड़कन की वजह से महत्वपूर्ण प्रस्ताव का अनुभव करता है जो मानव रीढ़ की हड्डी, के विपरीत, कृंतक में सीएसएफ धड़कन श्वसन चक्र 18 के साथ मुख्य रूप से जुड़ा हुआ है। यह पूरी तरह से हड्डी में सभी प्रस्ताव को खत्म करने के लिए मुश्किल है, यह अक्सर परीक्षण और त्रुटि के माध्यम से हासिल की है, जो जहां तक ​​संभव हो, के लिए गति को कम करने के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, विभिन्न न्यूरोलॉजिकल चोट या विकारों के साथ चूहों के साथ साथ उल्लिखित प्रक्रियाओं के रूपांतरण की आवश्यकता हो सकती है कि असामान्य सांस की दरों या अन्य शारीरिक जटिलताएं हो सकती है।

इस उद्देश्य के लिए सिलवाया छवि पुनर्निर्माण प्रक्रियाओं के साथ-साथ सांस gating के लिए पल्स अनुक्रम के लिए संशोधन, remov के नहीं किया जा सकता कि inhomogeneous चुंबकीय क्षेत्र के कारण विरूपण के प्रभाव को कमएमआरआई प्रणाली पर प्रदर्शन समायोजन द्वारा एड।

इसी तरह, छवि गुणवत्ता इमेजिंग समय की अवधि पर निर्भर करता है। हमारे उदाहरण में, केवल दो दिशाओं साथ प्रसार भार की संख्या सीमित कुल इमेजिंग समय में कमी के सक्षम होना चाहिए। इस दृष्टिकोण की एक सीमा है यह अब कई अन्य अध्ययनों के लिए आदर्श है जो पूर्ण tensor विश्लेषण (डीटीआई), के साथ संगत है। वैकल्पिक रूप से, एक ही अधिग्रहण के समय को बनाए रखते हुए बेहतर लक्षण वर्णन के लिए अनुमति दे सकता है कम औसत और अधिक प्रसार निर्देश या बी-मूल्यों का उपयोग। पिछले अध्ययनों से दो-दिशा दृष्टिकोण 6-दिशा (डीटीआई) दृष्टिकोण 19 के साथ संगत जानकारी प्रदान करता है पता चला है कि, लेकिन देखभाल के स्लाइस (और प्रसार दिशाओं) सुनिश्चित करने के लिए लिया जाना चाहिए ठीक साथ और सीधा कॉर्ड के लिए उन्मुख होते हैं। हालांकि, कई बी-मूल्यों को प्राप्त करने के बेहतर लक्षण वर्णन और kurtosis की गणितीय फिटिंग के लिए अनुमति देता है और एक भी बी-valu के इस्तेमाल को लेकर सिफारिश की हैई। इसके अलावा, पूर्ण अनुक्रम चुंबकीय क्षेत्र संवेदनशीलता कलाकृतियों के प्रभाव को कम कर देता है, और औसत के माध्यम से समग्र छवि गुणवत्ता में सुधार है, जो एक उलट चरण सांकेतिक शब्दों में बदलना दिशा के साथ दोहराया गया था। अंत में, हमारे प्रोटोकॉल में इस्तेमाल छवि संकल्प सफेद और ग्रे बात का स्पष्ट विभाजन प्रदान करता है। इस बार अब स्कैन टाइम्स की कीमत या एक से अधिक कलाकृतियों के लिए संभावित पर आता है, हालांकि उच्च संकल्प के साथ छवियों, संभव हो रहे हैं।

रेडियोफ्रीक्वेंसी coils, नाड़ी दृश्यों, और बाद के प्रसंस्करण के तरीकों में सुधार सभी इस विधि के भविष्य के रूपांतरों में रीढ़ की हड्डी के इमेजिंग में सुधार का असर नहीं होगा। उदाहरण के लिए, सतह coils के चूहों में मनाया समान बेहतर छवि गुणवत्ता के लिए फायदेमंद हो सकता है। 20 इन उपायों से रीढ़ की हड्डी की चोट के नैदानिक ​​निदान और प्रबंधन के लिए बायोमार्कर के रूप में उपयोगी होने का एक उच्च संभावना है।

Disclosures

इस लेख के लिए प्रकाशन फीस आंशिक रूप से Bruker निगम द्वारा प्रायोजित किया गया था।

Acknowledgments

हम प्रयोगात्मक सहायता के लिए केली स्टेलिक, नताशा विल्किंस, और मैट Runquist धन्यवाद। अनुसंधान और शिक्षा पहल कोष, विस्कॉन्सिन के मेडिकल कॉलेज में आगे बढ़ने के लिए एक स्वस्थ विस्कॉन्सिन बंदोबस्ती का एक घटक है, और क्रेग एच Neilsen फाउंडेशन के माध्यम से वित्त पोषित।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Small animal imaging RF coil Doty SAIP400-H-38-S
Respiratory gating system SA Instruments 1030
MR scanner Bruker Biospec 94/30 USR

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References

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तंत्रिका जीव विज्ञान अंक 98 रीढ़ की हड्डी चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग प्रसार tensor इमेजिंग श्वसन gating प्रसार kurtosis इमेजिंग चूहे रीढ़ की हड्डी
चूहा ग्रीवा रीढ़ की हड्डी में प्रसार इमेजिंग
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Zakszewski, E., Schmit, B., Kurpad,… More

Zakszewski, E., Schmit, B., Kurpad, S., Budde, M. D. Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord. J. Vis. Exp. (98), e52390, doi:10.3791/52390 (2015).

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