Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

التصوير نشر في الحبل الشوكي الجرذ عنق الرحم

doi: 10.3791/52390 Published: April 7, 2015

Introduction

التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) هو أداة موسع التي توفر نافذة على الدماغ والحبل الشوكي في كل من الصحة والمرض. ثورة MRI التشخيص السريري، وإنما هو أيضا أداة قيمة لتحقيق المختبر. النماذج الحيوانية من الإصابة العصبية أو مرض توفر منصة لفهم الفيزيولوجيا المرضية وتسريع اكتشاف العلاجات. في هذا التقرير، ونحن لشرح تطبيق MRI لنموذج الفئران من الإصابة في النخاع الشوكي للتحقيق المؤشرات الحيوية المحتملة للإصابة المجهرية 1 باستخدام التصوير نشر الموترة (زارة التجارة والصناعة). سوف اكتشاف محتمل من المؤشرات الحيوية التصوير يساعد في تشخيص وإدارة المرضى الذين يعانون من إصابات في النخاع الشوكي. ومن المرجح أن تلعب دورا في اكتشاف علاجات في النماذج قبل السريرية وتمكين المراقبة أو التكهن في ترجمتها إلى إعداد سريرية هذه العلامات.

زارة التجارة والصناعة هو شكل متخصص من التصوير بالرنين المغناطيسي الذي يقيس حركة المجهرية للجزيئات الماء (أي نشر). وكان زارة التجارة والصناعة المفيد وخاصة في الجهاز العصبي بسبب وجود محاور حيث نشر بشكل غير متناسب بشكل أسرع على طول محاور عصبية من عمودي لهم، الذي يقدم معلومات بشأن ميولهم وتكوين المجهرية. المؤشرات العددية المستمدة من زارة التجارة والصناعة، بما في ذلك مقياسا للنشر العام داخل الأنسجة، يعني الانتشارية (MD)، ومقياس لاعتماد توجه نشرها، تباين كسور (FA) 2،3، شهدت تطبيقات واسعة في وصف المجهرية الجهاز العصبي في كل من الصحة والمرض (4). وقد كشفت هذه المقاييس ميزات الأنسجة المجهرية التي هي غير مرئية من خلال معظم طرق التصوير بالرنين المغناطيسي الأخرى. تظاهر الجهود السابقة التي زارة التجارة والصناعة بالكشف عن التغيرات المجهرية النائية داخل الحبل عنق الرحم التالية الصدري SCI في الفئران 1. التغييرات زارة التجارة والصناعة عن بعد من الآفة من المرجح أن تعكس كيف أن الدقة في النخاع الشوكي كاملالبرك بلة، ويمكن أن تكون علامة على الإصابة الثانوية.

تصوير النخاع الشوكي الفئران في الجسم الحي يقدم العديد من التحديات الفريدة. أبرزها، يتأثر الحبل الشوكي من قبل الحركة الجهاز التنفسي ويتطلب عناية فائقة لتقليل الحركة باستخدام عدة طرق. في دراسات سابقة، أزالت الأجهزة تجميد حركة العمود الفقري خلال مسح 5. للتصوير من الحبل عنق الرحم، وعلينا الاستفادة من ضبط النفس الجسدي في شكل حامل الرأس والحانات الأذن، والتي خفف، ولكن لا يلغي الحركة الناجمة عن التنفس. وعلاوة على ذلك، نحن نستخدم نظام النابضة التنفسي مخصصة لمزامنة الحصول على الصور مع دورة التنفس بطريقة فعالة. هذه التعديلات تمكن إزالة القطع الأثرية تسبب خلاف ذلك الحركة الأكبر على نطاق واسع الناجمة عن التنفس 6. دوى حساس للغاية لحركة المجهرية، بما في ذلك تدفق CSF ونبض الدم، وهذه المصادر أصغر من الحركة contaminatioن والتخفيف أيضا من مخطط النابضة التنفسي. بالإضافة إلى ذلك، النخاع الشوكي لديه مساحة المقطع العرضي الصغيرة ويمثل سوى جزء صغير من مجال الرؤية. للتصوير العمود الفقري العنقي، الذي يقع الحبل الشوكي في أعماق جسم الحيوان، وهناك حاجة لفائف الترددات الراديوية أسطواني مع اختراق إشارة كافية لصورة الحبل الشوكي العنقي مع ارتفاع القرار. ويتم تحقيق تخفيض في مجال الرؤية من خلال قمع حجم الخارجي (OVS)، الذي يعمل أيضا لإلغاء، أو يفسد، إشارة من الأنسجة خارج من الحبل الشوكي. هذه الطريقة، ودعا التدرجات المفسد أو قمع حجم الخارجي، ويعمل أيضا للحد من أي تلوث الحركة المتبقية الحيوان، وتدفق السائل النخاعي، أو نبض الدم في هذه الأنسجة.

ويمكن أيضا ترتيب الحبل الشوكي يمكن استغلالها لتبسيط بروتوكول التصوير. المحاور الحبل الشوكي في المادة البيضاء (WM) وكلها تقريبا موجهة نحو مواز للمحور الرئيسي من الحبل الشوكي. عشرلنا، في حين دوى في المخ يتطلب قياسات طول لا يقل عن 6 الاتجاهات لضمان النتائج لا تعتمد على الموقف داخل المغناطيس (عملية تسمى انتشار التصوير موتر)، والقياسات في الحبل الشوكي يمكن الحصول عليها فقط على طول 2 الاتجاهات متوازية و عمودي على الحبل 7،8، ويشار إليها فيما يلي باسم طولية وعرضية، على التوالي. وهكذا، ويتم قياس انتشارية وغيرها من المعالم على طول الاتجاهات 2 بشكل منفصل والسماح الاستدلالات في المجهرية للنسيج في كل من الصحة والمرض أو الإصابة.

Protocol

ملاحظة: بيان الأخلاق: وافق الرعاية المؤسسية واستخدام اللجان (IACUC) من كلية الطب في ويسكونسن ومركز كليمنت J. Zablocki VA الطبية كافة الإجراءات.

1. إعداد الحيوانية والرصد

  1. تخدير الفئران في غرفة الاستقراء، وذلك باستخدام 5٪ الأيزوفلورين في الهواء الطبي. عندما لا ارادي المقوم غائب والضغط على مخلب هند لا ينتج لا ارادي انسحاب، والحد من التخدير إلى 2٪ ونقل الحيوانات إلى السرير الماسح الضوئي في وضع الرأس الأول عرضة. الحفاظ على 2٪ الأيزوفلورين من خلال جهاز مخروط الأنف في جميع أنحاء الداخلي، والحفاظ على الهواء الطبي في معدل تدفق حوالي 1 لتر / دقيقة. ضع كمية صغيرة من مرهم التشحيم لعيون الفئران لتجنب الأضرار التي لحقت القرنية في حين تحت التخدير.
  2. وضع حزام مراقبة الجهاز التنفسي بشكل آمن حول الجذع وفأر. ربط الحزام لنظام النابضة التنفسي. قبل التقدم الفئران في تجويف الماسح الضوئي، هاربور ك الكمبيوتر مراقبة الجهاز التنفسي لضمان دورة الجهاز التنفسي واضحة ومتسقة. ضبط حزام إذا لزم الأمر، لأن هذه الخطوة هي ضرورة حتمية لجودة الصورة.
  3. مراقبة والحفاظ على درجة حرارة جسم الحيوان عند 37 درجة مئوية خلال التحقيق المستقيم ودافئة نظام تدفئة الهواء. الحفاظ على معدل التنفس بين 30-45 الأنفاس لكل دقيقة عن طريق ضبط مستوى التخدير بين 1.2 و 2٪.
  4. وضع الفئران في حامل الرأس مع شريط لدغة ولولبية في الحانات الأذن (الشكل 1)، وحرك رأسه في لفائف حجم التربيع حتى يتم وضع العمود الفقري العنقي في وسط لفائف.
    ملاحظة: الكتفين الفأر قد منع المزيد من التقدم في الملف.
  5. دفع الفئران وأصحاب دعم في تجويف الماسح الضوئي. إذا كان ذلك ممكنا، وضبط ضبط والمكثفات مطابقة لفائف إلى التردد الصحيح ومقاومة وفقا للتعليمات التي يقدمها البائع لفائف.
e_title "> 2. MRI المسح الضوئي معلمات

ملاحظة: الإجراءات الموضحة هنا تستخدم نظام الحيوانات الصغيرة 9.4 T تتحمل الأفقي ولكن قابلة للتطبيق على نقاط القوة الميدانية الأخرى من أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي الحيوانات الصغيرة.

  1. استخدام إجراءات نظام التصوير بالرنين المغناطيسي لالآلي للكشف عن تردد صدى، تكرارا تحسين تجانس الحقل المغناطيسي للأرض (الملئ)، معايرة قوة الترددات الراديوية، والتكيف من الربح الاستقبال.
  2. باستخدام واجهة البرنامج للنظام، الحصول على ثلاث الافتراضي طائرة الكشفية المسح الضوئي لضمان تحديد المواقع الصحيح.
    1. انقر على "مسح جديد"، حدد tripilot، وانقر على "إشارة المرور" للحصول على الصور.
    2. تأكد من محاذاة وسط العمود الفقري العنقي مع كل من مركز المغناطيس ووسط لفائف التصوير بالرنين المغناطيسي. لتوسيط العمود الفقري داخل المغناطيس، ودفع أو سحب على مهد وإعادة الاستحواذ على الفحص الكشفية للتحقق منها.
    3. لضبط positioن من العمود الفقري بالنسبة لعنق الرحم لفائف التصوير بالرنين المغناطيسي، وإزالة مهد من المغناطيس لاعادة تموضع. إذا لزم الأمر، كرر هذه العملية حتى هو موقف ثابت. إذا تم تعديل أوضاعها الحيوان، كرر الخطوة 2.1.
  3. إضافة جديدة بالصدى مستو نشر المرجح تدور صدى التسلسل (DtiEpi) إلى بروتوكول التصوير الحالي.
    1. تكوين واكتساب نشر الصور المرجحة مع تسلسل دوى باستخدام الإعدادات الافتراضية باستثناء ما يلي:
    2. فتح شريحة موقف اجهة رسومية لوصف 12 شرائح بسماكة 0.75 مم. توجيه شرائح عمودي على المحور الرئيسي من الحبل عنق الرحم. ضمان تحديد المواقع شريحة متناسقة بين الحيوانات المختلفة أو عبر جلسات التصوير المختلفة باستخدام قاعدة المخيخ باعتبارها المرجعية الداخلية.
    3. تعيين نطاقات التشبع إلى 'على'. موقف 4 نطاقات التشبع مع سمك 10 مم خارج من الحبل الشوكي للحد من إشارة من هذه الأنسجة ولحد من قدرتها على حمل التحف (الشكل 3). تعيين النابضة التنفسي ('وحدة الزناد') إلى 'على'.
      ملاحظة: النابضة التنفسي مخصصة يتطلب معرفة وخبرة في البرمجة تسلسل النبض. إذا كان هذا غير متوفر، والحل هو تخفيض عدد شرائح 3-5 وTR إلى 1 ق لضمان الحصول على جميع شرائح في الفترات الفاصلة بين الأنفاس من الحيوان. تكرار التسلسل الكامل مع فرعية أخرى من شرائح للحصول على التغطية الكاملة من الحبل عنق الرحم.
    4. انقر فوق رمز مربع الأدوات ثم انقر فوق "طريقة تحرير." تعيين عدد من قطاعات برنامج التحصين الموسع ل4. تغيير الاتجاه ترميز المرحلة إلى اليسار واليمين. يجب أن تكون الإعدادات الافتراضية الأخرى: صدى تباعد = 0.3234 مللي ثانية، ومجموع طول القطار صدى في قطاع EPI = 32.
      ملاحظة: ترميز مرحلة لتعيين اتجاه اليسار واليمين بدلا من الأمامي الخلفي سوف يقلل من تلوث الحركة من الهياكل الأخرى.
    5. استخدام geometri التاليةضبط كال. حجم المصفوفة = 128 × 128، وطائرة في حقل من رأي = 25.6 X 25.6 مم، مما أدى إلى القرار المكانية في الطائرة = 0.200 س 0.200 ملم. ضمان سمك شريحة = 0.75 ملم. أجل شريحة = 'معشق "، الفجوة شريحة = 0 مم.
    6. استخدام الإعدادات التالية نشر الترجيح: DW قياس وضع = 'النقيض DW'، مدة نشر التدرج (δ) = 7 مللي، والفصل نشر التدرج (Δ) = 12 مللي، وعدد من ب-القيم = 8، المطلوب ب-القيم = 0 ، 250، 500، 750، 1،000، 1،500، 2،500، 3،500 ملم / ق عدد من الاتجاهات نشر = 2، الاتجاهات نشر الترجيح = [1 0 0] و [0 0 1] (مصنوعة لتكون في طائرات موازية و متعامد على محور الحبل الشوكي).
      ملاحظة: مع هذه الإعدادات، حققنا ب قيم عالية مثل 3،500 ق / مم 2. مواصفات الأجهزة وخصائص أداء النظام أخرى قد تحد من ب-القيمة، منذ مدة نشر التدرج (δ) والفصل نشر التدرج (Δ) تعتمد على زأداء radient، والتي كانت على نظامنا: (أقصى قدر من القوة التدرج: 440 مليون طن / متر، الحد الأقصى لمعدل عدد كبير: 3،440 T / م / ث). لقياس التفرطح، 2 ب القيم، مع ارتفاع ب-قيمة على الأقل 2،000 ق / مم والموصى بها.
    7. استخدام إعدادات توقيت التالية. صدى الزمن (TE) = 27 مللي ثانية (مجموعة إلى الحد الأدنى عن طريق إدخال 0)، والوقت التكرار (TR) = 1،800 مللي ثانية.
  4. الحصول على تسلسل إعدادها. مع المعلمات المذكورة أعلاه، فإن مجموع اكتساب الوقت ما يقرب من 25 دقيقة.
  5. في جميع بالاشعة، ومراقبة البرامج النابضة التنفسي وضبط فترة التأخير بين "الزناد" (كشف البرمجيات انتهاء الصلاحية) وإشارة إلى نظام التصوير بالرنين المغناطيسي بحيث تحدث عمليات الاستحواذ فقط في هادئة (حراك) جزء من دورة التنفسية (الشكل 2A، جزء ثابت من خط رمادي). تأخير الزناد بين 100-400 ميللي ثانية ضروري اعتمادا على نمط تنفس الحيوان. هذا سوف يساعد على تقليل ARTIالحقائق التي تحدث مع الحركة التنفسية (الشكل 3E).
  6. إذا كان متوفرا، كرر التسلسل مع العرف "التغيرات الصغيرة عكس" لمجموعة 'على'، الأمر الذي يتطلب إضافي 25 دقيقة من وقت الشراء.
    ملاحظة: إذا كان العرف "عكس صورة على شاشة 'تسلسل 9 (مطلوب لتصحيح قابلية قطعة أثرية خلال الخطوة 3) غير متاحة، سوى واحد EPI الاتجاه ترميز المرحلة هو ممكن، في حين أن عكس تعديل تسلسل مضة يسمح اختيار المرحلة الاتجاه الترميز (يمين -to اليسار أو من اليسار إلى اليمين).
  7. عند اكتمال التصوير، وإزالة الحيوان من حامل وإعادته إلى قفصه. لا تترك حيوان غير المراقب حتى استعاد وعيه أنه كاف للحفاظ على الاستلقاء القصية.

تجهيز 3. صورة

  1. تصدير البيانات من النظام في شكل DICOM مباشرة من النظام (الأفضل) أو تحويل البيانات إلى تنسيق NIFTI باستخدام العرف أو حجابهنبرنامج د الحزب.
  2. أداء قابلية تصحيح قطعة أثرية.
    1. استخراج ب = 0 أحجام التداول عن كل تفحص في ملف واحد، باستخدام الأدوات المساعدة المقدمة مع FSL أو حزم البرمجيات MRI الأخرى. مطلوب ملف واحد لكل اتجاه المرحلة ترميز.
      ملاحظة: على سبيل المثال، إذا تألف كل فحص بالاشعة 8 من ب قيم متفاوتة مع ترجيح نشر في الاتجاه العرضي، تليها 8 بالاشعة الترجيح نشر في الاتجاه الطولي، ويحتوي على ملف الصورة ب = 0 بالاشعة في الحادي و1 9 مجلدات عشر، ويمكن استخراجها وتجميعها مع رمز قذيفة التالية:
      fslroi $ {حتى} _dwi_masked.nii.gz temp1 0 1
      fslroi $ {حتى} _dwi_masked.nii.gz temp2 8 1
      fslroi $ {أسفل} _dwi_masked.nii.gz temp3 0 1
      fslroi $ {أسفل} _dwi_masked.nii.gz temp4 8 1
      fslmerge -t blip_both temp1 temp2 temp3 temp4
      (حيث في هذه الحالة دولار حتى و $ لأسفل مع بالاشعة العادية وعكس الاتجاهات المرحلة ترميز، على التوالي). استخدام الأمر "اشحن رصيدك" في FSL 10،11 لإنشاء ملف تصحيح مع انخفاض التحف تشويه الصورة. تطبيق هذا التصحيح إلى الصور دوى الخام لاستخدامها في إنشاء الخرائط المعلمة.
      ملاحظة: تعليمات للاستخدام من الأمر ويمكن الاطلاع على http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide . رمز المثال استخدام الأمر في هذه الحالة هو على النحو التالي:
      اشحن رصيدك --imain = blip_both_nlmf_b0images_masked.nii --datain = .. / topup_data.txt --config =. / b02b0_ratspine.cnf --out = topup_splines_nlmf --iout = $ من --verbose --logout = topuplog.log
      dwiup = `ليرة سورية $ {حتى} * dwi_nlmFilt.nii`
      = dwidown `ليرة سورية $ {أسفل} * dwi_nlmFilt.nii`
      applytopup --imain = $ {dwiup}، $ {dwidown} --datain = .. / topup_data.txt --method = JAC --inindex = 1، $ دائرة الهجرة والجنسية --topup = topup_splines_nlmf --out = دوى _ $ {خارج } -v
      نسخ وتحرير الملف الافتراضي في $ {FSLDIR} /etc/flirtsch/b02b0.cnf لتدور الفئرانآل الحبل عن طريق خفض كل من القيم في --warpres وخطوط --fwhm بمعامل 10.
  3. إذا تم الحصول على الصور مع نشر الترجيح على طول لا يقل عن 6 الاتجاهات غير المتعامدة (باستخدام نظام زارة التجارة والصناعة في Paravision أو تصميم مخصص مماثل)، استخدم حزم البرمجيات مثل FSL في انتشار الأدوات 12 أو 13 كامينو لحساب القياسية الخرائط المعلمة زارة التجارة والصناعة. إذا لم يكن كذلك، استخدام إجراء مخصص لتوليد مقاييس مفيدة، والتي توظف نشر الترجيح فقط على طول 2 الاتجاهات، على سبيل المثال، كما هو مبين في الخطوات 3.4 فصاعدا.
  4. تحميل الملف دوى تصحيح أنتج من قبل اشحن رصيدك في fslview واختر "ملف -> إنشاء قناع" من القائمة. استخدام أدوات قلم رصاص لرسم المنطقة ذات الاهتمام داخل نوع واحد الأنسجة (على سبيل المثال GM، الظهرية WM، أو بطناني WM). حفظ هذا الملف وتكرار لأي رويس المطلوب أخرى لاستخدامها لاحقا.
    ملاحظة: إجراءات أخرى لرويس جزء من الحبل الشوكي وقد تم توثيق 14،15
  5. استخدام ملف ROI لإخفاء ملف دوى ومن ثم حساب متوسط ​​إشارة داخل ROI لكل وحدة تخزين الصورة باستخدام الأمر التالي:
    fslstats -t DWI_corrected.nii.gz كيلو GM_mask.nii.gz -M
  6. نسخ النتائج 8 الأولى في برنامج الحوسبة العددية مثل MATLAB، كناقل للإشارة عرضية (على سبيل المثال يطلق عليه sig_T)، و8 النتائج الثانية كناقل للإشارة طولية (sig_L)، حيث 8 هو عدد ب- القيم المستخدمة.
    1. نسخ ب-القيم في برنامج الحوسبة العددي كناقل لل8 ب-القيم. كانت ب-قيم الاتجاهات عرضية وطولية متطابقة. إذا كان ذلك ممكنا، وفعالة ب-القيمة، بدلا من القيمة الاسمية بالأبيض، ينبغي الحصول عليها من الماسح الضوئي، والذي تم سرده في نافذة المعلمة من الخطوة 2.3.5 بأنها "قيمة B الفعالة".
    2. استخدام برنامج الحوسبة العددي في منحنى المناسب الأدوات لتناسب إشارة مقابل البيانات ب-القيمة إلى THالبريد المطلوب نموذج عن طريق كتابة cftools في موجه الأوامر. للقيام بذلك، انقر فوق "البيانات ..." وحدد نواقل إشارة كما ذ البيانات وب-القيم كما-x البيانات. انقر فوق "تركيب ..." وتحت عنوان "نوع من صالح" اختيار "مخصص المعادلة"، ثم انقر فوق "جديد" و "معادلات عامة" للدخول معادلة للتركيب.
  7. لتناسب لنموذج نشر قياسي، أدخل المعادلة:
    S0. * إكسب (-x. * D) "(1)
  8. لتناسب إلى نموذج الذي يتضمن نشر وولاية الدرجة الثانية (التفرطح، K) لقياس الانحراف عن نشر غاوسي 16، أدخل المعادلة:
    S0. * إكسب (-x. * D + (1/6). * (خ. * D). ^ 2. * K) "(2)
  9. انقر على "موافق" و "تطبيق". مراقبة القيم المقدرة لانتشارية (D) والتفرطح (K) على إطار الإخراج. في "مجموعة البيانات:" محدد، حدد البيانات sig_T (أو sig_L) للاستخدام مع المعادلة (1)أو (2)، وانقر فوق "تطبيق".
  10. حساب مؤشر تباين (AI) باستخدام عرضية وطولية diffusivities:
    AI = (D L -D T) / (D L + D T) (3)
    هذا هو مماثل لتباين كسور (FA) تحسب من طراز زارة التجارة والصناعة. ويمكن أيضا أن تحسب مؤشر تباين لالتفرطح باستخدام عرضية وطولية التفرطح في مكان انتشارية.
    ملاحظة هذا الأسلوب يعطي قيم المعلمات نموذج مثل K D الخ ومن الممكن أيضا استخدام عملية سطر الأوامر من منحنى المناسب الأدوات على كل فوكسل داخل العمود الفقري لخلق خريطة لكل معلمة من نموذج . طرق مناسبة بديلة يمكن استخدام وبالتفصيل في مكان آخر. 17

Representative Results

الإجراءات المناسبة للحد من الحركة الفنية نتيجة في ذات جودة عالية نشر الصور المرجحة من الفئران الحبل الشوكي العنقي. باستخدام النابضة التنفسي مخصصة (الشكل 2)، تشبع إشارة غير المرغوب فيها من أنسجة خارج العمود الفقري (أرقام 3B & C)، والمجال المغناطيسي تصحيح التشويه قابلية تنتج الصور المرجحة نشر مثل تلك التي في أرقام 4 و 5. صور غير لائق أو من الامم المتحدة وبوابات سوف يؤدي إلى التحف في شكل الظلال (الشكل 3E)، في حين النابضة الصحيح هو خال من القطع الأثرية.

الفحص البصري للنشر الصور المرجحة عبر 12 شريحة يكشف ملامح من الحبل الشوكي التي تتعلق المجهرية لها. على وجه التحديد، وأسرع نشر في نتائج الأنسجة في أكبر خسارة إشارة على نشر الصور مرجح، التي تزداد تفاقما مع أكبر الترجيح نشر (ب-القيمة). مع نشر الترجيح إجراء perpendicالجزيئية لمحور الحبل الشوكي، المادة البيضاء على طول المحيط الخارجي للسلك يظهر مشرق، منذ نشر بطيء وتقييد عمودي على محاور عصبية. في المقابل، فإن المادة الرمادية في المنطقة الوسطى من الحبل يبدو أكثر قتامة، حيث يكون مؤلفا من المحاور والهيئات الخلية التي لا تتماشى على طول اتجاه واحد. في المقارنة، الترجيح نشر في نتائج الاتجاه موازية في المادة البيضاء مع ظهور أكثر قتامة، منذ نشر سريع على طول محاور عصبية، بينما المادة الرمادية هي أكثر إشراقا نسبيا. من المهم أن نلاحظ أن ترد نشر المرجحة صور منفصلة لمختلف ب-القيم، لأن الاتجاهات متوازية ومتعامدة لديها أفضل التناقض بين المادة البيضاء والرمادية في مختلف ب-القيم.

الجمع بين كل الصور نشر المرجحة باستخدام الشكليات الرياضية يتيح الخرائط من المعلمات نشر إلى أن تظهر. يتم رسم متوسط ​​إشارات من المادة البيضاء والرمادية ضد DIFالانصهار عامل الترجيح (ب-القيمة) لالاتجاهات متوازية ومتعامدة. يعزز هذه البيانات الكمي الصور نشر المرجحة هو مبين في الشكل (4). وعلى وجه التحديد، المادة البيضاء لديها الاعتماد القوي على اتجاه ترجيح نشر (طولية أو عرضية)، في حين أن المادة الرمادية هي أقل اعتمادا على اتجاه. وبالمثل، من المناسب الإشارة في كل فوكسل باستخدام معادلة لعوائد نشر التفرطح الخرائط الكمية من المعلمات نشر (الشكل 6B)، التي تسلط الضوء على هذا الاعتماد نفسه. المادة البيضاء لديها درجة عالية من تباين لكل من نشر (AID) وقياسات التفرطح (AIK). وهكذا، نشر عرضية والتفرطح تكشف المجهرية الأساسية من الحبل الشوكي ما هو معروف من الدراسات النسيجية. هذه المعايير نشرها، والتي يتم الحصول عليها في العيش، ولكن الحيوانات تخدير، تعكس خصائص الأنسجة المجهرية مثل الكثافة محور عصبي وقطر. تغييرات فيسوف التدابير ذاتها الناجمة عن الإصابة والمرض تكون مفيدة لتقييم noninvasively عواقب الإصابة وآثار العلاجات الواعدة. ولذلك قد نشر التصوير المرجح لالحبل الشوكي العنقي الجرذان أصبحت أداة لالدراسات قبل السريرية للإصابة الحبل الشوكي وأمراض الحبل الشوكي.

الشكل (1)
الشكل 1: تصميم من لفائف وحامل لالحبل الشوكي العنقي MRI تم استخدام لفائف حجم التربيع مخصصة (دوتي العلمي المؤتمر الوطني العراقي) لصورة العمود الفقري العنقي مع حساسية عالية والتوحيد. يتم تسليم التخدير والهواء الطبي من قبل الموانئ الغاز المشار إليها في مخروط الأنف، والذي يناسب بشكل مريح حول الأنف من الفئران. يتم التقاط غاز الزفير والزائد عن طريق خط العادم تحت فراغ طفيف. يتم تأمين رأس فأر مع شريط لدغة وضعت حول القواطع وديليتش القضبان الأذن وضعها¢ الأمر داخل قناة الأذن. لا تظهر مكونات الرصد الفسيولوجية الأخرى، بما في ذلك رصد الجهاز التنفسي ودرجة الحرارة التحقيق.

الشكل 2
الشكل 2: مخطط النابضة التنفسي. وتظهر تتبع نموذجي التنفسي (الرمادي) والزناد (الحمراء) من وحدة النابضة تخطيطي (A). في تنفيذ نموذجية من النابضة (B)، يستخدم مشغل واحد للحصول على جميع شرائح (خطوط عمودية (12)؛ هو موضح هنا) في أوقات متباعدة، بالتساوي ضمن الوقت التكرار (TR). وإذا تجاوزت TR الفترة نموذجية، قد تحدث عدة شرائح خلال التنفس ويكون عرضة للحركة (الحمراء). في مخطط المعدلة (C)، يتم الحصول على مجموعة فرعية من شرائح بسرعة بعد على الزناد (6 هو موضح هنا)، يليه تأخير، مع شرائح أخرى المكتسبة بعد على الزناد لاحق. على نحو فعالوTR غير متطابقة بين خطتين من خلال إعادة ترتيب التأخير في التسلسل.

الشكل (3)
الرقم 3: التصوير بالرنين المغناطيسي لتحديد المواقع شريحة، والعصابات التشبع، والتحكم في الحركة وتم ترتيب اثنا عشر شرائح المحورية على الصورة الكشفية (A) مع شريحة الأكثر الأمامية وضعه على مسافة ثابتة من تقاطع جذع الدماغ والمخيخ. أضيفت العصابات التشبع (B) للقضاء على إشارة غير المرغوب فيها خارج مجال الاهتمام. صورة من دون ترجيح نشر (C) واحد مع ترجيح نشر (D) مع نظام النابضة مخصصة يعملون تظهر بوضوح تشريح الحبل و مجانية والتحف. مع نظام غير الأمثل-النابضة أو النابضة التنفسي غير لائق، نشر صور المرجح تظهر التحف (E) كخسارة إشارة داخل الحبل، أو متعددة "أشباح" خارج الحبل التي من شأنها أن التحليل اللاحق الفاسدين. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم 4: نشر صور الممثل المرجح استخدام أمثل موضح في النص، وتم الحصول على جودة عالية نشر الصور المرجحة مع نشر الترجيح عرضية التطبيقية (A) وطولي (B) إلى المحور الرئيسي الحبل الشوكي. وتظهر مختلفة ب-قيم كل اتجاه التي توفر أفضل التناقض بين المادة البيضاء والرمادية لأغراض التوضيح. لكل اتجاه أو ب-القيمة، تم الحصول عليها كل شرائح 12 في حوالي 90 ثانية. تحميل / 52390 / 52390fig4large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الشكل 5: عكس عملية التصحيح المرحلة ترميز يبين العمود الأيسر شريحة واحدة تصويرها مع تسلسل دوى على النحو المبين في هذا البروتوكول ("مضة حتى" الصورة). ويظهر العمود الأوسط تسلسل حصلت للمرة الثانية مع "عكس التغيرات الصغيرة" لمجموعة 'على'. لاحظ كيف تبدو الميزات التي يبدو امتدت في الصورة الأولى ضغطها في العمود الأوسط. ويظهر العمود الأيمن الصور نشر المرجحة تصحيح باستخدام اشحن رصيدك. الصف العلوي هو عدم نشر-صورة المرجح، في الصف الأوسط هو مثال مع ترجيح نشر تطبق في الاتجاه العرضي، والصف السفلي هو مثال مع ترجيح نشر تطبق في الاتجاه الطولي.//www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig5large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
الشكل 6: حسبت خرائط انتشارية والتفرطح يتم رسم إشارة تطبيع (كثافة الصورة) (A) كدالة للنشر الترجيح (ب-القيمة) لعرضية (T) وطولي (L) نشر الاتجاه الترميز. وتحسب خرائط عالية الجودة (ب) من انتشارية (D)، التفرطح (K)، وتباين (AI) من إشارة في كل فوكسل وتكشف عن ميزات فريدة من نسيج الحبل الشوكي. على وجه التحديد، وهناك فرق واضح في المعايير بين المادة البيضاء والرمادية، فضلا عن الاختلافات الإقليمية في المناطق المادة البيضاء. الرجاء النقر هنا لالسادسEW نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

يمكن للتقنيات المذكورة هنا تقديم خدمات عالية الجودة نشر الصور المرجحة من الحبل الشوكي الفئران في الجسم الحي. جودة الصورة تعتمد على العديد من العوامل، ولكن الحبل الشوكي لديها العديد من القضايا الفريدة التي تعتبر مهمة.

الاقتراح هو مشكلة هامة أنه إذا لم يتم تصحيحها، سيؤدي في الصور غير صالحة للاستعمال. وهكذا، فإنه يتطلب مراقبة دقيقة خلال الدورة MRI. إذا لوحظ التحف الصورة على الفحص الأولي التي تنسجم مع الحركة، والتوقف عن اقتناء واتخاذ خطوات للقضاء على القطع الأثرية، لأن هذه من الصعب إزالتها في مرحلة ما بعد المعالجة. تأكد من أن الكمبيوتر التنفسي يتلقى، إشارة قوية منتظمة من وحدة مراقبة الجهاز التنفسي. قد تحتاج حزام التنفس إلى تعديل للتوتر الصحيح الذي يوفر إشارة متسقة ولكن لا تقيد التنفس الحيوان. الحفاظ على مستوى مناسب من التخدير في جميع الأوقات؛ وقد استخدم 1.5-2.0٪ isofluorane في بتجارب لدينام. وبالمثل، انخفاض في حركة العامة للحيوان والعمود الفقري هو جانب آخر مهم لتوفير صور خالية من القطع الأثرية. على عكس الحبل الشوكي البشري، التي تعاني حركة كبيرة سببها CSF نبض المتعلقة دورة القلب، نبض CSF في القوارض هو في الغالب المرتبطة بدورة الجهاز التنفسي (18). في حين أنه من الصعب القضاء عليها تماما كل حركة في النخاع، من المهم بصفة خاصة للحد من الحركة إلى أقصى حد ممكن، والتي غالبا ما يتحقق من خلال التجربة والخطأ. وعلاوة على ذلك، قد الفئران مع مختلف الإصابات العصبية أو اضطرابات الجهاز التنفسي لدى معدلات غير طبيعية أو مضاعفات الفسيولوجية الأخرى التي قد تتطلب التكيف من الإجراءات الواردة في هذه الوثيقة.

التعديلات على تسلسل النبض لالنابضة التنفسي، جنبا إلى جنب مع إجراءات إعادة الإعمار صورة مصممة خصيصا لهذا الغرض، والتقليل من آثار التشويه التي تسببها المجالات المغناطيسية غير متجانسة التي لا يمكن ازالتهاإد من التعديلات التي تجرى على نظام التصوير بالرنين المغناطيسي.

وبالمثل، جودة الصورة تعتمد على مدة من الزمن التصوير. في مثالنا، مما يحد من عدد من نشر الترجيح على طول الاتجاهين فقط تمكين انخفاض في إجمالي وقت التصوير. وجود قيود على هذا النهج هو أنه لم يعد متوافقا مع تحليل موتر كامل (زارة التجارة والصناعة)، والذي هو المعيار لكثير من الدراسات الأخرى. بدلا من ذلك، وذلك باستخدام عدد أقل من المتوسطات والمزيد من الاتجاهات نشر أو ب-القيم قد تسمح لتوصيف أفضل مع الحفاظ على نفس اكتساب الوقت. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن نهج 2-الاتجاه ويوفر معلومات متسقة مع 6-الاتجاه (DTI) نهج 19، ولكن يجب توخي الحذر لضمان شرائح (والتوجهات نشر) والموجهة بدقة على طول وعمودي على الحبل. ومع ذلك، والحصول على عدة ب-القيم يسمح لأفضل توصيف وتركيب الرياضي للالتفرطح ويوصى على استخدام واحد B-VALUه. وعلاوة على ذلك، وتكررت التسلسل الكامل مع اتجاه ترميز الطور المعكوس مما يقلل من آثار التحف قابلية المجال المغناطيسي، ويحسن من جودة الصورة بشكل عام من خلال المتوسط. وأخيرا، فإن دقة الصورة المستخدمة في بروتوكول لدينا يوفر فصل واضح من المادة البيضاء والرمادية. الصور مع دقة أعلى ممكنة، على الرغم من أن هذا غالبا ما يأتي على حساب الأوقات مسح أطول أو احتمال لمزيد من التحف.

سوف التحسينات في لفائف الترددات الراديوية، تسلسل النبض، وأساليب مرحلة ما بعد المعالجة كل ما يؤدي إلى تحسين التصوير من الحبل الشوكي في التعديلات المستقبلية لهذا الأسلوب. على سبيل المثال، قد يكون لفائف سطح مفيد لتحسين جودة الصورة مشابهة لتلك التي لوحظت في الفئران. 20 هذه التدابير لديها احتمال كبير لكونها مفيدة كما المؤشرات الحيوية للتشخيص السريري وإدارة إصابات في النخاع الشوكي.

Disclosures

رسوم النشر لهذه المادة رعيت جزئيا من قبل شركة بروكر.

Acknowledgments

نشكر كايل ستيليك، ناتاشا ويلكنز، ومات Runquist للحصول على المساعدة التجريبية. تمويلها من خلال البحوث وصندوق مبادرة التعليم، وهو مكون من النهوض على الوقف أصح ولاية ويسكونسن في كلية الطب في ولاية ويسكونسن، ومؤسسة كريغ H. نيلسون.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jirjis, M. B., Kurpad, S. N., Schmit, B. D. Ex Vivo Diffusion Tensor Imaging of Spinal Cord Injury in Rats of Varying Degrees of Severity. J Neurotrauma. 30, (18), 1577-1586 (2013).
  2. Basser, P. J., Mattiello, J., Lebihan, D. Estimation of the Effective Self-Diffusion Tensor from the NMR Spin Echo. J Magn Reson. 103, (3), 247-254 (1994).
  3. Basser, P. J., Mattiello, J., LeBihan, D. MR diffusion tensor spectroscopy and imaging. Biophys J. 66, (1), 259-267 (1994).
  4. Song, S. -K., Sun, S. -W., Ju, W. -K., Lin, S. -J., Cross, A. H., Neufeld, A. H. Diffusion tensor imaging detects and differentiates axon and myelin degeneration in mouse optic nerve after retinal ischemia. NeuroImage. 20, (3), 1714-1722 (2003).
  5. Beckmann, N., Bruttel, K., Urban, L., Rudin, M. Signal changes in the spinal cord of the rat after injection of formalin into the hindpaw: characterization using functional magnetic resonance imaging. Proc Natl Acad Sci U S A. 94, (10), 5034-5039 (1997).
  6. Le Bihan, D., Poupon, C., Amadon, A., Lethimonnier, F. Artifacts and pitfalls in diffusion MRI. J Magn Reson Imaging. 24, (3), 478-488 (2006).
  7. Ford, J. C., Hackney, D. B., et al. MRI characterization of diffusion coefficients in a rat spinal cord injury model. Magn Reson Med. 31, (5), 488-494 (1994).
  8. Clark, C. A., Barker, G. J., Tofts, P. S. Magnetic resonance diffusion imaging of the human cervical spinal cord in vivo. Magn Reson Med. 41, (6), 1269-1273 (1999).
  9. Mohammadi, S., Nagy, Z., Hutton, C., Josephs, O., Weiskopf, N. Correction of vibration artifacts in DTI using phase-encoding reversal (COVIPER). Magn Reson Med. 68, (3), 882-889 (2012).
  10. Andersson, J. L. R., Skare, S., Ashburner, J. How to correct susceptibility distortions in spin-echo echo-planar images: application to diffusion tensor imaging. NeuroImage. 20, (2), 870-888 (2003).
  11. Smith, S. M., Jenkinson, M., et al. Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL. NeuroImage. 23, S208-S219 (2004).
  12. Behrens, T. E. J., Woolrich, M. W., et al. Characterization and propagation of uncertainty in diffusion-weighted MR imaging. Magn Reson Med. 50, (5), 1077-1088 (2003).
  13. Cook, P. A., Bai, Y., et al. Camino: Open-Source Diffusion-MRI Reconstruction and Processing. 14th Scientific Meeting of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. 2759 (2006).
  14. Kim, J. H., Tu, T. -W., Bayly, P. V., Song, S. -K. Impact Speed Does Not Determine Severity of Spinal Cord Injury in Mice with Fixed Impact Displacement. J Neurotrauma. 26, (8), 1395-1404 (2009).
  15. Tu, T. -W., Kim, J. H., Yin, F. Q., Jakeman, L. B., Song, S. -K. The impact of myelination on axon sparing and locomotor function recovery in spinal cord injury assessed using diffusion tensor imaging. NMR Biomed. 26, (11), 1484-1495 (2013).
  16. Jensen, J. H., Helpern, J. A., Ramani, A., Lu, H., Kaczynski, K. Diffusional kurtosis imaging: The quantification of non-gaussian water diffusion by means of magnetic resonance imaging. Magn Reson Med. 53, (6), 1432-1440 (2005).
  17. Veraart, J., Sijbers, J., Sunaert, S., Leemans, A., Jeurissen, B. Weighted linear least squares estimation of diffusion MRI parameters: Strengths, limitations, and pitfalls. NeuroImage. 81, 335-346 (2013).
  18. Budgell, B. S., Bolton, P. S. Cerebrospinal Fluid Pressure in the Anesthetized Rat. J Manipulative Physiol Ther. 30, (5), 351-356 (2007).
  19. Tu, T. -W., Kim, J. H., Wang, J., Song, S. -K. Full Tensor Diffusion Imaging Is Not Required To Assess the White-Matter Integrity in Mouse Contusion Spinal Cord Injury. J Neurotrauma. 27, (1), 253-262 (2010).
  20. Kim, J. H., Song, S. -K. Diffusion tensor imaging of the mouse brainstem and cervical spinal cord. Nat Protoc. 8, (2), 409-417 (2013).
التصوير نشر في الحبل الشوكي الجرذ عنق الرحم
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter