Login processing...

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

Neuroscience

Распространение изображений в спинном мозге крыс шейки матки

doi: 10.3791/52390 Published: April 7, 2015

Introduction

Магнитно-резонансная томография (МРТ) является неинвазивным инструментом, который обеспечивает окно в головном и спинном мозге как в норме и при патологии. МРТ революцию клинический диагноз, но это также ценный инструмент для лабораторных исследований. Животные модели неврологических травм или болезней обеспечить платформу для понимания патофизиологии и ускорить открытие терапии. В этом докладе мы демонстрируем применение МРТ для крысиной модели травмы спинного мозга, чтобы исследовать потенциальные биомаркеры микроструктуры травмы 1, используя тензора диффузии томография (DTI). Потенциал открытия визуализации биомаркеров поможет в диагностике и лечении больных с повреждением спинного мозга. Эти маркеры могут играть важную роль в открытии терапии в доклинических моделях и включить наблюдение или прогноз в их переводе в клинических условиях.

DTI является специализированной формой МРТ, который измеряет микроскопические движенияМолекулы воды (т.е. диффузии). Министерство торговли и промышленности был особенно выгодно в нервной системе связи с наличием аксонов, где диффузия непропорционально быстрее, вдоль аксонов, чем перпендикулярно к ним, что обеспечивает информацию относительно их ориентации и микроструктурных композиции. Скалярные показатели, полученные из DTI, в том числе меры общей диффузии в ткани, означает диффузии (MD), и меру ориентационной зависимости диффузии, фракционной анизотропии (ФА) 2,3, видели широкое применение при характеристике микроструктуру нервной системы как в здоровье и болезни 4. Эти показатели показали микроскопические особенности ткани, которые невидимы через большинство других методов МРТ. Предыдущие попытки показали, что DTI обнаруживает удаленные микроструктуры изменения в шейном шнуре следующей грудной SCI у крыс 1. Министерство торговли и промышленности изменения, удаленных от поражения, вероятно, отражают, как все спинного ВИЭ шнурпруды травмы, и потенциально маркером вторичного повреждения.

Визуализация спинного мозга крысы в ​​естественных условиях представлены несколько уникальных проблем. В частности, спинного мозга зависит от дыхательных движений и требует пристального внимания к минимуму движения при помощи нескольких методов. В предыдущих исследованиях, иммобилизация устройства удалены движение позвоночника во время сканирования 5. Для визуализации шейки мозга, мы используем физическую пресечения в виде держателя головы и уха баров, подавляющий, но не устраняет движение, вызванное дыхания. Кроме того, мы используем пользовательский дыхания схему стробирования для синхронизации захвата изображения с дыхательного цикла в эффективным образом. Эти изменения позволяют удаление артефактов в противном случае, вызванных масштабной объемной движения, вызванного дыханием 6. ДВИ очень чувствителен к микроскопического движения, в том числе CSF потока и пульсации крови, и этих небольших источников движения contaminatioп также облегчить схемой дыхательных стробирования. Кроме того, спинной мозг имеет небольшую площадь поперечного сечения и представляет только часть поля зрения. Для шейного отдела позвоночника изображений, в котором спинной мозг, расположенный глубоко в теле животного, цилиндрический радиочастотной катушки с соответствующим проникновением сигнала необходимо, чтобы изображение шейного отдела спинного мозга с высоким разрешением. Сокращение поля зрения достигается внешней подавления объема (OVS), который также служит, чтобы отменить или испортить, сигнал от тканей за пределами спинного мозга. Этот метод, называемый спойлер градиенты или внешний понижение объема, а также служит для уменьшения любого загрязнения остаточной движения животных, CSF потока, или пульсации крови в этих тканях.

Расположение спинного мозга также могут быть использованы для упрощения протокол изображения. Спинной аксоны мозга в белом веществе (WM) почти все ориентированы параллельно главной оси спинного мозга. Thнам, в то время как дви мозга требует проведения измерений вдоль по меньшей мере 6 направлениях, чтобы убедиться, что результаты не зависят от положения внутри магнита (процесс, называемый тензор диффузии томография), измерения в спинном мозге могут быть приобретены только по 2 направлениях, параллельных и перпендикулярной к шнуру 7,8, далее в продольном и поперечном, соответственно. Таким образом, коэффициент диффузии и другие параметры измеряются по 2 направлениям отдельно и позволяют выводы в микроструктуре ткани в обоих здоровья и болезни или травмы.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: Заявление по этике: Уход в специализированных учреждениях и использование комитетов (IACUC) из Медицинского колледжа Висконсина и В. А. Медицинский центр Климент J. Заблоцкий одобрил все процедуры.

1. Подготовка животных и мониторинг

  1. Обезболить крысу в индукции камеры, используя 5% изофлуран в медицинской воздуха. Когда рефлекса отсутствует и сжимая заднюю лапу не производит никакого вывода рефлекс, уменьшить анестезии 2% и передать животное в постели сканера в положении лежа головой вперед. Поддержание 2% изофлуран через носовой конус устройства в течение всей процедуры, и держать медицинской воздуха при расходе приблизительно 1 л / мин. Нанесите небольшое количество смазки мазью для глаз крысы, чтобы избежать повреждения роговицы под наркозом.
  2. Поместите ремень мониторинг дыхания надежно вокруг туловища крысы. Подключите ремень с системой дыхания селекции. Перед наступающей крысу в отверстие сканера, ССЭЧ К компьютеру мониторинг дыхания, чтобы обеспечить дыхательный цикл является четкой и последовательной. Регулировка ремня, при необходимости, так как этот шаг является обязательным для качества изображения.
  3. Контролировать и поддерживать температуру тела животного на 37 ° С через ректальный зонд и теплой воздушной системой отопления. Поддержание частоты дыхания 30-45 вдохов в минуту, регулируя уровень анестезии между 1,2 и 2%.
  4. Установите крысу в держателе головки с руст и винт в ухо баров (Рисунок 1) и сдвиньте головку в объеме квадратурной катушки до шейного отдела позвоночника не расположен в центре катушки.
    ПРИМЕЧАНИЕ: плечи крыса может предотвратить дальнейшее прогрессирование в катушку.
  5. Предварительная крысу и вспомогательные держатели в отверстие сканера. При необходимости, отрегулируйте настройку и согласование конденсаторы катушки к собственной частоте и импедансу в соответствии с указаниями производителя катушки.
e_title "> 2. МРТ Параметры сканирования

ПРИМЕЧАНИЕ: Процедуры, описанные здесь используется 9,4 T горизонтальная отверстия системы маленькое животное, но применимы и к другим напряженности поля малых систем животное МРТ.

  1. Используйте автоматизированные процедуры МРТ системы для обнаружения резонансной частоты, многократно улучшая однородность магнитного поля (прокладок), калибровка мощности радиочастотного и регулировки усиления приемника.
  2. Использование программного интерфейса системы, получить три самолета разведчика сканирование по умолчанию, чтобы обеспечить правильное позиционирование.
    1. Нажмите кнопку "Новая сканирование", выберите tripilot, и нажмите кнопку "светофор", чтобы приобрести изображения.
    2. Обеспечить центр шейного отдела позвоночника выравнивается как с центром магнита и центра катушки MRI. Для размещения позвоночник внутри магнита, толкать или тянуть на подставку и вновь обрести разведчик сканирование для проверки.
    3. Для регулировки Positioп шейного отдела позвоночника относительно катушки МРТ, снять подставку с магнитом для репозиционирования. При необходимости повторите этот процесс, пока положение не согласуется. Если животное перемещаются, повторите шаг 2,1.
  3. Добавить новую эхо-планарной диффузии взвешенное спин-эхо последовательность (DtiEpi) для текущего протокола визуализации.
    1. Настройка и приобрести диффузии взвешенных изображениях с последовательностью ДВИ, используя настройки по умолчанию, за исключением следующих:
    2. Открыть ломтик позиции графического интерфейса назначать 12 ломтики толщиной 0,75 мм. Ориентируйте ломтики перпендикулярно главной оси шейки мозга. Обеспечить последовательное позиционирование срезом различных животных или между различными сессиями визуализации с использованием базы мозжечка в качестве внутреннего стандарта.
    3. Настроить цветовую насыщенность полосы на «ВКЛ». Позиция 4 полосы насыщения при толщине 10 мм за пределами спинного мозга, чтобы минимизировать сигнал от этих тканей иуменьшить их потенциал, чтобы вызвать артефакты (рисунок 3). Установите дыхательных стробирования ('модуль запуска'), чтобы "на".
      ПРИМЕЧАНИЕ: заказ дыхательных стробирования требует знаний и опыта в программировании последовательности импульсов. Если его нет в наличии, устранить проблему, необходимо уменьшить количество срезов 3-5 и TR в 1 сек, чтобы гарантировать, что все срезы, полученные в промежутке между вдохами животного. Повторите всю последовательность с другим подмножества ломтиками, чтобы получить полный охват шейки мозга.
    4. Нажмите на значок панели инструментов, а затем нажмите кнопку "Редактировать метод". Установите число сегментов РПИ 4. Измените Направление фазового кодирования влево-вправо. Другие установки по умолчанию должно быть: интервал между эхо = 0,3234 мс, общая длина эхо-сигналов в сегменте EPI = 32.
      ПРИМЕЧАНИЕ: фаза кодирования установлен в направлении слева направо, а не передне-задней снизит загрязнение движения из других структур.
    5. Используйте следующие geometriческие параметры. Размер матрицы = 128 х 128, а в плоскости поля-обзора = 25,6 х 25,6 мм, в результате чего в плоскости пространственным разрешением = 0,200 х 0,200 мм. Убедитесь, толщина среза = 0,75 мм. Кусочек порядок = 'чередуются ", ломтик разрыв = 0 мм.
    6. Используйте следующие параметры диффузии весовой DW Режим измерения = 'DW контраст ", продолжительность диффузии градиент (δ) = 7 мс, диффузионного разделения градиент (Δ) = 12 мс, количество В-значений = 8, желаемые B-значения = 0 , 250, 500, 750, 1000, 1500, 2500, 3500 мм / с 2, количество диффузии направлениях = 2, диффузия весовых направлениях = [1 0 0] и [0 0 1] (сделано, чтобы быть в плоскостях, параллельных и ортогональны спинного мозга оси).
      ПРИМЕЧАНИЕ: При этих настройках, мы достигли би-значения как высокие как 3500 с / мм 2. Аппаратные спецификации и другие характеристики системы могут ограничить би-значение, так как продолжительность градиент диффузии (δ) и диффузионного разделения градиента (Δ) зависят от гпроизводительность Radient, что в нашей системе были: (максимальная сила градиент: 440 MT / м, максимальная скорость нарастания выходного напряжения: 3440 т / м / с). Для измерения коэффициента эксцесса, 2 б-значений, с высшим б-значение, по крайней мере 2000 сек / мм 2, рекомендуется.
    7. Используйте следующие настройки синхронизации. Время эхо (TE) = 27 мс (устанавливается на минимум, введя 0), время повторения (TR) = 1800 мс.
  4. Приобретать подготовленный последовательность. С перечисленных выше параметров, общее время сделки составляет около 25 мин.
  5. На протяжении всех сканирований, контролировать программное обеспечение дыхания стробирования и настроить задержку между "спусковым крючком" (обнаружение программного обеспечения истечения срока действия) и сигнал на МРТ системы так, что приобретения происходить только в спокойном (неподвижном) части дыхательного цикла (рис 2а, стабильная часть серая линия). Задержка запуска 100-400 мс необходимо в зависимости от паттерна дыхания животного. Это поможет снизить Artiфакты, которые происходят с дыхательной движения (рис 3e).
  6. Если есть возможность, повторить последовательность с обычаем "обратном Blips" установлен в "On", которая требует дополнительных 25 минут времени приобретения.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если заказ "нейтрализовать-всплеск" последовательность 9 (требуется для коррекции восприимчивость артефактов в шаге 3) недоступен, только одного EPI направление кодирования фазы можно, а обратная модификация последовательность всплеск позволяет выбрать направления фазового кодирования (справа -в-налево или слева-направо).
  7. При визуализации завершена, удалите животное от владельца и вернуть его в клетку. Не оставляйте животное без присмотра, пока он не пришел в достаточной сознание поддерживать грудины лежачее положение.

3. Обработка изображения

  1. Экспорт данных из системы в формате DICOM непосредственно из системы (предпочтительнее) или конвертировать данные в формат NIFTI с помощью пользовательских или third-стороннее программное обеспечение.
  2. Выполните восприимчивость коррекции артефактов.
    1. Извлеките B = 0 объемы друг от сканирования в один файл, используя утилиты, поставляемые с FSL или других программных пакетов МРТ. Один файл для каждого направления фаза кодирования требуется.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Например, если каждый сканирования состояла из 8 сканов различной би-значения с диффузионной взвешивания в поперечном направлении, а затем 8 сканов диффузии взвешивания в продольном направлении, файл изображения содержит B = 0 Сканирование в 1-й и 9 томов го, а может быть извлечена и собран с помощью следующего кода оболочки:
      fslroi $ {до} _dwi_masked.nii.gz temp1 0 1
      fslroi $ {до} _dwi_masked.nii.gz temp2 8 1
      fslroi $ {вниз} _dwi_masked.nii.gz temp3 0 1
      fslroi $ {вниз} _dwi_masked.nii.gz temp4 8 1
      fslmerge -t blip_both temp1 temp2 temp3 temp4
      (Где в этом случае $ и $ вниз сканы с прямой и обратной направления фазы кодирования, соответственно). Используйте команду 'ввода и вывода средств »в FSL 10,11 создавать исправленный файл с уменьшенными артефактами искажения изображения. Применить эту поправку к исходным ДВИ изображений, которые будут использоваться для создания карт параметров.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Инструкции по использованию команды можно найти на http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide . Пример кода, чтобы использовать команду в этом случае состоит в следующем:
      ввода и вывода средств --imain = blip_both_nlmf_b0images_masked.nii --datain = .. / topup_data.txt --config =. / b02b0_ratspine.cnf --out = topup_splines_nlmf --iout = $ из --verbose --logout = topuplog.log
      dwiup = `Ls $ {до} * dwi_nlmFilt.nii`
      dwidown = `Ls $ {вниз} * dwi_nlmFilt.nii`
      applytopup --imain = $ {dwiup}, $ {dwidown} --datain = .. / topup_data.txt --method = JAC --inindex = 1, $ инд --topup = topup_splines_nlmf --out = ДВИ _ $ {из } -v
      Скопируйте и редактировать файл по умолчанию в $ {FSLDIR} /etc/flirtsch/b02b0.cnf для спина крысаль шнур, уменьшая каждое из значений в --warpres и --fwhm линий с коэффициентом 10.
  3. Если изображения с диффузионной взвешивания приобретаются по крайней мере 6, не являющихся ортогональных направлениях (с помощью DTI схему в Paravision или аналогичный индивидуальный дизайн), использовать программные пакеты такие как FSL в Diffusion Toolbox 12 или Camino 13 для вычисления стандартных карт DTI параметров. Если нет, то использовать пользовательский порядок генерации полезные метрики, в котором работают диффузии вес только по два направления, например, как показано в шагах 3,4 и далее.
  4. Загрузите исправленный ДВИ файл, выведенная ввода и вывода средств в fslview и выберите "File -> Создать маску" в меню. Используйте карандаш инструменты, чтобы сделать область интереса в течение одного типа ткани (например, GM, спинной WM, или Вентролатеральные WM). Сохраните этот файл и повторите для любых других желаемых трансформирования, чтобы использовать позже.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Другие процедуры в сегмент трансформирования из спинного мозга были зарегистрированы 14,15
  5. Используйте файл ROI, чтобы замаскировать этот файл ДВИ, а затем вычислить среднее сигнал в ROI для каждого тома изображения, используя следующую команду:
    fslstats -t DWI_corrected.nii.gz -k GM_mask.nii.gz -М
  6. Скопируйте первый 8 результаты в численных вычислений программы, такие как MATLAB, в качестве вектора для поперечной сигнала (например назвать его sig_T), а второй 8 результаты в качестве вектора для продольной сигнала (sig_L), где 8 число b- Значения используются.
    1. Скопируйте Б-значения в численных вычислений программы в качестве вектора 8 B-значений. В-значения для поперечных и продольных направлениях были одинаковыми. Если это возможно, эффективным B-значение, а не номинальная B-значение, должны быть получены от сканера, который указан в окне параметров, начиная с шага 2.3.5, «Эффективное значение B".
    2. Используйте подбора кривых инструментария численных вычислений программы, чтобы соответствовать сигнал против данных B-значение йе желаемой модели, введя cftools в командной строке. Чтобы сделать это, нажмите кнопку "Данные ..." и выбрать сигнал векторы, как у-данных и Б-ценности, как рентгеновских данных. Нажмите "Место ..." и под "Тип соответствия" выберите "Custom уравнения", затем нажмите кнопку "Создать" и "общих уравнений", чтобы ввести уравнение для установки.
  7. Для установки в стандартную модель диффузии, введите уравнение:
    S0. * Ехр (-x. * D) "(1)
  8. Для установки на модели, которая включает в себя распространение и на второй срок заказа (куртозисом; K), чтобы измерить отклонение от гауссовой диффузии 16, введите формулу:
    S0. * Ехр (-x. * D + (1/6). * (Х. * D). ^ 2. * К) "(2)
  9. Нажмите "OK" и "Apply". Соблюдайте приблизительные значения коэффициента диффузии (D) и эксцесса (К) на выходном окне. "Набор данных:" селектор, выберите данные sig_T (или sig_L) для использования с уравнением (1)или (2) и нажмите кнопку "Применить".
  10. Рассчитайте индекс анизотропии (МА) с помощью поперечных и продольных диффузии:
    А. = (D L -D T) / (D + D, L T), (3)
    Это аналогично тому, фракционной анизотропии (ФА), рассчитанной из модели DTI. Индекс анизотропия эксцесса может быть рассчитана с помощью поперечных и продольных эксцесс вместо диффузии.
    ПРИМЕЧАНИЕ Этот метод дает значения параметров модели, таких как K T, D T, и т.д. Это также возможно использовать операцию из командной строки аппроксимации кривой инструментов на каждом воксела в позвоночнике, чтобы создать карту каждого параметра в модели , Альтернативные методы подгонки могут быть использованы и подробно в другом месте. 17

Representative Results

Надлежащие процедуры для сведения к минимуму артефакты движения в результате высокого качества диффузии взвешенных изображений крысы шейного отдела спинного мозга. Использование пользовательских дыхания стробирования (Рисунок 2), насыщая нежелательного сигнала из тканей за пределами позвоночника (рис 3B и C), и коррекция искажений восприимчивость магнитное поле производит диффузионно-взвешенной изображения, такие, как те, на рисунках 4 и 5. Неправильное или ООН закрытого изображений будет приводить к артефактам в виде ореолов (фиг 3e), в то время как правильно стробирования свободна от артефактов.

Визуальный осмотр диффузии взвешенных изображений через 12 срезов показывает особенности спинного мозга, что относится к ее микроструктуры. В частности, быстрее диффузии в ткани приводит к большей потере сигнала на диффузии взвешенных изображений, которая усугубляется с большей диффузионной взвешивания (B-значение). С диффузия весовой осуществляется Перпендику- лярныхулар спинного мозга оси, белое вещество по периферии шнура появляется яркий, поскольку диффузия является медленным и ограниченным перпендикулярно аксонов. В отличие от этого, серое вещество в центральной области мозга кажется более темным, так как он состоит из аксонов и клеточных тел, которые не выровнены вдоль одного направления. Для сравнения, диффузия взвешивания в параллельных направлении приводит к белого вещества с более темной внешности, так как диффузия быстро вдоль аксонов, в то время как серое вещество относительно ярче. Важно отметить, что отдельные диффузии взвешенные изображения показаны для различных В-значений, так как параллельные и перпендикулярные направления имеют лучший контраст между белого и серого вещества в различных В-значений.

Объединение всех диффузии взвешенных изображениях с использованием математического аппарата позволяет карты параметров диффузии и требовалось доказать. Средние сигналы от белого и серого вещества наносятся против DIFFusion весовой коэффициент (B-значение) для параллельных и перпендикулярных направлениях. Это количественные данные укрепляет диффузии взвешенных изображениях, показанных на рисунке 4. В частности, белое вещество имеет сильную зависимость от направления диффузионного взвешивания (продольном или поперечном), в то время как серое вещество в меньшей степени зависит от направления. Аналогично, установка сигнала на каждом воксела, используя уравнение диффузии эксцесса доходности количественные карты параметров диффузии (рис 6В), которые освещают эту же зависимость. Белое вещество имеет высокую степень анизотропии как для диффузии (AID) и измерений эксцесса (AIK). Таким образом, поперечная диффузия и эксцесс выявить основной микроструктуры спинного мозга, что, как известно из гистологических исследований. Эти параметры диффузии, приобретенные в живых, но наркотизированных животных, отражают микроскопических свойств тканей, таких как плотность аксонов и диаметра. Изменения вмеры SE, вызванные травм и заболеваний будет полезно для неинвазивного оценке последствий травмы и последствия перспективных методов лечения. Поэтому Диффузия взвешенных изображений крысы шейного отдела спинного мозга может стать инструментом для доклинических исследований травмы спинного мозга и заболеваний спинного мозга.

Фигура 1
Рисунок 1:. Дизайн катушки и держатель для шейного отдела спинного мозга МРТ обычай объем квадратурной катушки (Доти Научно Inc) был использован для изображения шейного отдела позвоночника с высокой чувствительностью и однородности. Анестезии и медицинские воздуха доставляется в указанных портов газа в носовом конусе, который легко помещается вокруг носа крысы. Выдыхаемый и избыток газа захватывается выхлопной трубы под небольшим вакуумом. Глава крысы закреплен с помощью руст, расположенных вокруг резцов и уха стержней, размещенных Деличленно внутри слухового прохода. Другие физиологические компоненты мониторинга, в том числе дыхательных монитора и датчика температуры не показаны.

Фиг.2
Рисунок 2: Дыхательная система стробирования. Типичный дыхательных следов (серый) и триггер (красный) с литниковой блока схематически показаны (А). В типичной реализации стробирования (B), один триггер используется для получения всех срезов (вертикальные линии; 12 показано здесь) временами равномерно разнесенных в течение времени повторения (TR). Если TR превышает характерный период, могут возникнуть во время дыхания несколько ломтиков и быть восприимчивым к движения (красный). В модифицированной схеме (C), множество срезов приобретены быстро после запуска (6 показано здесь) с последующим задержкой, с другими ломтиками, полученных после соответствующего триггера. Фактически, TR идентична между двумя схем перестановки задержки в последовательности.

Рисунок 3
Рисунок 3:. МРТ позиционирования срез, насыщения полосы, и движение управления Двенадцать осевые срезы расположены на изображение разведчик (A) с самым передним срез, расположенный на расстоянии от последовательного пересечения мозга и мозжечка. Насыщенность полосы (B) были добавлены, чтобы устранить нежелательные сигналы за пределами области интереса. Изображение без диффузионного взвешивания (C) и один с диффузионной взвешивания (D), со схемой обычай стробирования используемого ясно показывают анатомию мозга и бесплатно артефактов. С Неоптимизированные схемы стробирования или ненадлежащее дыхательных стробирования, диффузии взвешенных изображениях показать артефакты (е) потери сигнала в пределах мозга, или несколько "духов" за пределами мозга, что будет поврежден последующий анализ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4
Рисунок 4:. Представитель диффузии взвешенных изображений при помощи оптимизации, описанные в тексте, высококачественные диффузии взвешенных изображениях были получены с диффузии весовой применяется поперечных (А) и продольной (б) спинного мозга главной оси. Различные би-значения приведены для каждого направления, которые обеспечивают наилучший контраст между белым и серым веществом в иллюстративных целях. Для каждого направления или В-значения, все 12 ломтиков были приобретены примерно в 90 сек. нагрузка / 52390 / 52390fig4large.jpg "TARGET =" _ пустое "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 5
Рисунок 5:. Обратный процесс коррекции фазы кодирования левая колонка показывает единственный кусочек снятое с последовательностью ДВИ, как указано в этом протоколе ("изображение на экране радара до" изображения). Средняя колонка показывает последовательность приобрела во второй раз с «обратной всплесков", установленным на "на". Обратите внимание, как особенности, которые появляются вытянутые в первом изображении появляются сжимается в средней колонке. Правая колонка показывает диффузии взвешенных изображениях исправить с помощью ввода и вывода средств. Верхний ряд является не-диффузии взвешенное изображение, в средней строке является примером диффузии с взвешиванием, применяемой в поперечном направлении, а нижняя строка представляет собой пример с диффузионного взвешивания, применяемого в продольном направлении.//www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig5large.jpg "TARGET =" _ пустое "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 6
Рис. 6: Рассчитано карты диффузии и эксцесса нормированного сигнала (интенсивность изображения) построена (А) как функцию диффузии взвешивания (B-значение) для поперечной (T) и продольных (L), диффузионной направлении кодирования. Высококачественные карты (б) диффузии (D), эксцесс (К), и анизотропия (AI) рассчитываются из сигнала на каждом воксела и выявить уникальные особенности ткани спинного мозга. В частности, есть четкая разница в параметрах между белым и серым веществом, а также региональные различия в регионах белого вещества. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы VIEW большую версию этой цифры.

Discussion

Методы, описанные здесь, могут обеспечить высокое качество диффузии взвешенных изображений в спинном мозге крыс в естественных условиях. Качество изображения зависит от многих факторов, но спинной мозг имеет несколько уникальных вопросов, которые имеют важное значение.

Движение является важной проблемой, что если его не исправить, приведет к непригодных изображений. Таким образом, необходим тщательный контроль во время сеанса МРТ. Если артефакты изображения наблюдаются на первоначальной проверки, которые согласуются с движением, остановить приобретение и принять меры для устранения артефактов, так как их трудно удалить в пост-обработки. Убедитесь, что дыхательная компьютер получает сильный, регулярный сигнал от блока контроля дыхания. Дыхание, ремень безопасности может потребоваться корректировка для правильного натяжения, что обеспечивает последовательное сигнала, но не ограничивает дыхание животного. Поддерживать соответствующий уровень анестезии во все времена; 1,5-2,0% изофлуораном был использован в нашей experienCE. Кроме того, снижение общего движения животного и позвоночника является еще одним важным аспектом, чтобы обеспечить без артефактов изображений. В отличие от спинного мозга человека, который испытывает значительное движение, вызванное CSF пульсации, связанные с сердечного цикла, CSF пульсация в грызуна, в основном, связанные с дыхательного цикла 18. Пока трудно полностью ликвидировать все движение в мозге, что особенно важно для уменьшения движения в максимально возможной степени, которая часто достигается путем проб и ошибок. Кроме того, крысы с различными неврологическими травмами или расстройствами, могут иметь неправильные цены респираторных и других физиологических осложнений, которые могут потребовать адаптации процедур, описанных в данном документе.

Изменения, внесенные в последовательности импульсов для дыхательной стробирования, наряду с процедурами восстановления изображения специально для этой цели, сведения к минимуму последствий искажений, вызванных неоднородных магнитных полей, которые не могут быть УДАЛред корректировок, выполненных в системе МРТ.

Кроме того, качество изображения зависит от продолжительности времени формирования изображений. В нашем примере, ограничивая количество диффузионного взвешивания только вдоль двух направлений позволило уменьшение общего времени обработки изображений. Ограничением этого подхода является то, что он больше не является совместимым с полной тензора анализа (DTI), который является нормой для многих других исследований. Кроме того, использование меньшего количества средних и более направлениях диффузии или би-значения могут позволяют лучше характеристик при сохранении в то же время сбора. Предыдущие исследования показали, что подход 2-направление обеспечивает информацию в соответствии с 6-направление (DTI) подхода 19, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить ломтики (и направления диффузии) ориентированы именно вдоль и перпендикулярно к шнуру. Однако, приобретая несколько би-значения позволяет лучше характеристики и математической подгонки эксцесса и рекомендуется по сравнению с использованием одного б-VALUе. Кроме того, полная последовательность была повторена с направлением кодирования с обращенной фазой, которая уменьшает влияние артефакты восприимчивости магнитное поле, и улучшает общее качество изображения благодаря усреднения. Наконец, разрешение изображения используются в нашей Протокол предусматривает четкое разделение белого и серого вещества. Изображения с высоким разрешением возможны, хотя это часто происходит за счет более длинных время сканирования или потенциал для более артефактов.

Усовершенствования в радиочастотных катушек, импульсных последовательностей и методов пост-обработки будут иметь эффект улучшения визуализации спинного мозга в будущих адаптации этого метода. Например, поверхностные катушки может быть полезным для улучшения качества изображения Похожие тому, что наблюдается у мышей. 20 Эти меры имеют высокую вероятность быть полезны в качестве биомаркеров для клинической диагностики и лечения повреждений спинного мозга.

Disclosures

Публикация сборы для данной статьи частично финансировалось Bruker Corporation.

Acknowledgments

Мы благодарим Кайл Stehlík, Наташа Уилкинс, и Мэтт Runquist для экспериментального помощи. Финансируется за счет научных исследований и образования инициативной фонда, входящего в состав наступающей в обеспеченности здоровый Висконсин в Медицинском колледже штата Висконсин, и Крейг Г. Нейлсен фонда.

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).
Распространение изображений в спинном мозге крыс шейки матки
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