Login processing...

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

Neuroscience

Sıçan Servikal Spinal Kord difüzyon Görüntüleme

doi: 10.3791/52390 Published: April 7, 2015

Introduction

Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) sağlık ve hastalık hem de beyin ve omuriliğin bir pencere sağlayan invaziv olmayan bir araçtır. MRG, klinik tanı devrim yarattı, ama aynı zamanda laboratuar soruşturma için değerli bir araçtır. Nörolojik yaralanma veya hastalık hayvan modelleri patofizyolojisi anlamak ve tedavilerin keşfini hızlandırmak için bir platform sağlar. Bu yazıda, difüzyon tensör görüntüleme (DTG) kullanarak mikroyapı yaralanma 1 potansiyel biyobelirteçleri araştırmak için omurilik yaralanması sıçan modeli MR uygulamasını göstermektedir. görüntüleme biyomarkerların potansiyel keşif omurilik yaralanması olan hastaların tanı ve tedavisinde yardımcı olacaktır. Bu belirteçler, klinik ortamda kendi çeviri gözlem veya prognoz klinik öncesi modellerde tedavilerin keşif bir rol oynayabilir ve etkinleştirmek için muhtemeldir.

DTI mikroskobik hareketini ölçen MR özel bir şeklidirSu molekülleri (yani difüzyon). DTI nedeniyle oryantasyon ve mikro kompozisyon ile ilgili bilgi sağlar difüzyon orantısız hızlı onlara dik daha akson boyunca olduğu akson varlığı, sinir sisteminde özellikle avantajlı olmuştur. Yayılma (MD) ve difüzyon yönü bağlı bir ölçüsünü ifade, doku içindeki toplam difüzyon bir ölçüsü de dahil olmak üzere DTI türetilen Skalar indisleri, fraksiyonel anizotropi (FA), 2,3, mikro karakterize geniş uygulamalar gördük sağlık ve hastalık 4, her iki sinir sistemi. Bu ölçümler diğer birçok MRG yöntemleri ile görünmez mikroskopik doku özelliklerini ortaya koymuştur. Önceki çalışmalar DTI sıçanlarda 1 toraks SKY aşağıdaki servikal kord içinde uzaktan mikroyapısal değişiklikleri algılar olduğunu göstermiştir. Lezyonun uzak DTI değişiklikler büyük olasılıkla nasıl tüm omurilik res yansıtacakyaralanmaya göletler ve potansiyel olarak ikinci yaralanma işaretleridir.

In vivo sıçan omuriliği Görüntüleme birçok benzersiz zorluklar sunuyor. En önemlisi, omurilik solunum hareketi etkilenir ve çeşitli yöntemlerle hareketi en aza indirmek için dikkat gerektirir. Geçmiş çalışmalarda, immobilizasyon cihazları 5 tarama sırasında omurganın hareketini kaldırıldı. Servikal kablosunun görüntüleme için, azaltan bir kafa tutucu ve kulak çubukları şeklinde fiziksel kısıtlama kullanan, ancak solunum neden hareket yok etmez. Ayrıca, verimli bir şekilde solunum döngüsü ile görüntü elde etme eşitlemek için özel bir solunum yolluk düzeni kullanmaktadır. Bu değişiklikler, aksi takdirde solunum 6 neden büyük ölçekli toplu hareketinden kaynaklanan eserlerin çıkarılmasını sağlamak. DAG BOS akışı ve kan nabız ve hareket bu küçük kaynaklar da dahil olmak üzere mikroskobik hareket, son derece duyarlıdır contamination da solunum yolluk şeması bastırılmış. Buna ek olarak, omurilik küçük bir kesit alana sahiptir ve görüş alanının sadece bir kısmını temsil etmektedir. Spinal kord hayvanın bünyesinde derin yer aldığı servikal görüntüleme için, yeterli sinyal penetrasyonu ile silindirik bir radyofrekans bobin görüntü yüksek çözünürlüklü servikal omurilik gereklidir. Görüş alanında bir azalma da spinal kord dışında dokulardan sinyali iptal ya da bozmak için hizmet dış ses bastırma (OVS) elde edilir. Spoyler eğimleri veya dış ses bastırma adlandırılan bu yöntem, aynı zamanda bu dokular içinde kalan hayvan hareket, BOS akışı, ya da kan nabız herhangi bir bulaşmayı azaltmak için hizmet vermektedir.

omurilik düzenlemesi de görüntüleme protokolü basitleştirmek için kullanılabilir. beyaz cevher (WM) spinal kord aksonlar neredeyse tüm omuriliğin ana eksenine paralel odaklı. ThBeynin DAG sonuçları mıknatıs (bir süreç olarak adlandırılan difüzyon tensör görüntüleme) içindeki konuma bağlı olmayan sağlamak için en az 6 yönleri boyunca ölçümler gerektirir oysa bize, omurilikte ölçümler paralel yalnızca boyunca 2 yön elde edilebilir ve kablosu 7,8 dik, bundan sonra, sırasıyla boyuna ve enine olarak anılacaktır. Böylece, yayınım ve diğer parametreler sağlık ve hastalık ya da yaralanma hem de doku mikro içine çıkarımlarda ayrı 2 yönleri boyunca ölçülür ve izin vardır.

Protocol

NOT: Etik Açıklama: Kurumsal Bakım ve Kullanım Komiteleri (IACUC) Wisconsin Tıp Koleji ve Clement J. Zablocki VA Tıp Merkezi, tüm prosedürleri onayladı.

1. Hayvan Hazırlama ve İzleme

  1. Tıbbi hava içinde% 5 izofluran kullanılarak, bir indüksiyon odasında sıçan anestezisi. Doğrulma refleksi yoktur ve arka pençe sıkma hiçbir çekilme refleksi üretir,% 2 anestezi azaltmak ve baş-ilk yüzüstü pozisyonda tarayıcı yatağına hayvan aktarın. Işlem boyunca bir burun konisi cihazı içinden% 2 izofluran bakımı ve yaklaşık 1 L / dakikalık bir akış hızında, tıbbi hava tutun. Anestezi altında iken korneaya zarar görmesini önlemek için sıçan gözlerine yağlama merhem küçük bir miktar uygulayın.
  2. Sıçan gövde etrafında güvenli bir solunum izleme kemeri yerleştirin. Solunum yolluk sistemine kemeri takın. Tarayıcı deliğine sıçan ilerleyen, Check-In önce Solunum döngüsü açık ve tutarlı olmasını sağlamak için solunum izleme bilgisayarı k. Gerekirse bu adımı görüntü kalitesi için zorunludur, çünkü kemer ayarlayın.
  3. Monitör ve bir rektal prob ve sıcak hava ısıtma sistemi içinden 37 ° C 'de, hayvanın vücut ısısını korumak. 1.2 ve% 2 arasındaki anestezi düzeyini ayarlayarak dakika başına 30-45 nefesler arasında solunum hızı koruyun.
  4. Bir lokma çubuğu ile baş tutucu sıçan yerleştirin ve vida-kulak çubukları (Şekil 1) ve servikal vertebra bobin merkezinde konumlandırılmış kadar kareleme hacmi bobin halinde kafasını kaydırın.
    NOT: sıçanın omuz bobin halinde daha fazla ilerlemesini önleyebilir.
  5. Tarayıcı deliğine sıçan ve destekleyici sahipleri Advance. Varsa, ayar ve uygun frekansa bobin eşleşen kapasitörler ayarlamak ve bobin satıcı tarafından verilen talimatlara göre empedans.
e_title "> 2. MRG Tarama Parametreleri

NOT: Burada anlatılan prosedürler 9.4 T yatay delik küçük hayvan sistemi kullanılan, ancak küçük hayvan MR sistemlerinin diğer alan güçlü uygulanabilir.

  1. Yinelemeli alıcı kazanç manyetik alanın homojenliği (shimming), radyofrekans güç kalibrasyon ve ayar iyileştirilmesi, rezonans frekansının tespiti için MR sisteminin otomatik prosedürleri kullanın.
  2. Sistemin yazılım arayüzü kullanarak, doğru konumlandırma sağlamak için varsayılan üç düzlem izci tarama edinin.
    1. "Yeni tarama" seçeneğini tripilot tıklayın ve görüntüleri elde etmek için "trafik ışığı" tıklayın.
    2. Servikal omurganın orta mıknatısın merkezi ve MRG bobin merkezi hem de hizalanmış olduğundan emin olun. Mıknatıs, bas içindeki omurga merkezi veya beşik çekin ve doğrulama için keşif taraması yeniden almak için.
    3. Positio ayarlamak içinMRG bobinine servikal göreli n, yeniden konumlandırılması için mıknatıstan beşiğini çıkarın. Gerekirse pozisyon tutarlı kadar, bu işlemi tekrarlayın. Hayvan yeniden konumlandırılmış ise, adımı 2.1 tekrarlayın.
  3. Mevcut görüntüleme protokolü için yeni bir eko-planar difüzyon ağırlıklı spin-eko sekansı (DtiEpi) ekleyin.
    1. Yapılandırın ve aşağıdaki dışında varsayılan ayarları kullanarak DAG dizisi ile difüzyon ağırlıklı görüntüler elde:
    2. 0.75 mm kalınlığında 12 dilim reçete dilim pozisyonu grafik arayüzü açın. Servikal kord ana eksenine dik dilimleri yönlendirmek. Farklı hayvanlar arasında ya da bir iç referans olarak beyincik tabanını kullanarak farklı görüntüleme oturumları tutarlı dilim konumlandırma olun.
    3. 'Açık' doygunluk bantlarını ayarlayın. Omurilik dışında, 10 mm'lik bir kalınlığa sahip Pozisyon 4 doyma bantları bu dokularda sinyal en aza indirmek için veeserler (Şekil 3) ikna etmek için kendi potansiyelini azaltır. Set solunum yolluk 'üzerine' ('tetik modülü') için.
      NOT: Özel solunum yolluk darbe dizisi programlama konusunda bilgi ve deneyim gerektirir. Bu mevcut değilse, bir çözüm, tüm dilim hayvanın nefesleri arasında elde edilen sağlamak için 3-5 dilim sayısı ve 1 s TR azaltmaktır. Servikal kord tam kapsama almak dilimleri diğer alt kümesi ile tam dizisini tekrarlayın.
    4. Araç kutusu simgesini tıklatın ve ardından "Edit yöntemi." 4. Değişim sola-sağa faz kodlama yönü EPI bölümlerin sayısını ayarlayın. Diğer varsayılan ayarlar olmalıdır: aralığı = 0,3234 ms, EPI segmentinde başına toplam eko ​​tren uzunluğu = 32 echo.
      NOT: Diğer yapılardan hareket kirlenmesini azaltacak anterior-posterior yerine sol-sağ yön ayarlanmış faz kodlama.
    5. Aşağıdaki geometri kullanıncal ayarları. Bir düzlem mekansal çözünürlükte sonuçlanan = x 128 128 ve düzlem alan-view = 25.6 x 25.6 mm Matris boyutu, = 0.200 x 0.200 mm. Dilim kalınlığı olun = 0.75 mm. Dilim dilim sipariş = boşluk = 0 mm, "laması '.
    6. Aşağıdaki difüzyon ağırlıklı ayarları kullanın: DW ölçmek modu = 'DW kontrast', difüzyon gradyan süresi (δ) = 7 ms, difüzyon degrade ayırma (Δ) = 12 ms, beta-değerlerinin sayısı = 8, istenen b-değerleri = 0 250, 500, 750, 1.000, 1.500, 2.500, 3.500 mm / s 2, difüzyon yön = 2, difüzyon ağırlıklı yön = [1 0 0] sayısı ve [0 0 1] (yapımı uçaklar olmak paralel ve ) spinal kord eksenine dik.
      NOT: Bu ayarlarla, biz / aa 2 3.500 sn gibi yüksek b-değerleri elde. Donanım özellikleri ve difüzyon degrade süresi (δ) ve difüzyon degrade ayırma (Δ) beri, b-değeri sınırlayabilir diğer sistem performans özellikleri g bağlıdırBizim sistemde vardı radient performans,: (maksimum gradyan gücü: 440 mT / m, maksimum dönüş hızı: 3440 T / m / s). Mm2, en az 2000 s / yüksek b değeri basıklık ölçümleri, Şekil 2 b-değerleri için tavsiye edilir.
    7. Aşağıdaki zamanlama ayarları kullanın. eko zamanı (TE) 27 ms (0 girerek minimum set), tekrarlama zamanı (TR) = 1,800 milisaniye =.
  4. Hazırlanan dizisi Edinme. Yukarıda listelenen parametreler ile, toplam satın alma süresi yaklaşık 25 dakikadır.
  5. Satın almalar sadece solunum döngüsünün durağan (kıpırdamadan) bölümü (Şekil meydana böylece tüm taramalar boyunca, (yazılım sona erme algılama) ve MRG sistemine sinyal solunum yolluk yazılımı izlemek ve "tetikleyici" arasındaki gecikme süresini ayarlamak 2a, gri çizgi istikrarlı kısmı). 100-400 msn arasında bir tetikleme gecikme hayvanın solunum modeline bağlı olarak gereklidir. Bu arti azaltmaya yardımcı olurSolunum hareket (Şekil 3e) ile meydana gerçekler.
  6. Varsa, satın alma zaman ek bir 25 dakika sürer 'açık' olarak ayarlanmış özel "çömezler ters" ile diziyi tekrarlayın.
    NOT: Özel dizisi 9 'Pat-ters' Eğer (Adım 3 sırasında duyarlılık artifakı düzeltme için gerekli) ters yansıtma dizisi modifikasyon faz kodlama yönü seçimi izin verir ise sadece bir tek EPI faz kodlama yönü sağa (mümkün olduğu, kullanılamaz ) -to-sola veya soldan sağa.
  7. Görüntüleme tamamlandığında, sahibinden hayvan kaldırmak ve onun kafesine geri. Sternal yatma korumak için yeterli bilinci yerine kadar gözetimsiz bir hayvan bırakmayın.

3. Görüntü İşleme

  1. Doğrudan sistemden DICOM formatındaki sistemden İhracat verileri (tercih) veya özel veya thir kullanarak Nifti biçimine verileri dönüştürmekD-parti yazılım.
  2. Duyarlılık artefaktı düzeltme gerçekleştirin.
    1. B ayıklayın = her birinden 0 hacim FSL veya diğer MRG yazılım paketleri ile sağlanan araçları kullanarak, tek bir dosya içine tarayın. Her faz kodlamak yönü için bir dosya gereklidir.
      NOT: Her bir tarama uzunlamasına yönde difüzyon ağırlığı 8 tarama ve ardından enine yönde difüzyon ağırlığı, b değerlerini değişen 8 taramasından oluştuğu takdirde, örneğin, bir görüntü dosyası: B = 1 st 0 tarar ve 9. hacimleri ve ekstre edilmiş ve aşağıdaki kabuk kodu ile monte edilebilir:
      fslroi $ {} kadar _dwi_masked.nii.gz ısı1 0 1
      fslroi $ {} kadar _dwi_masked.nii.gz ısı2 8 1
      fslroi $ {} aşağı _dwi_masked.nii.gz temp3 0 1
      fslroi $ {} aşağı _dwi_masked.nii.gz temp4 8 1
      fslmerge -t blip_both ısı1 ısı 2 temp3 temp4
      (Burada bu durumda yukarı, $ ve $ aşağı normale ile taramaları ve sırasıyla, faz kodlamak yön ters olarak). Azaltılmış görüntü distorsiyon eserler ile düzeltilmiş dosyası oluşturmak için FSL 10,11 'topup' komutunu kullanın. Parametre haritalarının oluşturulması için kullanılacak ham DAG görüntüleri bu düzeltme uygulayın.
      NOT: komutunun kullanımı için talimatlar bulunabilir http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide . Aşağıdaki gibi bu durumda komutunu kullanmak Örnek kodu:
      topup --imain = blip_both_nlmf_b0images_masked.nii --datain = .. / topup_data.txt --config =. / b02b0_ratspine.cnf --out = topup_splines_nlmf --iout = $ dışarı --verbose --logout = topuplog.log
      {} kadar dwiup = `ls $ * dwi_nlmFilt.nii`
      dwidown = `ls $ {} aşağı * dwi_nlmFilt.nii`
      applytopup --imain = $ {dwiup} $ {dwidown} --datain = .. / topup_data.txt --method = JAC --inindex = 1, $ ind --topup = topup_splines_nlmf --out = DAG $ _ {dışarı } v
      Kopya ve sıçan spin için $ {FSLDIR} /etc/flirtsch/b02b0.cnf varsayılan dosyayı düzenleyin10 faktörü ile --warpres ve --fwhm çizgilerle değerlerinin her azaltarak ark kablosu.
  3. Difüzyon ağırlıklı olan görüntüleri (Paravision bir DTI düzeni veya benzeri özel tasarım kullanarak) en az 6 olmayan dik yönlerde boyunca edinilen ise, standart DTI parametre haritaları hesaplamak için böyle FSL Difüzyon Toolbox 12 veya Camino 13 gibi yazılım paketleri kullanmak. Aksi takdirde, ileriye adımda 3.4 belirtildiği gibi, örneğin, sadece 2 yönleri boyunca difüzyon ağırlık kullanır yararlı ölçümleri üretilmesi için özel bir prosedür kullanınız.
  4. Menüden - "Mask oluşturun Dosya>" fslview içine topup tarafından çıkarılan düzeltilmiş DAG dosyasını yükleyin ve seçin. (Örneğin GM, dorsal WM için, ya da WM ventrolateral) bir doku türü içinde bir ilgi bölgeyi çizmek için kalem araçlarını kullanın. Bu dosyayı kaydedin ve istediğiniz diğer ROI sonra kullanmak için tekrarlayın.
    NOT: omurilikten bölüm ROI Diğer prosedürler 14,15 belgelenmiştir
  5. DAG dosyasını maske ve sonra aşağıdaki komutu kullanarak her görüntü hacmi için ROI içinde ortalama sinyalini hesaplamak için ROI dosyasını kullanın:
    fslstats -t DWI_corrected.nii.gz -k GM_mask.nii.gz -M
  6. Enine sinyal için bir vektör olarak, MATLAB gibi sayısal bilgi işlem programı içinde, ilk 8 sonuç kopyalama (örneğin o sig_T arama), ve B-sayısı 8 uzunlamasına sinyal (sig_L) için bir vektör olarak, ikinci 8 sonuç değerleri kullanılır.
    1. 8 B-değerlerinin bir vektör olarak bir sayısal hesaplama programı b-değerleri kopyalayın. enine ve boyuna yönde b değerleri aynıdır. Mümkünse, etkili beta-değer yerine anma b-değeri, "Etkin B değeri" olarak adım 2.3.5 parametre penceresinde listelenen tarayıcı, elde edilmelidir.
    2. B-değer veri inci vs sinyali uygun sayısal bilgisayar programın eğri uydurma araç kutusunu kullanıne komut istemine cftools yazarak modeli istenen. Bunu yapmak için, "Veri ..." tıklayın ve x veri olarak y-veri olarak sinyal vektörleri b-değerleri seçin. Seçim "... Montaj" tıklatın ve "uyum Türü" altında "Özel Denklemi," daha sonra uydurma bir denklemi girmek için "Yeni" ve "Genel Denklemleri" tıklayın.
  7. Standart difüzyon modeli sığdırmak için, denklem girin:
    S0. * Exp (-x. * D) "(1)
  8. Difüzyon ve ikinci dereceden terim (basıklık K) içeren bir modele uyması için devreye girer, Gauss difüzyon 16 sapma ölçmek için:
    S0. * Exp (-x. * D + (1/6). * (X. * D). ^ 2. * K) "(2)
  9. "Uygula" "Tamam" ve tıklayın. Çıkış penceresinde yayılma (D) ve basıklık (K) için tahmini değerler dikkate alınmalıdır. "Veri Seti:" In seçicisi, denklemi ile kullanım için sig_T (veya sig_L) verileri seçin (1)veya (2) ve "Uygula" butonuna tıklayınız.
  10. Enine ve boyuna difüzyon kullanarak anizotropi indeksi (AI) hesaplayın:
    AI = (D L D T) / (D L + D T) (3)
    Bu DTI modeli hesaplanan fraksiyonel anizotropi (FA) ile benzerdir. Basıklık için bir anizotropi endeksi de yayılma yerine enine ve boyuna basıklığını kullanılarak hesaplanabilir.
    Bu yöntem, Modele her parametrenin bir harita oluşturmak için omurga içinde her vokselden eğri uydurma araç kutusu komut satırı işlemi kullanmak da mümkündür vb K T, D, T, gibi model parametrelerinin değerlerini verir NOT . Alternatif uydurma yöntemleri kullanılabilir ve başka ayrıntılı olarak. 17

Representative Results

Uygun prosedürler hareket eserler sıçan servikal omurilik yüksek kaliteli difüzyon ağırlıklı görüntülerde neden en aza indirmek için. Omurganın dışındaki dokulardan istenmeyen sinyal doyurarak, (Şekil 2) özel solunum yolluk Kullanma (Şekil 3B & C), ve manyetik alan duyarlılık distorsiyon düzeltme gibi Şekil 4 ve 5'te gibi difüzyon ağırlıklı görüntüler üretir. Yanlış veya un-kapılı görüntüleri Doğru yolluk eserler serbest ise, (Şekil 3E) gölgelenme şeklinde eserler yol açacaktır.

12 dilim arasında difüzyon ağırlıklı görüntülerin görsel denetim kendi mikro ilgilidir omurilik özelliklerini ortaya koymaktadır. Özellikle, daha difüzyon ağırlığı (b-değeri) ile şiddetlenir difüzyon ağırlıklı görüntülerde yüksek sinyal kaybı, doku sonuçlarında daha hızlı difüzyon. Difüzyon ağırlıklı dik olarak gerçekleştirilen iledifüzyon yavaş ve akson dik sınırlı olduğundan, spinal kord eksenine ular, kordon çevresi boyunca beyaz cevher, parlak görünür. Bu tek bir yön boyunca hizalanmış değildir akson ve hücre gövdeleri oluşturduğundan, aksine, kordonun merkezi bölüm içinde gri madde, koyu görünür. Gri madde nispeten parlak ise karşılaştırıldığında, difüzyon beri koyu bir görünüme sahip beyaz cevher paralel yönde sonuçlarında difüzyon ağırlıklı, hızlı akson boyunca olduğu. Bu paralel ve dik yön farklı b-değerleri, beyaz ve gri madde arasındaki en iyi kontrast beri ayrı difüzyon ağırlıklı görüntüler, farklı b değerleri için gösterilmiştir dikkat etmek önemlidir.

Matematiksel biçimciliklerden kullanarak difüzyon ağırlıklı görüntülerin tüm birleştiren difüzyon parametreleri haritalar gösterilmesini sağlar. Beyaz ve gri cevherde ortalama sinyaller dif karşı çizilmiştirParalel ve dik yönlerde için füzyon ağırlıklandırma faktörü (b-değeri). Bu nicel veriler Şekil 4'te gösterilen difüzyon ağırlıklı görüntüler pekiştiriyor. Gri cevher yönünde daha az bağımlı ise Özellikle, beyaz cevher, (boyuna veya enine) difüzyon ağırlık yönünde kuvvetli bir bağımlılık vardır. Benzer şekilde, difüzyon basıklık verimleri aynı bağımlılığı vurgulamak difüzyon parametreleri (Şekil 6B), kantitatif haritalar için denklem kullanılarak her vokselın sinyalin uydurma. Beyaz cevher difüzyon (AID) ve basıklık ölçümleri (AIK) hem de anizotropi yüksek derecede sahiptir. Böylece, enine difüzyon ve basıklık histolojik çalışmalar bilinmektedir omurilik yatan mikro ortaya koymaktadır. Canlı edinilen, ancak hayvanlar anestezi olan bu difüzyon parametreleri, örneğin akson yoğunluğu ve çapı gibi mikroskobik doku özelliklerini yansıtmaktadır. Değişiklikleryaralanma ve hastalık nedeniyle se önlemler noninvaziv yaralanma sonuçlarını ve gelecek vaat eden tedavilerin etkilerini değerlendirmek için yararlı olacaktır. Sıçan servikal spinal kord Difüzyon ağırlıklı görüntüleme nedenle spinal kord yaralanması ve omurilik hastalıklarının klinik öncesi çalışmalar için bir araç haline gelebilir.

Şekil 1,
Şekil 1:. Servikal spinal kord için bobin ve tutucu tasarımı MRG özel bir dördün hacmi bobin (Doty Bilimsel A.Ş.) görüntü, yüksek hassasiyet ve tutarlılığı ile servikal omurgayı kullanılmıştır. Anestezi ve tıbbi hava sıçan burun etrafında rahatça sığar burun konisi içine belirtilen gaz bağlantı noktaları tarafından teslim edilir. Ekshale ve aşırı gaz hafif vakum altında egzoz hattı ile yakalanır. sıçan kafa kesici dişler etrafına yerleştirilen ısırık bar ve kulak çubukları yerleştirilir Deliç ile sabitlenirulaştırılması kulak kanalı içinde. Solunum monitör ve sıcaklık probu gibi diğer fizyolojik izleme bileşenleri, gösterilmemiştir.

Şekil 2,
Şekil 2: Solunum yolluk şeması. Yolluk biriminden tipik bir solunum iz (gri) ve tetik (kırmızı) şematik olarak gösterilmiştir (A). Yolluk (B) tipik uygulanmasında, tek bir tetikleyici tüm dilimleri elde etmek için kullanılır (dikey çizgiler; 12 Burada gösterilen) tekrarlama zamanı (TR) içinde eşit aralıklı zamanlarda. TR tipik süreyi aşması halinde, birkaç dilim bir nefes sırasında ortaya çıkar ve hareket (kırmızı) karşı duyarlı olabilir. Modifiye düzeni (C), dilim bir alt kümesi sonraki tetikleyici sonra elde diğer dilimlerle, bir gecikme ile takip tetikleyici (6 Burada gösterilen) sonra hızla elde edilir. Etkin biçimdeTR dizisi içinde gecikmeleri yeniden düzenleyerek, iki şema arasında aynıdır.

Şekil 3,
Şekil 3:. MRG dilim konumlandırma, doygunluk bantları ve hareket kontrolü Oniki eksenel dilim beyin sapı ve beyincik kesiştiği bir tutarlı mesafede konumlandırılan en ön dilim ile izci görüntüde (A) düzenlenmiştir. Doygunluk bantları (B), ilgi alanı dışında istenmeyen sinyalini ortadan kaldırmak için ilave edildi. Kullanılan özel yolluk şeması ile difüzyon ağırlığı (D) ile difüzyon ağırlığı (C) ve biri olmadan bir görüntü açıkça kordon anatomisini göstermek ve eserler ücretsizdir. Olmayan optimize yolluk düzeni veya yanlış solunum yolluk, difüzyon ağırlıklı görüntüler kaybı gibi eserler (E) göstermek ile kordonunun içinde sinyal, ya da bozuk sonraki analizler. edecektir kordon dışında birden fazla "hayaletler" nin bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için burayı tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4:. Temsilcisi difüzyon ağırlıklı görüntüler metinde açıklanan optimizasyonlar kullanarak, yüksek kaliteli difüzyon ağırlıklı görüntüler spinal kord ana eksenine difüzyon ağırlıklı uygulanan enine (A) ve boyuna (B) ile elde edilmiştir. Farklı b-değerleri amaçlıdır beyaz ve gri madde arasındaki en iyi kontrast sağlamak her yön için gösterilmiştir. Her yöne veya b-değeri için, 12 dilim yaklaşık 90 sn elde edildi. yük / 52.390 / 52390fig4large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için burayı tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5:. Bu protokol ("yukarı blip" resim) belirtildiği gibi Ters faz-kodlamak düzeltme işlemi sol sütun DAG dizisi ile görüntülü bir tek dilim gösterir. Orta sütun dizisi ayarlanmış "ters çömezler" ile ikinci kez satın aldı gösterir 'üzerine. " İlk görüntüde gergin görünen özellikleri orta sütunda sıkıştırılmış görünür nasıl unutmayın. Sağ kolon topup kullanılarak düzeltilmiş difüzyon ağırlıklı görüntüleri gösterir. üst satır olmayan difüzyon ağırlıklı görüntü, orta sıra enine yönde uygulanan difüzyon ağırlığı ile bir örnektir ve alt sıra uzunlamasına yönde uygulanan difüzyon ağırlığı ile bir örnektir.//www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig5large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için burayı tıklayınız.

Şekil 6,
Şekil 6:. Yayılma ve basıklık haritalar Bilgisayarlı normalize sinyal (görüntü yoğunluk) enine (T) ve uzunlamasına (L) difüzyon kodlayan yönü için difüzyon ağırlığı (b-değeri) bir fonksiyonu olarak, (A) çizilmiştir. Kaliteli haritaları yayınım (D) (B), basıklık (K), ve anizotropi (AI) her voksel sinyal hesaplanan ve omurilik dokusu eşsiz özelliklerini ortaya vardır. Özellikle, beyaz ve gri madde arasındaki parametreler yanı sıra, beyaz cevher bölgelerinde bölgesel farklılıklar net fark yoktur. vi için tıklayınızBu rakamın büyük bir sürümünü ew.

Discussion

Burada özetlenen teknikler in vivo sıçan omurilik yüksek kaliteli difüzyon ağırlıklı görüntüler sağlayabilir. Görüntü kalitesi birçok faktöre bağlıdır, ancak spinal kord önemli olan birkaç benzersiz sorunları vardır.

Hareket düzeltilmezse, kullanılamaz görüntüler neden olacağı önemli bir sorundur. Böylece, MR oturumu sırasında dikkatli izlenmesi gerekir. Görüntü eserler hareket ile tutarlı başlangıç ​​taramasında görülen ise, satın alma durdurmak ve bu post-processing kaldırmak zor olduğundan, eserler ortadan kaldırmak için adımlar atması. Solunum bilgisayar solunum izleme biriminin güçlü bir düzenli sinyali aldığında emin olun. solunum kemer tutarlı bir sinyal sağlar, ancak hayvanın nefes kısıtlamak değil, doğru gerginlik için ayarlanması gerekebilir. Her zaman anestezi uygun düzeyde tutmak; 1.5-2.0% izofloran eden experien kullanılmıştırce. Aynı şekilde, hayvan ve omurganın genel hareketinde azalma artifakttan ücretsiz görüntüler sağlamak için bir başka önemli yönüdür. Kalp döngüsü ile ilgili BOS nabız neden önemli hareketi yaşanıyor insan omurilik, aksine, kemirgen BOS nabız, solunum döngüsü 18 ile ağırlıklı olarak ilişkili olduğunu. Tam kordon tüm hareketi ortadan kaldırmak için zor olsa da, genellikle deneme yanılma yoluyla elde edilir, mümkün olduğu ölçüde, hareketi azaltmak için özellikle önemlidir. Ayrıca, çeşitli nörolojik yaralanmalar veya bozukluklar ile sıçanlar burada özetlenen prosedürler uyarlanmasını gerektirebilir anormal solunum oranları veya diğer fizyolojik komplikasyonları olabilir.

Bu amaçla özel görüntü rekonstrüksiyon prosedürleri ile birlikte solunum yolluk için darbe dizisi değişiklikler, remov olamaz homojen olmayan manyetik alanlardan kaynaklanan bozulma etkilerini en aza indirmekMR sistemi üzerinde yapılan ayarlamalar tarafından ed.

Benzer şekilde, görüntü kalitesi görüntüleme süresi süresine bağlıdır. Bizim örneğimizde, sadece iki yönden boyunca difüzyon ağırlıklı sayısını sınırlayan toplam görüntüleme zamanında bir azalma sağladı. Bu yaklaşımın bir sınırlaması artık diğer birçok çalışmalar için norm tam tensör analizi (DTG) ile uyumlu olmasıdır. Alternatif olarak, aynı satın alma süresini koruyarak daha iyi karakterizasyonu için izin verebilir az ortalamaları ve daha difüzyon yön veya b-değerleri kullanarak. Önceki çalışmalarda 2-yön yaklaşımı 6-yön (DTG) yaklaşımı 19 ile tutarlı bilgi sağladığını göstermiştir, ancak bakım dilimleri (ve difüzyon yön) sağlamak için alınması gereken kesin boyunca ve dik kordon yöneliktir. Ancak, birden fazla beta-değer elde daha iyi karakterizasyonu ve basıklık matematiksel montaj sağlar ve bir tek b-valu kullanımı üzerinde tavsiye edilirör. Ayrıca, tam dizi manyetik alan duyarlılık eserler etkisini azaltır, ve ortalama alma yoluyla genel görüntü kalitesini geliştiren bir ters fazlı kodlama yönü ile tekrar edilmiştir. Son olarak, bizim protokolde kullanılan görüntü çözünürlüğü beyaz ve gri maddenin net bir ayrım sağlar. Bu genellikle uzun tarama kez gider veya daha fazla eserler için potansiyel gelir rağmen daha yüksek çözünürlüğe sahip Görüntüler mümkündür.

Radyofrekans bobinler, darbe dizileri, ve post-işleme yöntemleri gelişmeler bu yöntemin gelecekte uyarlamalar spinal kord görüntüleme geliştirilmesi etkisi olacaktır. Örneğin, yüzey rulo farelerde gözlenen benzer geliştirilmiş görüntü kalitesi için yararlı olabilir. 20 Bu önlemler, spinal kord yaralanmalarının klinik tanı ve tedavi için biyolojik olarak yararlı olma olasılığı yüksek olan.

Disclosures

Bu yazı için yayın ücretleri kısmen Bruker Corporation tarafından desteklenmiştir.

Acknowledgments

Biz deneysel yardım için Kyle Stehlik, Natasha Wilkins ve Matt Runquist teşekkür ederiz. Araştırma ve Eğitim Girişimi Fonu, Wisconsin Tıp Koleji ilerleyen Sağlıklı Wisconsin bağış bir bileşeni, ve Craig H. Neilsen Vakfı aracılığıyla finanse edilmektedir.

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).
Sıçan Servikal Spinal Kord difüzyon Görüntüleme
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