Login processing...

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

Medicine

Одновременное ПЭТ / МРТ изображений Во мыши гипоксии мозга-ишемии

doi: 10.3791/52728 Published: September 20, 2015

Summary

Метод, представленный здесь использует одновременное позитронно-эмиссионной томографии и магнитно-резонансной томографии. В коре головного модели ишемии-гипоксии, динамические изменения в диффузионной и метаболизма глюкозы происходят во время и после травмы. Развивающейся и неповторимы повреждения в этой модели требует одновременного приобретения, если значимые мультимодальных данных изображений будут приобретены.

Abstract

Динамические изменения в ткани диффузии воды и метаболизма глюкозы происходят во время и после гипоксии в коре головного гипоксии-ишемии, отражающей нарушение биоэнергетический в пораженных клеток. Диффузия взвешенных магнитно-резонансная томография (МРТ) выявляет области, которые были повреждены, потенциально необратимо, гипоксией-ишемией. Изменения в утилизации глюкозы в пораженной ткани может быть обнаружено с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) из 2-дезокси-2- (18 F), фтор-ᴅ-глюкозы ([18 F] FDG) поглощения. В связи с быстрым и переменного характера травмы в этой модели на животных, приобретение обоих режимах данных должны выполняться одновременно для того, чтобы осмысленно соотносятся ПЭТ и МРТ данных. Кроме того, изменчивость между животными в гипоксически-ишемической травмы из-за сосудистых различий ограничивает способность анализировать мультимодальных данные и наблюдать изменения в групповой мудрый подход, если данные не приобрел одновременно в отдельных предметов. Метод рвозмущение здесь позволяет приобретать как диффузионно-взвешенных МРТ и [18 F] FDG данные поглощения в том же животного до, во время и после гипоксической вызов для того, чтобы опрашивать непосредственные физиологические изменения.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Во всем мире, инсульт является второй ведущей причиной смерти и одной из основных причин инвалидности 1. Каскад биохимических и физиологических событий, которые происходят во время и остро следующих событие хода происходит быстро и с последствиями для жизнеспособности тканей и в конечном счете исход 2. Церебральный ишемии-гипоксии (HI), что приводит к гипоксически-ишемической энцефалопатией (HIE), по оценкам, затрагивает до 0,3% и 4% доношенных и недоношенных новорожденных, соответственно 3,4. Смертность у детей с ГИЭ примерно 15% до 20%. В 25% выживших HIE, постоянные осложнения возникают в результате травмы, в том числе умственной отсталости, дефицит моторных, церебральный паралич и эпилепсия 3,4. Прошедшие терапевтические вмешательства не доказано достойным принятия в качестве стандарта лечения, и консенсус еще не достигнут, что самые передовые методы, основанные на переохлаждение, эффективно снижение заболеваемости 3,5. Другие вопросы выводае утверждение включают способ введения гипотермии пациента и выбора 6. Таким образом, стратегии для нейропротекции и neurorestoration еще плодородная область для исследований 7.

Крыса модели головного HI были доступны с 1960-х годов, а затем были адаптированы к мышам 8,9. Из-за характера модели и расположения труб, существует присуща вариабельность результата из-за разницы в коллатерального между животными 10. В результате, эти модели, как правило, более изменчивым по сравнению с аналогичными моделями, такими как окклюзии средней мозговой артерии (МСАО). В режиме реального времени измерения физиологических изменений была продемонстрирована лазерной допплеровской флоуметрии, а также диффузионно-взвешенной МРТ 11. Наблюдаемое вариабельность внутри животного в мозгового кровотока во время и сразу после гипоксии, а также при острых результатов, таких как объем инфаркта и неврологическихДефицит, предполагают, что одновременное приобретение и корреляция данных мультимодальных бы быть полезным.

Последние достижения в области одновременного позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) позволили новых возможностей в доклинической визуализации 12-14. Потенциальные преимущества этих гибридных, комбинированных систем для доклинических приложений были описаны в литературе 15,16. В то время как многие доклинические вопросы могут быть решены с помощью визуализации индивидуальный последовательно животных или визуализации отдельных групп животных, в определенных ситуациях - например, когда каждый экземпляр события, такие как инсульт проявляется однозначно, с быстро развивающейся патофизиологии - делают желательным и даже необходимым использовать одновременное измерение. Функциональный нейровизуализация обеспечивает один такой пример, в котором одновременное 2-дезокси-2- (18 F), фтор-ᴅ-глюкозы ([18 F] FDG) ПЭТ и Блуд-кислород-зависит от уровня (выделены жирным шрифтом) МРТ недавно было продемонстрировано в крыс усов стимуляции изучает 14.

Здесь мы демонстрируем одновременно ПЭТ / МРТ во время наступления гипоксии-ишемии инсульта, в котором мозг физиология не в стационарном состоянии, но вместо этого быстро и необратимо меняется в течение гипоксического вызов. Изменения в диффузии воды, измеренные с помощью МРТ и количественно по коэффициента диффузии (ADC), полученного из диффузионно-взвешенной визуализации (DWI), был хорошо характеризуется инсульта в клинических и доклинических данных 17,18. В моделях животных, таких как MCAO, диффузия воды в пораженной ткани мозга быстро падает из-за биоэнергетической каскада, ведущей к отеку цитотоксической 18. Эти острые изменения в АЦП также наблюдается в моделях грызунов мозговой ишемии-гипоксии 11,19. [18 F] ФДГ ПЭТ используется в пациентов, перенесших инсульт, чтобы оценить изменения в местной глucose метаболизм 20, и небольшое количество в естественных исследованиях на животных также используются [18 F] FDG 21, в том числе в коре головного гипоксия-ишемия модели 22. В общем, эти исследования показывают, уменьшилось утилизацию глюкозы при ишемических регионах, хотя исследование с использованием модели с реперфузией не обнаружили корреляцию этих метаболических изменений с развитием инфаркта позже 23. Это в отличие от изменений диффузии, которые были связанные с непоправимый ущерб сердечника 21. Таким образом, важно, чтобы иметь возможность получить дополнительную информацию, полученную из [18 F] FDG ПЭТ и ДВИ в одновременном образом в процессе эволюции инсульта, так как это может принести существенную информацию о прогрессировании повреждения и воздействия терапевтические вмешательства. Способ описывается здесь легко поддаются использовать с различными ПЭТ индикаторов и последовательностей МРТ. Например, [15 О] H 2 O ПЭТизображений вместе с ДВИ и перфузии-взвешенных изображениях (ИЭС) от МРТ могут быть использованы для дальнейшего изучения развития ишемической полутени и проверить текущие методы в пределах поля изображения инсульт.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Вся обработка животных и процедуры, описанные в данном документе, и в соответствии с исследований животных: Отчетный In Vivo эксперименты (приехать) руководящих принципов, были выполнены в соответствии с протоколами, утвержденными ассоциацией по оценке аккредитации лабораторных животных (AAALAC) Международная аккредитованных Уходу за животными и использование комитета при Университете Калифорнии в Дэвисе. Правильное хирургия не должны приводить к любой признаков боли или дискомфорта у животного, но надлежащие меры должны быть приняты, если эти признаки наблюдаются, в том числе администрации анальгетиков или в некоторых случаях, эвтаназии. На правой стороне животных была выбрана произвольно в одностороннем порядке, описанном.

1. Одностороннее общей сонной артерии (ССА) Лигирование

  1. Подготовьте стерильную поле с стерилизованных хирургических инструментов и материалов, расположенных удобно. Обеспечить грелку нагревают до 37 ° С с датчиком температуры размещены надежно на площадку. & #160; Будьте уверены, чтобы использовать стерильную драпировку, чтобы покрыть хирургического сайт.
  2. Обезболить животное (изофлуран, 1-3% в воздухе при 0,5-1 л / мин), и поместите животное в положении лежа на спине с хвостом спиной. Проверьте обезболивания, зажимая палец - это не должно вызывать никакой реакции, если животное правильно наркозом является. Применить глазной мази для глаз.
  3. Применить депиляции крем для декольте в верхней части грудной клетки, используя ватные тампоны 1-2. Подождите 1-3 мин, а затем удалить волосы с помощью крема и влажные марлевые тампоны или спиртовые. Тампон разрез площадь бетадином по кругу изнутри наружу, а затем изменить в стерильные хирургические перчатки.
  4. Использование хирургические ножницы, сделать надрез около 1 см по средней линии нижней шеи. Аккуратно отделите наружную оболочку из окружающих фасции с помощью хирургических ножниц.
  5. Использование двух McPherson микро диафрагмы наложения швов щипцов, отделить правую общую сонную артерию от фасции, заботясь, чтобы не повредить вены или disturBing блуждающий нерв.
  6. Используя пинцет справа, экстериоризоваться правильный CCA в устойчивом положении. Нанесите несколько капель физиологического раствора, чтобы предотвратить высыхание. Пройдите подходящую длину (2-3 см) 6-0 шелковой нити под правой ОСА, и перевязывать, используя двойную квадратный узел. При желании, лигировать раз с помощью второй длины 6-0 шелковой нити.
  7. Повторно правильный CCA и очистить лишнюю жидкость из открытия с помощью стерильного тампона губка наконечником. Закрыть разрез с 6-0 шелковой нити. Применение лидокаина местно до 7 мг / кг.
  8. Разрешить животное, чтобы оправиться от наркоза до амбулаторного (примерно 30 мин) и выполнить пост-хирургического мониторинг до животных не готов к визуализации.

2. Подготовка к визуализации: системы и комплектующие Проверки

  1. Настройка оборудования и программного обеспечения для систем МРТ и ПЭТ и проверить их функциональность следующим образом. Убедитесь, что все физические соединения надежно закреплены и настройки программного обеспечения, соответствующим образом выбирают.
    1. Система Гора ПЭТ внутри ствола МРТ, совместив поле ПЭТ и МРТ зрения (FOV) с использованием известных центров осевых смещений. Установите катушку МРТ внутри ствола системы ПЭТ и в центре катушки с системой ПЭТ и магнит центров МРТ.
    2. Включите ПЭТ электроники для мощности и напряжения смещения (Примечание: шаги варьироваться в зависимости от инструмента). Выполните быстрый (5 мин) сканирование с использованием 68 Ge цилиндр и проверить результат синограмм, чтобы обеспечить все детекторы находятся в рабочем состоянии.
    3. При желании приобрести данные для использования на матрице преобразования ПЭТ / МРТ для целей совместного регистрации: Заполните трехмерную фантом (например, три заполненные сферы) 200 мкКи 18 F водном растворе и приобрести в течение 15 мин с ПЭТ. Приобретать анатомические данные МРТ: в окне управления Scan, выберите мульти-ломтик несколько эхо-(ММСП) последовательность (см таблицу 1
  2. Проверьте настройки инфузионный насос и операции. Установите насос 4,44 мкл в минуту, что в 45 мин инфузии постоянной обеспечивает общий объем 200 мкл, типичной рекомендуемый предел для внутривенной инъекции в 20 г животного.
  3. Проверьте работу нагревателя и подтвердить, что выход температура достаточна, чтобы сохранить животных теплой (37 ° С). Убедитесь, что температура и мониторинг дыхания функционирует в рамках подготовки к размещению животных на кровати животных.
  4. Проверьте работу О 2 и Н 2 расходомеров (для 0,5 л / мин: O 2 на 57,2 мг / мин и N 2 в 0,575 г / мин) путем подачи питания на обоих с источником сжатого воздуха выходные и O 2 и N 2 Источники на. Чтобы избежать риска повреждения расходомеров, не включайте их на достаточном давлении без ввода.
  5. Убедитесь, что ИФ Vaporizer достаточно заполнены. До изображений, начать ИФ поток анестезии на 1-2% и от 0,5 до 1 л / мин.
  6. Подготовка животных кровать, гарантируя, что анестезия, респираторная площадку и систем отопления расположены надежно и функционально. За дополнительной ПЭТ / МРТ точности корегистрацию, координатных меток (например, капиллярных трубок, наполненных РФП в той же концентрации, как для работы с изображениями вводимого) могут быть присоединены к кровати животных в поле зрения.

3. изображений документооборота

После того как все необходимые проверки оборудования будут завершены, перейти к визуализации следующим образом:

  1. Обезболить животное с изофлуран и вставить в хвостовую вену катетер (28 г игл, ПЭ-10 трубки меньше, чем 5 см), заполненную физиологическим раствором гепарина (0,5 мл гепарина, 1000 USP / мл, в 10 мл физиологического раствора). Потепление животное и / или хвост может повысить точность ввода катетера. При желании поместить каплю клея цианакрилатного на сайте вставкичтобы обеспечить капельницу.
  2. Перевести животное в подготовленное ложе животных. Убедитесь, что голова животного является безопасным, с верхних резцов обеспечены бар и уха баров зубов на месте, если используется.
  3. Применить глазной мази для глаз, чтобы предотвратить высыхание. Вставьте ректального термометра зонда. Убедитесь, что температура и показания дыхания функциональны.
  4. Draw дозу радиотрейсера (около 600 мкКи в 200 мкл), который будет введен в гепаринизированной ПЭ-10 трубки соответствующей длины - около 3 м на 10 ПЭ-трубы и объемом 200 мкл. Подключите один конец этой трубки к шприцу инфузионного насоса, а другой в хвостовую вену катетер линии, заботясь, чтобы не создавать проколы в трубки.
  5. Слайд кровать животных вперед в отверстие магнита, убедившись, чтобы не нарушить позиционирование катушки МРТ и любые линии или кабели, особенно трубки анестезии. Убедитесь, что центр мозга выравнивается с центрами МР. катушка, ПЭТ системы и МРТ магнит.
  6. Выполните настройку и согласование катушки МРТ при вращении ручек регулировки на катушке, минимизируя сопротивление (проверьте спецификации катушки) и частоту (300 МГц течение 1 ч при 7 Тесла) несоответствия, наблюдая отображение высокой мощности усилителя.
  7. (МРТ) После настройки и согласования, приобретают разведчик изображение: выберите редкий последовательность tripilot и запустить последовательность из окна управления Scan. Проверка позиционирование животного, повторяя этапы 3.5 и 3.6, как это необходимо. Сброс прокладки к нулевому значению.
  8. (МРТ) приобретать локализованный, точка разрешением спектроскопического сканирования (прессе) в объеме в пределах мозга: Запустите последовательность печати (см таблицу 1) в прямоугольный объем с размерами 3,9 мм × 6 мм × 9 мм. Проверьте ширину линии воды, используя команду CalcLineWidth макросъемки. Если полная ширина на половине максимального значения (FWHM) является приемлемым (например, 0,2 частей на миллион), перейдите к шагу 3.10. Если нет, перейдите к шагу 3.9.
  9. (МРТ) Приобретите поле Карта: Запустите последовательность FieldMap (см таблицу 1). Используйте полученные данные для нескольких ракурсов проекции прокладки в (MAPSHIM), выполнив команду MAPSHIM макро- и выбора линейных и второго порядка (г) 2 местных коррективы. Повторите шаг 3.8.
  10. (МРТ) Расположите план ломтик для DWI сканирования (см таблицу 1): с помощью геометрии редактора, убедитесь, что приобретение FOV позиционируется получить необходимый объем интерес в головном мозге. Если в результате план ломтик выравнивается по желанию, скопируйте этот план ломтик в окне управления Scan для всех последующих DWI сканирования. Начните приобретения.
  11. (ПЭТ) С приобретением ПЭТ подготовлены и готовы начать, начать инфузионный насос. После предопределенного задержки, в котором солевой из катетера был введен, начать сбор ПЭТ (см таблицу 1) для того, чтобы захватить ввод РФП. Монитор скорости счета и искать постепенным увеличениемрассчитывает свидетельствует о успешной инъекции.
  12. После 10-15 мин, инициировать вызов гипоксического одновременно с шагом 3.12. Чтобы начать гипоксического вызов, выключить медицинской воздушный поток и сразу же питание О 2 и Н 2 расходомеров с заранее заданными настройками, чтобы доставить 8% кислорода и 92% азота, а также снизить изофлуран до 0,8%. Не власть на расходомеров без давления на входе.
  13. (МРТ) В то же время, как шаг 3.12, начинают сбор ДВИ, полученного на стадии 3.10 (сканировать "H1").
  14. (МРТ) Начало сбора ДВИ (сканировать "H2"), полученного на стадии 3.10, сразу после сканирования H1 завершена. Конец гипоксического вызов, выключения расходомеры, восстановление медицинской воздушный поток, и возвращение ИФ концентрацию до подходящего значения, основанного на физиологическом мониторинге.
  15. (МРТ) приобретать пост-гипоксия ДВИ сканирование полученного на стадии 3.10. Выключите инфузионный насос после этого завершения осмотра.
  16. (МРТ) Приобретение Анатomical изображения в осевой и сагиттальной плоскостях. В окне управления Scan - выберите ММСП последовательность (см таблицу 1). Использование геометрии редактора, убедитесь, что приобретение FOV охватывает мозг.
  17. Удалить животное, вернуться к клетке, когда амбулаторное и отслеживать признаки заболеваемости, эвтаназии, если это необходимо с администрацией СО 2 с последующим смещением шейных позвонков в качестве вторичного метода.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Рисунок 1 демонстрирует результат правильного перевязки общей сонной артерии, до закрытия раны с 6-0 шелковой нити.

В этом способе данные, полученные из изображений сильно зависит от временной постановке эксперимента, который в свою очередь диктует и диктуется экспериментальных ограничений в том числе схем захвата изображений и настройки оборудования. Эти и другие соображения дальнейшего изучения в разделе обсуждения. С протоколу, описанному в данном документе, физическое установки оборудования (фиг.2А) позволяет обеспечить непрерывное приобретение мультимодальный изображения до, во время и после (фиг.2В) быстрое введение гипоксической вызов (фиг.2с).

В этой модели на животных, как и у многих моделей ишемических инсульта, изменения в диффузии обнаруживаются быстро после оскорбление (рис 3A для предстив пример). Как наш метод принципиально не изменит головного HI модели, изменения диффузии могут быть воспроизведены в прочном порядке - демонстрирует растущие процентные различия в АЦП Z (АЦП в Z-направлении) между контралатеральной (не окклюзии, слева) и на той же стороне (окклюзии, справа) стороны мозга,% LR, (N = 6 для сканирования Н2, N = 5 для всех других временных точках). Как и ожидалось, значения АЦП на закупоренной части снижения мозга, травмы прогрессирует. показан пример корональной кусочек из последовательности ДВИ, а также сагиттальный срез, демонстрирующий ограниченного осевого степень FOV (8 мм) Для последовательность, используемая. Подробнее об ограничениях, налагаемых на эхо плоская томография (EPI) последовательности, используемой для DWI описаны в разделе обсуждения. Короче говоря, качество изображения получены с предложенной рамках изображения зависит от характеристик системы и EPI-DWI основе последовательности в particulAR может подвергнуть неоптимальным условия аппаратные или параметры сбора (рис 5B). Это существенные различия наблюдались между базовой и последующих АЦП значений% LR (р <0,05, непарный т Испытайте) предполагает, что это надежный параметр, чтобы допросить, используя нашу экспериментальную установку.

Наряду с изменениями в АЦП, полусферические различия наблюдались в поглощении [18 F] FDG после начала гипоксического вызов и во H2 сканирования (% 11 средняя разность LR, N = 3). В двух из трех случаев, ипсилатерального поглощение [18 F] FDG уменьшилось по сравнению с контралатеральной поглощения после гипоксии (смотри рисунок 4 для типичного примера), хотя это не так во всех случаях, вероятно, из-за изменчивости животных. показан пример, где относительная разница в [18 F] FDG поглощения между двумя полушариями не как ожидалось в одного животного (синий). Рис5A также показывает пример, в котором, в то время как [18 F] FDG поглощение было ожидать следующие качестве гипоксии, животное умерло на конце H2 сканирования.

фигура 1
Рисунок 1. Пример правой общей сонной артерии лигировали с 6-0 шелковой нити. Животное спине с его голова указал на нижней части изображения. Территория вокруг разреза была депилированной, и разрез проводится открытым щипцами для визуализации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2
Рисунок 2. (А) представитель схема физического расположения оборудование. ПЭТ вставка расположена в отверстии магнита и катушки МРТ, в свою очередь, расположенным в отверстии вставки ПЭТ. Кровать животных, наряду с физиологической мониторинга (дыхание площадки не показаны), анестезии линии, и внутривенный катетер проходит в отверстие, как показано. Пунктирная кольцо обозначает запас прочности для магнитного поля рассеяния -. Это может быть необходимо разместить оборудование с магнитными компонентами за пределами этого региона, но в пределах комнаты МРТ (после всех мер безопасности) (Б) Схема подведения итогов временной прогрессии эксперимента . (С) Типичные результаты начальных изменений в уровне 2 O, доставленных животного сразу после начала гипоксии вызов. В примерно 1 мин, гипоксии может быть достигнуто, как измерено O 2 метра, помещенного в 0,5 л индукции коробки (не показан), на одной линии с системой анестезии. rge.jpg "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3. (А) Пример параметрических АЦП г карты приобретенных в начале и через пост-гипоксии. (Б) график, показывающий разницу LR% в АЦП г от исходного уровня до пост-гипоксии. Звездочки указывают на значительную разницу (р <0,05, непарный т -тесту) по сравнению с исходным значением. Усы означают +/- одно стандартное отклонение. (C) Пример приобретения EPI-DWI (осевых, сагиттальной и 3D видом, чтобы показать степень FOV). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

/ftp_upload/52728/52728fig4.jpg "/>
Рисунок 4. (А) корональной и поперечной кусочек животного показа [18 F] FDG поглощения. ПЭТ изображения на переднем плане, и регистрируются и сливаются с анатомической МРТ изображения в фоновом режиме для визуализации. Данные ПЭТ суммируются для всех кадров. (B) и того же животного, [18 F] FDG время активности кривой для контралатерального полушария (синий) и ипсилатеральном полушарии (красный). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры ,

Рисунок 5
Кривые Рисунок 5. (А) время активности противоположной (твердой) и ипсилатеральном (пунктирная) полушария [18 F] ФДГ поглощения - показано на той же оси являются примерами неожиданное время [18 F] FDGКривая деятельность (синий) и гибели животных в конце H2 (на 45 мин, зеленый). (Б) ореолов артефактов из-за потенциальных неисправностей РФ аппаратных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Время сбора
Параметры изображений Acquistion и приобретение оборудования для
Диффузия МРТ (EPI-DWI)
Время Acqusition 15 мин
Размер матрицы 256 х 64
Ломтики 10
FOV 30 х 14 х 8 мм
Размер Voxel 0,117 х 0,219 х 0,8 мм
Эффективное спектральная полоса 150 кГц
TE 41 мс
TR 3000 мс
Средние 6
К-пространства сегменты 16
б-значения 0, 400, 800 сек / мм 2
Анатомические МРТ (ММСП)
Время сбора 5 мин
Размер матрицы 256 х 256
Ломтики 16
FOV 30 х 22 х 12,8 мм
Размер Voxel 0,117 х 0,086 х 0,8 мм
TE 14 мс
TR 1000 мс
Средние 1
Повторения 1
Точка Решено Спектроскопический
Сканирование (ПРЕСС)
15 лет
Размер Voxel 3,9 х 6 х 9 мм
TE 20 мс
TR 2500 мс
Средние 6
FieldMap
Время сбора 1 мин 21 сек
1-й ТЕ 1.49 мс
2-й ТЕ 5.49 мс
TR 20 мс
Средние 1
ПЭТ Приобретение, гистограмма,
Параметры реконструкции и
Изотопный индикатор [18 F] FDG
Скорость инфузии 4,44 мкл / мин
Время сбора 60 мин
Размер изображения на срезе 128 х 128
Ломтики 99
Размер Voxel 0,4 х 0,4 х 0,6 мм
Динамический обрамление 12 х 300 сек
Тип Реконструкция ОС-MLEM (6 подмножества, 6 итераций)

Таблица параметров импульсной последовательности 1. МРТ для сканирования, описанных в протоколе, и приобретение ПЭТ, гистограммы и параметров реконструкции.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Одновременное анатомическая МРТ, и динамический ДВИ-МРТ и [18 F] Данные ФДГ ПЭТ успешно приобрела у экспериментальных животных во время гипоксического вызов следующей перевязки общей сонной артерии. Это представляет собой мощный экспериментальный парадигму мультимодальных визуализации быстро развивающейся патофизиологии, связанной с ишемическими оскорблений в мозге и может быть легко расширена для изучения других ПЭТ радиоактивные индикаторы (например маркеров нейровоспаление) и последовательностей МРТ, а также влияние интервенционных стратегий во время или вскоре после ишемического вызов.

За успешное выполнение одновременного ПЭТ / МРТ-визуализации при гипоксической вызов в коре головного модели HI, логистика должны быть рассмотрены и методы соответствующим образом скорректированы. Факторы, влияющие на потенциально временную расположение эксперимента, включают, но не ограничиваются ими: 1) источника радиоактивности - в зависимости от РАdiotracer используется, период полураспада радионуклида, и специфические требования активности, это может повлиять на возможное общее число животных отображаемого; 2) расположение номер - это может повлиять на длину трубки, а таким образом введенной дозы, или могут потребоваться дополнительные меры для поддержания вводимую дозу. Это также может иметь небольшое влияние на время достижения равновесия для газовых смесей в трубопроводе анестезии; 3) вес животных - некоторые учреждения может наложить ограничение на общее введенного объема для процедур выживания (например, менее чем 1% от массы тела), в свою очередь, могут повлиять настройки длины трубы и скорости инфузионный насос; 4) трассирующими доставки - болюс, настой или болюс плюс доставка настой можно использовать, как определено радиоиндикаторные фармакокинетики и ожидается, наблюдаемые изменения - последние два особенно полезно следовать динамические изменения 24.


Дизайн протоколов получения изображений ПЭТ и МРТ, особенноLY учитывая ограниченное время, с которой можно работать, является еще одним важным фактором в этом эксперименте. При использовании эхо-планарной томографии (EPI) основе последовательности ДВИ (EPI-DWI), представленная здесь, важные соображения включают в себя сканирование, продолжительность поле зрения, и градиент диффузии взвешивание и направления. При настройке этих параметров, присущих проблемы с РПИ-ДВИ также должны быть решены, в том числе ореолов, сигнал отсева и ограничений рабочего цикла градиент. Использование дыхательных стробирования может быть использован для решения проблем в связи с движением. Таблица 1 описывает параметры, используемые на приобретение МРТ вместе с информацией о ПЭТ оборудования, параметров приобретения и доставки трассирующими параметров. Для количественного определения данных ПЭТ, детектор нормализации должен быть применен. Хотя это и не сделано в нашем случае, дальнейшие шаги могут быть предприняты для достижения более точного количественного, в том числе с использованием коррекции ослабления сегментированные данные МРТ и коррекции разброса. Бывший не могут быть необходимы в небольших животных, как тон Степень ослабления мала и может быть объяснено с помощью аналогичного размера объектов калибровки. В зависимости от последовательности, используемой МРТ, оно также может быть необходимо учитывать любые значительные BOLD воздействие на Т2 * 25. Кроме того, эффект анестезии и газа-носителя на уровень глюкозы в крови, возможно, потребуется учесть при его использовании [18 F] FDG 26.

Проверки должны проводиться для обеспечения нет никаких существенных взаимных помех между системами ПЭТ и МРТ, или между системами обработки изображений и другой аппаратуры, используемых в эксперименте. По нашему опыту, не было никакого существенного различия в качестве изображения ПЭТ или МРТ при приобретении по отдельности или одновременно, хотя мы наблюдали временной потере в отсчетов в системе ПЭТ из-за паразитных сигналов в PSAPD основе детекторов, вызванных быстрым переключением градиента, эффект, который был отмечен другими 12. Другой вопрос был наблюдается РФ нетISE от инфузионного насоса питания нарушая ПЭТ приобретение детектора в результате потери данных. Эта проблема была решена путем замены оригинального адаптера переменного тока с лабораторией качества питания. Еще аппаратные конфигурации ПЭТ / МРТ описаны в литературе, и корректировки этого протокола может потребоваться для размещения уникальных установок 12,27.

Рабочий процесс формирования изображения может быть изменена с целью оптимизации условий для различных последовательностей импульсов МРТ или ПЭТ индикаторов и схем сбора. Например, тяжесть травмы в коре головного модели HI было показано, модулировать, среди прочих условий, продолжительность гипоксии 11. Увеличение длины гипоксического вызов может позволить приобретение данных DWI в тонкой временным разрешением, или обеспечить более надежные полусферических сравнений поглощения для ПЭТ индикаторов. Другие аспекты протокола может быть скорректирован на основе имеющихся ресурсов и персонала. ДляЭкземпляр, операции могут быть расположены в шахматном и идут параллельно сессий визуализации, чтобы уменьшить вариабельность в период между ОСО перевязки и гипоксии.

В этом протоколе, одновременное ПЭТ и МРТ приобретения, в дополнение к физиологической проблемой, накладывает взаимные ограничения друг на друга с точки зрения времени. При оптимизации последовательности EPI-DWI, было установлено, что наличие дополнительных направления диффузии при сохранении качества изображения приведет к увеличению времени захвата за допустимые пределы для выполнения нескольких поглощений во время гипоксического вызов. Таким образом, диффузия градиенты были применены исключительно по оси. Кроме того, адаптация животных моделях с протоколом изображения может потребоваться некоторые модификации - в нашем случае стандартного головного мозга модель ишемии-гипоксии был изменен путем инъекции дополнительной жидкости (0,2 мл) в течение РФП гипоксической вызов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

JM и SW являются сотрудниками компании Genentech.

Acknowledgments

Авторы хотели бы признать Центр молекулярной и геномной изображений Калифорнийского университета в Дэвисе и визуализации отдел биомедицинских в Genentech. Эта работа была поддержана Национальными Институтами Партнерство Исследования Биоинженерия Здоровье номер гранта R01 EB00993.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Surgery
Surgical scissors Roboz RS-5852
Forceps Roboz RS-5237
Hartman mosquito forceps Miltex 7-26
2x McPherson suturing forceps, 8.5 cm Accurate Surgical & Scientific Instruments 4473 It is useful to reduce the opening width with a band on the forceps used to hold the carotid artery
6-0 silicone coated braided silk suture with 3/8 C-1 needle Covidien Sofsilk S-1172
Homeothermic blanket system Harvard Apparatus 507220F
Super glue (Generic)
Hypoxia
Flowmeter for O2 Alicat Scientific MC-500SCCM-D
Flometer for N2 Alicat Scientific MC-5SLPM-D
O2 meter MSA Altair Pro
Imaging
7.05 Tesla MRI System Bruker BioSpec 20 cm inner bore diameter with gradient set. Paravision 5.1 software.
Volume Tx/Rx 1H Coil, 35 mm ID Bruker T8100
PET system (In-house) 4x24 LSO-PSAPD detectors,
10x10 LSO array per detector,
1.2 mm crystal pitch and 14 mm depth. 14 x 14 mm PSAPD. FOV: 60x35 mm. 350-650 keV energy window. 16 nsec timing window.
Vessel cannulation Dumont forceps Roboz RS-4991
PE-10 polyethylene tubing BD Intramedic 427401
Infusion pump Braintree Scientific BS-300
Animal monitoring & gating equipment Small Animal Instruments Inc. Model 1025 Only respiration monitoring used
Animal bed with temperature regulation (In-house)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Donnan, G. A., et al. The Lancet. 371, 1614-1623 (2008).
  2. Turner, R. C., et al. The science of cerebral ischemia and the quest for neuroprotection navigating past failure to future success A review. Journal of Neurosurgery. 118, 1072-1085 (2013).
  3. Vannucci, R. C., Perlman, J. M. Interventions for perinatal hypoxic ischemic encephalopathy. Pediatrics. 100, 1004-1014 (1997).
  4. Chicha, L., et al. Stem cells for brain repair in neonatal hypoxia–ischemia. Childs Nervous System. 30, 37-46 (2014).
  5. Barks, J. D. Current controversies in hypothermic neuroprotection. Seminars in Fetal and Neonatal. 13, (1), 30-34 (2008).
  6. Jantzie, L. L., et al. Neonatal ischemic stroke a hypoxic ischemic injury to the developing brain. Future Neurology. 3, 99-102 (2008).
  7. James, A., Patel, V. Hypoxic ischaemic encephalopathy. Paediatrics and Child Health. 24, (9), (2014).
  8. Levine, S. Anoxic ischemic encephalopathy in rats. The American Journal of Pathology. 36, (1), (1960).
  9. Vannucci, S. J., et al. Experimental stroke in the female diabetic db db mouse. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 21, 52-60 (2001).
  10. Sheldon, R., et al. Strain related brain injury in neonatal mice subjected to hypoxia ischemia. Brain Research. 810, 114-122 (1998).
  11. Adhami, F., et al. Cerebral ischemia hypoxia induces intravascular coagulation and autophagy. American Journal of Pathology. 169, (2), 566-583 (2006).
  12. Catana, C., et al. Simultaneous in vivo positron emission tomography and magnetic resonance imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 3705-3710 (2008).
  13. Judenhofer, M. S., et al. Simultaneous PET MRI a new approach for functional and morphological imaging. Nature Medicine. 14, 459-465 (2008).
  14. Wehrl, H. F., et al. Simultaneous PET MRI reveals brain function in activated and resting state on metabolic hemodynamic and multiple temporal scales. Nature Medicine. 19, 1184-1189 (2013).
  15. Judenhofer, M. S., Cherry, S. R. Applications for preclinical PET MRI. Seminars in Nuclear Medicine. 43, (1), 19-29 (2013).
  16. Wehrl, H. F., et al. Preclinical and Translational PET/MR Imaging. Journal of Nuclear Medicine. 55, Suppl 2. 11S-18S (2014).
  17. Heiland, S. Diffusion and Perfusion Weighted MR Imaging in Acute Stroke Principles Methods and Applications. Imaging Decisions MRI. 7, 4-12 (2003).
  18. Loubinoux, I., et al. Spreading of vasogenic edema and cytotoxic edema assessed by quantitative diffusion and T2 magnetic resonance imaging. Stroke. 28, 419-427 (1997).
  19. Ouyang, Y., et al. Evaluation of 2 [18F]fluoroacetate kinetics in rodent models of cerebral hypoxia–ischemia. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 34, (5), 836-844 (2014).
  20. Kuhl, D. E., et al. Effects of stroke on local cerebral metabolism and perfusion mapping by emission computed tomography of 18FDG and 13NH3. Annals of Neurology. 8, 47-60 (1980).
  21. Planas, A. M. Noninvasive Brain Imaging in Small Animal Stroke Models MRI and PET. Neuromethods. 47, 139-165 (2010).
  22. Marik, J., et al. PET of glial metabolism using 2-18F-fluoroacetate. Journal of Nuclear Medicine. 50, (6), 982-990 (2009).
  23. Martín, A., et al. Depressed glucose consumption at reperfusion following brain ischemia does not correlate with mitochondrial dysfunction and development of infarction: an in vivo positron emission tomography study. Current Neurovascular Research. 6, 82-88 (2009).
  24. Carson, R. E. PET physiological measurements using constant infusion. Nuclear Medicine and Biology. 27, 657-660 (2000).
  25. Greve, J. M. The BOLD effect. Methods in Molecular Biology. 771, 153-159 (2011).
  26. Flores, J. E., et al. The effects of anesthetic agent and carrier gas on blood glucose and tissue uptake in mice undergoing dynamic FDG-PET imaging sevoflurane and isoflurane compared in air and in oxygen. Molecular Imaging and Biology. 10, 192-200 (2008).
  27. Delso, G., Ziegler, S. PET MRI system design. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 36, 86-92 (2009).
Одновременное ПЭТ / МРТ изображений Во мыши гипоксии мозга-ишемии
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ouyang, Y., Judenhofer, M. S., Walton, J. H., Marik, J., Williams, S. P., Cherry, S. R. Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia. J. Vis. Exp. (103), e52728, doi:10.3791/52728 (2015).More

Ouyang, Y., Judenhofer, M. S., Walton, J. H., Marik, J., Williams, S. P., Cherry, S. R. Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia. J. Vis. Exp. (103), e52728, doi:10.3791/52728 (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