Login processing...

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

Medicine

في وقت واحد التصوير PET / MRI خلال الماوس الدماغي نقص الأكسجة-نقص التروية

doi: 10.3791/52728 Published: September 20, 2015

Summary

الطريقة المعروضة هنا يستخدم في وقت واحد التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير بالرنين المغناطيسي. في الدماغي نموذج نقص الأكسجة نقص التروية، والتغيرات الديناميكية في نشر والجلوكوز الأيض تحدث أثناء وبعد الإصابة. الضرر تتطور وirreproducible في هذا النموذج يتطلب اكتساب في وقت واحد إذا كانت البيانات التصوير متعددة الوسائط ذات مغزى إلى الحصول عليها.

Abstract

التغيرات الدينامية في نشر المياه الأنسجة وايض الجلوكوز تحدث أثناء وبعد نقص الأكسجين في المخ نقص الأكسجين نقص التروية يعكس اضطراب الطاقة الحيوية في الخلايا المتضررة. نشر مرجح التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ويحدد المناطق التي تضررت، وربما لا رجعة فيه، من خلال نقص الأكسجة نقص التروية. تغييرات في استخدام الجلوكوز في الأنسجة المتضررة قد يكون كشفها بواسطة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) التصوير 2-ديوكسي-2- (18 F) الفلورية ᴅ الجلوكوز ([18 F] FDG) امتصاص. ونظرا لطبيعة السريعة والمتغيرة للإصابة في هذا النموذج الحيواني، يجب إجراء الاستحواذ على كل من وسائط البيانات في وقت واحد من أجل ربط مجدية البيانات PET والتصوير بالرنين المغناطيسي. وبالإضافة إلى ذلك، وتقلب بين الحيوانات في الإصابة بنقص التأكسج الدماغية بسبب الخلافات الأوعية الدموية يحد من القدرة على تحليل البيانات متعددة الوسائط ومراقبة التغيرات إلى نهج مجموعة الحكيمة إذا لم يتم الحصول على البيانات في وقت واحد في كل موضوع على حدة. طريقة عاستياء هنا يسمح احد للحصول على كلا المرجحة نشر MRI و [18 F] البيانات امتصاص FDG في نفس الحيوان قبل وأثناء وبعد التحدي ميتة من أجل استجواب التغيرات الفسيولوجية المباشرة.

Introduction

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

في جميع أنحاء العالم، والسكتة الدماغية هي السبب الرئيسي الثاني للوفاة والسبب الرئيسي للإعاقة 1. في سلسلة من الأحداث البيوكيميائية والفسيولوجية التي تحدث أثناء وبعد الحدث تماما السكتة الدماغية تحدث بسرعة والتي تؤثر على سلامة الأنسجة وبالتالي النتيجة 2. المخ نقص الأكسجين نقص التروية (مرحبا)، الأمر الذي يؤدي إلى التأكسج الدماغ الإقفاري (عجل)، ويقدر أن يؤثر على ما يصل إلى 0.3٪ و 4٪ من كامل الأجل والخدج ولادة، على التوالي 3،4. معدل وفيات الرضع في HIE مع ما يقرب من 15٪ إلى 20٪. في 25٪ من الناجين عجل، تنشأ مضاعفات دائمة نتيجة للإصابة، بما في ذلك التخلف العقلي، والعجز الحركي، الشلل الدماغي، والصرع 3،4. لم تثبت التدخلات العلاجية الماضية تستحق التبني وفقا لمعايير الرعاية، ولم يتم بعد التوصل إلى توافق في الآراء على الطرق الأكثر تقدما، على أساس انخفاض حرارة الجسم، والحد من فعالية الاعتلال 3،5. قضايا أخرى سو تزاحم تشمل طريقة إدارة انخفاض حرارة الجسم والمريض اختيار 6. وهكذا، واستراتيجيات الحماية العصبية وneurorestoration لا تزال منطقة خصبة للبحوث 7.

وكانت نماذج الفئران من مرحبا الدماغي متاح منذ 1960s، وبعد ذلك تم تكييفها على الفئران 8،9. نظرا لطبيعة نموذج وموقع الربط، هناك تقلب المتأصل في النتيجة نظرا للاختلاف في تدفق الضمانات بين الحيوانات 10. ونتيجة لذلك، وهذه النماذج تميل إلى أن تكون أكثر تنوعا مقارنة نماذج مماثلة مثل انسداد الشريان الدماغي الأوسط (MCAo). وقد تجلى قياس الوقت الحقيقي من التغيرات الفسيولوجية مع دوبلر الليزر flowmetry فضلا عن MRI 11 المرجحة نشرها. التباين داخل الحيوانات التي لوحظت في تدفق الدم الدماغي أثناء ومباشرة بعد نقص الأكسجين، وكذلك في نتائج الحادة مثل حجم احتشاء والعصبيةالعجز، تشير إلى أن اكتساب المتزامن وربط بيانات المتعدد الوسائط سيكون مفيدا.

سمحت التطورات الحديثة في وقت واحد التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لإمكانيات جديدة في مجال التصوير قبل السريرية 12-14. وقد وصفت المزايا المحتملة لهذه النظم الهجينة، جنبا إلى جنب للتطبيقات قبل السريرية في الأدب 15،16. بينما العديد من الأسئلة قبل السريرية يمكن معالجتها عن طريق التصوير بشكل متسلسل الحيوان الفردي أو عن طريق التصوير المجموعات الحيوانية منفصلة، ​​حالات معينة - على سبيل المثال، عند كل حالة من حدث مثل السكتة الدماغية يتجلى بشكل فريد، مع التطور السريع الفيزيولوجيا المرضية - جعله مرغوبا فيه بل وضروري لاستخدام القياس في وقت واحد. يوفر تصوير الأعصاب وظيفية واحدة من الأمثلة على ذلك، حيث في وقت واحد 2-ديوكسي-2- (18 F) الفلورية ᴅ الجلوكوز ([18 F] FDG) PET والدم ..وقد تم مؤخرا أظهرت تعتمد على (بولد) MRI في تحفيز الطولي الفئران على مستوى الأكسجين د يدرس 14.

هنا، علينا أن نظهر في وقت واحد التصوير PET / MRI خلال بداية السكتة الدماغية التأكسج الدماغية التي فسيولوجيا الدماغ ليس في حالة مستقرة، ولكن بدلا من ذلك يتم بسرعة وبشكل لا رجعة فيه تغيير خلال التحدي ميتة. تغييرات في نشر المياه، التي تقاس التصوير بالرنين المغناطيسي وكميا بواسطة معامل انتشار واضح (ADC) المستمدة من التصوير مرجح نشر (دوى)، وقد تميزت بشكل جيد للسكتة الدماغية في البيانات السريرية وقبل السريرية 17،18. في النماذج الحيوانية مثل MCAo ونشرها من الماء في أنسجة المخ المتضررة يسقط بسرعة بسبب تتالي الطاقة البيولوجية السامة للخلايا مما يؤدي إلى ذمة 18. ويلاحظ هذه التغيرات الحادة في ADC أيضا في نماذج القوارض من المخ نقص الأكسجين نقص التروية 11،19. وقد استخدم [18 F] التصوير FDG PET في مرضى السكتة الدماغية لتقييم التغيرات في GL المحليالأيض ucose 20، وعدد قليل من الدراسات على الحيوانات في الجسم الحي واستخدمت أيضا [18 F] FDG 21، بما في ذلك الدماغي نموذج نقص الأكسجة نقص التروية 22. بشكل عام، تظهر هذه الدراسات انخفض استخدام الجلوكوز في المناطق الدماغية، على الرغم من أن الدراسة باستخدام نموذج مع ضخه وجدت أي علاقة لهذه التغيرات الأيضية مع تطور احتشاء لاحق 23. هذا هو على النقيض من التغييرات نشر التي ارتبطت مع جوهر تضررت بشكل لا رجعة فيه 21. وبالتالي، فمن المهم أن تكون قادرا على الحصول على معلومات تكميلية المستمدة من [18 F] FDG PET ودوى بطريقة متزامنة خلال تطور السكتة الدماغية، وهذا من المرجح أن تسفر عن معلومات مفيدة حول تطور الإصابة وتأثير التدخلات العلاجية. طريقة وصفنا هنا هو قابل بسهولة للاستخدام مع مجموعة متنوعة من استشفاف PET وتسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي. على سبيل المثال، [15 O] H 2 O PETالتصوير جنبا إلى جنب مع دوى والصور المرجحة التروية (PWI) من التصوير بالرنين المغناطيسي يمكن أن تستخدم لاستكشاف مزيد من تطوير غبش الدماغية والتحقق من صحة التقنيات الحالية في مجال التصوير السكتة الدماغية.

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

كل المناولة والإجراءات الحيوانية وصفها في هذه الوثيقة، وفقا لأبحاث الحيوان: التقارير في التجارب (تصل) المبادئ التوجيهية فيفو، أجريت وفقا للبروتوكولات التي وافقت عليها الجمعية لتقييم اعتماد مختبر رعاية الحيوان (AAALAC) الدولية المعتمدة المؤسسي رعاية الحيوان واستخدام اللجنة في جامعة كاليفورنيا، ديفيس. يجب الجراحة المناسبة لا يؤدي إلى أي علامات الألم أو عدم الراحة في الحيوان، ولكن ينبغي اتخاذ الخطوات المناسبة إذا لاحظت هذه العلامات، بما في ذلك نظم المسكنات أو في بعض الحالات، القتل الرحيم. وقد تم اختيار الجانب الأيمن من الحيوانات بشكل تعسفي لهذا الإجراء من جانب واحد وصفه.

1. جانب واحد السباتي المشترك الشريان (CCA) من ربط

  1. إعداد حقل معقمة مع الأدوات والمواد الجراحية المعقمة الموقع الأكثر ملائمة. وارتفعت درجة حرارة ضمان سادة التدفئة إلى 37 درجة مئوية مع درجة الحرارة التحقيق وضعها بشكل آمن على لوحة. & #160؛ تأكد من استخدام ثنى العقيمة لتغطية مكان الجراحة.
  2. تخدير الحيوانات (الأيزوفلورين، 1-3٪ في الهواء في 0.5-1 لتر / دقيقة)، ووضع الحيوان في موقف ضعيف مع الذيل تواجه بعيدا. تحقق التخدير عن طريق معسر إصبع القدم - وهذا ينبغي أن تثير أي رد فعل في حالة تخدير الحيوان بشكل صحيح. تطبيق مرهم للعين للعيون.
  3. تطبيق كريم إزالة الشعر إلى الأسفل من الرقبة إلى منطقة الصدر العلوية باستخدام قطعة قطن 1-2. الانتظار 1-3 دقائق، ثم قم بإزالة الشعر وكريم باستخدام الرطب الشاش أو الكحول مسحات. منطقة مسحة شق مع Betadine بطريقة دائرية من الداخل الى الخارج، ثم قم بتغيير في القفازات الجراحية المعقمة.
  4. باستخدام مقص جراحي، وجعل شق حوالي 1 سم على طول خط الوسط من الجزء الأسفل من الرقبة. فصل بعناية الجلد الخارجي من المحيط العريضة باستخدام مقص جراحي.
  5. باستخدام اثنين من ماكفرسون ملقط القزحية الصغيرة خياطة، فصل الحق في الشريان السباتي المشترك من اللفافة، مع الحرص على تجنب الأوردة الضارة أو disturبنج العصب المبهم.
  6. باستخدام ملقط على الحق، من الداخل للظاهر الحق في التقييم القطري المشترك في وضع مستقر. تطبيق عدة قطرات من المياه المالحة لمنع جفاف. تمرير طول مناسب (2-3 سم) من 6-0 خياطة الحرير تحت حق CCA، وligate باستخدام عقدة مربع مزدوجة. اختياريا، ligate مرة أخرى باستخدام طول الثاني من 6-0 خياطة الحرير.
  7. إعادة الحق CCA وتنظيف السوائل الزائدة من فتح باستخدام الاسفنجة معقم يميل مسحة. إغلاق شق مع 6-0 خياطة الحرير. تطبيق يدوكائين موضعيا تصل إلى 7 ملغ / كغ.
  8. السماح للحيوان للتعافي من التخدير حتى الإسعافية (حوالي 30 دقيقة) وإجراء الرصد بعد الجراحة حتى الحيوانات جاهز للتصوير.

2. إعداد للتصوير: النظام والأجهزة الشيكات

  1. إعداد الأجهزة والبرمجيات لأنظمة MRI و PET وتحقق من وظائفها على النحو التالي. ضمان كافة الاتصالات المادية هي آمنة ويتم اختيار إعدادات البرامج بشكل مناسب.
    1. نظام جبل PET داخل تجويف MRI، محاذاة مجال PET والتصوير بالرنين المغناطيسي للعرض (فوف) مراكز باستخدام إزاحة محورية المعروفة. جبل لفائف التصوير بالرنين المغناطيسي داخل تجويف للنظام PET ومركز لفائف مع نظام PET ومراكز مغناطيس MRI.
    2. بدوره على الالكترونيات PET للطاقة والجهد التحيز (ملاحظة: سوف تختلف الخطوات التي كتبها الصك). إجراء سريع (5 دقائق) المسح الضوئي باستخدام 68 قه اسطوانة والتحقق من sinogram مما أدى لضمان جميع أجهزة كشف جاهزة للعمل.
    3. الحصول اختياريا البيانات لاستخدامها لتحويل مصفوفة PET / MRI لأغراض المشارك التسجيل: ملء الوهمية ثلاثي الأبعاد (على سبيل المثال، ثلاثة مجالات شغل) مع 200 μCi 18 F محلول مائي واكتساب لمدة 15 دقيقة مع PET. الحصول على البيانات MRI التشريحية: في إطار مراقبة المسح، تحديد متعددة شريحة متعددة الصدى تسلسل (المشاريع الصغيرة والمتوسطة) (انظر الجدول 1
  2. تحقق من إعدادات مضخة التسريب والتشغيل. ضبط المضخة إلى 4.44 ميكرولتر في الدقيقة الواحدة، والتي في 45 دقيقة من التسريب المستمر يسلم إجمالي حجم 200 ميكرولتر، والحد الموصى نموذجي للحقن الرابع في 20 ز الحيوانات.
  3. فحص تشغيل سخان والتأكد من أن درجة الحرارة الناتج كافية للحفاظ على الحارة الحيوان (37 ° C). تأكد من أن درجة الحرارة ورصد الجهاز التنفسي هي التشغيلية استعدادا لوضع الحيوان على السرير الحيوانات.
  4. تحقق من تشغيل O 2 و N 2 مقاييس التدفق (0.5 لتر / دقيقة: O 2 في 57.2 ملغ / دقيقة وN 2 في 0.575 غ / دقيقة) من خلال توفير الطاقة على حد سواء مع مصدر الهواء المضغوط وإيقاف O 2 و N 2 مصادر جرا. لتجنب مخاطر الإضرار مقاييس التدفق، لا تشغيلها من دون ضغوط يكفي من المدخلات.
  5. ضمان الأيزوفلورين الخامسيتم تعبئة aporizer بما فيه الكفاية. قبل التصوير، وبدء تدفق التخدير الأيزوفلورين في 1-2٪ و 0.5 إلى 1 لتر / دقيقة.
  6. إعداد السرير الحيوانات عن طريق ضمان أن التخدير، وسادة الجهاز التنفسي، ونظم سخان متوضعة بشكل آمن وفعال. لمزيد من PET / MRI دقة المشارك التسجيل، علامات إيمانية (على سبيل المثال، الأنابيب الشعرية مليئة المشع في تركيز مماثل لحقن للتصوير) يمكن تعلق على السرير الحيوان داخل مجال الرؤية.

العمل 3. ​​التصوير

بعد الانتهاء من جميع الشيكات المعدات اللازمة، انتقل إلى التصوير على النحو التالي:

  1. تخدير الحيوانات مع isoflurane وادخال قسطرة الوريد الذيل (28 G إبرة، PE-10 الأنابيب أقل من 5 سم) مليئة المالحة heparinized (0.5 مل الهيبارين، 1000 USP / مل، 10 مل في المالحة). ارتفاع درجة حرارة الحيوان و / أو الذيل قد تحسين دقة القسطرة الإدراج. وضع اختياريا قطرة اصقة cyanoacrylate على موقع الإدراجلتأمين خط الرابع.
  2. نقل الحيوان إلى السرير الحيوانات المعدة. تأكد من أن رأس الحيوان آمن، مع القواطع العلوية مضمونة السن بار والأذن القضبان في مكان إذا المستخدمة.
  3. تطبيق مرهم للعين للعيون لمنع جفاف. إدراج المستقيم التحقيق الحرارة. تأكد من أن درجة الحرارة والقراءات التنفس وظيفية.
  4. رسم جرعة مشعة (حوالي 600 μCi في 200 ميكرولتر) ليتم حقنه في heparinized PE-10 أنابيب من طول المناسب - حوالي 3 م للPE-10 الأنابيب وبلغ حجم التداول 200 ميكرولتر. قم بتوصيل أحد طرفي هذه الأنابيب إلى حقنة مضخة التسريب، والآخر إلى خط قسطرة الوريد الذيل، مع الحرص على عدم خلق ثقوب في الأنبوب.
  5. حرك السرير الحيوان إلى الأمام داخل تجويف من المغناطيس، والتأكد من عدم تعكير صفو المواقع من لفائف التصوير بالرنين المغناطيسي وأي خطوط أو كابلات، وخاصة أنابيب التخدير. ضمان أن مركز المخ تتماشى مع مراكز MRI لفائف، نظام PET، والتصوير بالرنين المغناطيسي المغناطيس.
  6. أداء ضبط ومطابقة لفائف التصوير بالرنين المغناطيسي من خلال تناوب المقابض تعديل على لفائف، والتقليل من مقاومة (التحقق من مواصفات لفائف) وتردد (300 ميغاهيرتز ل1 H في 7 تسلا) عدم التطابق من خلال مراقبة العرض من المضخم الطاقة العالية.
  7. (MRI) بعد ضبط والمطابقة، والحصول على صورة الكشفية: تحديد تسلسل tripilot نادر وتشغيل سلسلة من نافذة التحكم في المسح. تحقق تحديد المواقع للحيوان، وتكرار الخطوات 3.5 و 3.6 حسب الضرورة. إعادة الحشوات إلى القيمة صفر.
  8. (MRI) الحصول على مترجم،-حل نقطة المسح الطيفي (PRESS) في مجلد داخل الدماغ: تشغيل سلسلة PRESS (انظر الجدول 1) في حجم مستطيل بأبعاد 3.9 مم × 6 مم × 9 مم. تحقق من عرض خط المياه باستخدام الأمر الكلي CalcLineWidth. إذا كان العرض الكامل في نصف كحد أقصى (FWHM) قيمة مقبول (على سبيل المثال، 0.2 جزء في المليون)، انتقل إلى الخطوة 3.10. إذا لم يكن كذلك، انتقل إلى الخطوة 3.9.
  9. (MRI) الحصول على خريطة الملعب: تشغيل تسلسل FieldMap (انظر الجدول 1). استخدام البيانات الناتجة عن زاوية متعددة الإسقاط الرقائق (MAPSHIM) عن طريق تشغيل الأمر الكلي MAPSHIM واختيار الخطية والدرجة الثانية (ض 2) التعديلات المحلية. كرر الخطوة 3.8.
  10. (MRI) ضع خطة شريحة لفحص دوى (انظر الجدول 1): باستخدام محرر الهندسة، وضمان أن الاستيلاء فوف يتم وضع للحصول على حجم المطلوب من الاهتمام داخل الدماغ. إذا يتم محاذاة خطة شريحة الناتج كما هو مطلوب، نسخ هذه الخطة شريحة في نافذة التحكم في المسح الضوئي لجميع بالاشعة دوى اللاحقة. تبدأ الاستحواذ.
  11. (PET) مع اكتساب PET إعداد واستعداد لبدء، بدء تشغيل مضخة التسريب. بعد تأخير محدد مسبقا التي تم حقن المياه المالحة من القسطرة، وتبدأ عملية الاستحواذ PET (انظر الجدول 1) من أجل القبض على دخول المشع. رصد معدل العد والبحث في زيادة تدريجيةفي التهم تدل على نجاح الحقن.
  12. بعد 10-15 دقيقة، والشروع في المتزامنة التحدي ميتة مع خطوة 3.12. لبدء التحدي ميتة، وإيقاف تدفق الهواء الطبي وعلى الفور قوة على O 2 و N 2 مقاييس التدفق مع إعدادات محددة مسبقا لتوفير 8٪ أكسجين و 92٪ نيتروجين، والحد من الأيزوفلورين إلى 0.8٪. لا قوة على مقاييس التدفق دون ضغط الإدخال.
  13. (MRI) في نفس الوقت خطوة 3.12، تبدأ الاستحواذ دوى المعد في الخطوة 3.10 (مسح "H1").
  14. (MRI) تبدأ الاستحواذ دوى (مسح "H2")، الذي أعد في الخطوة 3.10، مباشرة بعد اكتمال المسح H1. ينتهي التحدي ميتة قبل إيقاف تشغيل مقاييس التدفق، واستعادة تدفق الهواء الطبي، وإعادة تركيز الأيزوفلورين إلى قيمة مناسبة تستند إلى رصد الفسيولوجية.
  15. (MRI) الحصول على دوى بعد نقص الأكسجة-SCAN أعدت في الخطوة 3.10. إيقاف مضخة التسريب بعد اكتمال هذا المسح.
  16. (MRI) اكتساب عناتصور omical في محوري والطائرات السهمي. في إطار مراقبة المسح الضوئي - تحديد تسلسل المشاريع الصغيرة والمتوسطة (انظر الجدول 1). باستخدام محرر الهندسة، وضمان أن الاستيلاء فوف تغطي الدماغ.
  17. إزالة الحيوان، والعودة إلى القفص عندما العيادات الخارجية ومراقبة بحثا عن علامات على الإصابة بالأمراض، القتل الرحيم إذا لزم الأمر مع إدارة CO 2 تليها خلع عنق الرحم كوسيلة الثانوي.

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

يوضح الشكل (1) ونتيجة لربط السليم من الشريان السباتي المشترك، وذلك قبل إغلاق الجرح مع 6-0 خياطة الحرير.

في هذه الطريقة، والبيانات التي تم الحصول عليها من التصوير تعتمد بشكل كبير على الترتيب الزمني للتجربة، الذي يملي بدوره وتمليه أيضا القيود التجريبية بما في ذلك خطط الحصول على الصور وإعداد المعدات. يتم استكشاف هذه وغيرها من الاعتبارات كذلك في قسم مناقشة. مع بروتوكول الموصوفة هنا، والإعداد المادي للمعدات (الشكل 2A) يسمح لانقطاع الحصول على الصور متعددة الوسائط قبل وأثناء وبعد (الشكل 2B) مقدمة السريع للتحدي نقص الأوكسجين (الشكل 2C).

في هذا النموذج الحيواني، كما هو الحال مع العديد من النماذج السكتة الدماغية، والتغيرات في نشر قابلة للكشف بسرعة بعد الإهانة (انظر الشكل 3A لrepresentatإيف سبيل المثال). لدينا وسيلة لا يغير جذريا نموذج هاي الدماغي، والتغيرات نشرها يمكن استنساخها بطريقة قوية - الشكل 3B يدل على الخلافات الناشئة في المئة في ADC ض (ADC في ض الاتجاه) بين الجانب المقابل (غير المغطي، يسار) والمماثل (المغطي، يمين) الجانبين من الدماغ، و٪ LR، (ن = 6 لمسح H2، ن = 5 نقاط عن كل مرة أخرى). كما هو متوقع، والقيم ADC على الجانب المغطي للانخفاض في المخ مثل الإصابة تقدم. ويبين الشكل 3C مثال شريحة الاكليلية من تسلسل دوى، فضلا عن شريحة السهمي مما يدل على محدودية مدى المحوري للفوف (8 ملم) ل تسلسل استخدامها. تم وصفها من التفاصيل بشأن القيود المفروضة على التصوير مستو الصدى (EPI) تسلسل تستخدم لدوى في قسم مناقشة. باختصار، جودة الصورة التي تم الحصول عليها مع الإطار التصوير المقترحة تعتمد على خصائص أداء النظام، وتسلسل دوى في particul EPI المستندةع قد يعرض دون المستوى الأمثل الظروف الأجهزة أو المعلمات اقتناء (انظر الشكل 5B). التي لوحظت فروق ذات دلالة إحصائية بين خط الأساس وADC القيم اللاحقة٪ LR (P <0.05، المفردة ر -test) تشير إلى أن هذه المعلمة قوية لاستجواب باستخدام الإعداد التجريبية لدينا.

وبالتزامن مع التغييرات في ADC، لوحظت اختلافات نصف كروية في امتصاص [18 F] FDG بعد بداية التحدي ميتة وخلال H2 المسح (11٪ يعني الفرق LR، ن = 3). في اثنين من ثلاث حالات، انخفض المماثل امتصاص [18 F] FDG بالنسبة لامتصاص المقابل بعد نقص الأكسجة (انظر الشكل 4 لمثالا نموذجيا)، رغم أن هذا لم يكن صحيحا في كل الحالات المحتمل بسبب تقلب الحيوان. ويبين الشكل 5A على سبيل المثال حيث الفرق النسبي في [18 F] FDG امتصاص بين نصفي الكرة الأرضية لم يكن كما هو متوقع في حيوان واحد (الأزرق). الشكليظهر 5A أيضا على سبيل المثال حيث، في حين كان [18 F] FDG امتصاص كما هو متوقع بعد نقص الأكسجين، وقتل الحيوان في نهاية H2 المسح الضوئي.

الشكل 1
الشكل 1. مثال على الحق في الشريان السباتي المشترك مع ligated 6-0 خياطة الحرير. هذا الحيوان هو مستلق مع رئيس وأشار نحو الجزء السفلي من الصورة. تم نزعه المنطقة حول شق، وهو محتجز في شق مفتوح مع ملقط التصور. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 2
الشكل 2. (A) رسم بياني ممثل الترتيب الفعلي لل المعدات. يتم وضع إدراج PET في تجويف من المغناطيس، وفائف التصوير بالرنين المغناطيسي هو بدوره المتمركزة في تجويف من إدراج PET. السرير الحيوان، جنبا إلى جنب مع رصد الفسيولوجية (لوحة التنفس لا يظهر)، خط التخدير، والرابع القسطرة يعمل داخل تجويف كما هو مبين. الحلقة منقط يدل على هامش أمان للحقل المغناطيسي طائشة - قد يكون من الضروري لوضع المعدات مع المكونات المغناطيسية خارج هذه المنطقة ولكن داخل غرفة التصوير بالرنين المغناطيسي (بعد كل احتياطات السلامة) (B) رسم بياني يلخص تطور الزمني للتجربة . (C) ممثل النتائج الأولية للتغيرات في مستوى O 2 تسليمها للحيوان على الفور بعد بدء التحدي نقص الأكسجة. ضمن حوالي 1 دقيقة، ويمكن تحقيق ظروف نقص الأوكسجين، كما تم قياسها من قبل O 2 متر وضعت في صندوق الاستقراء 0.5 L (لا يظهر)، تمشيا مع نظام التخدير. rge.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. (A) مثال حدودي ADC خرائط ض المكتسبة في الأساس وخلال فترة ما بعد نقص الأكسجين. (B) قطعة أرض إظهار٪ الفرق LR في ADC ض من خط الأساس لمرحلة ما بعد نقص الأكسجين. العلامات النجمية تشير إلى وجود فرق معنوي (p <0.05، المفردة ر -test) بالمقارنة مع القيمة الأساسية. أشرطة الخطأ تمثل +/- انحراف معياري واحد. (C) مثال لاكتساب EPI-دوى (محوري، السهمي، وجهات النظر 3D لإظهار مدى فوف). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

/ftp_upload/52728/52728fig4.jpg "/>
الشكل 4. (A) شريحة الاكليلية والعرضي لعرض الحيوانات [18 F] FDG امتصاص. صورة PET هي في المقدمة ومسجلة وتنصهر مع صورة MRI التشريحية في الخلفية عن التصور. ولخص البيانات PET في جميع الإطارات. (B) في نفس الحيوان، [18 F] FDG منحنى النشاط الوقت لنصف الكرة الأرضية المقابل (الأزرق) والنصف المماثل (الحمراء). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم .

الرقم 5
منحنيات الشكل 5. (A) النشاط زمن المقابل (الصلبة) والمماثل (المنقطة) نصف الكرة [18 F] FDG امتصاص - تظهر على نفس محور أمثلة غير متوقعة الوقت [18 F] FDGمنحنى النشاط (الأزرق) ونفوق الحيوانات في نهاية H2 (في 45 دقيقة، والأخضر). التحف (B) الظلال بسبب أخطاء RF الأجهزة القائمة المحتملة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

اكتساب الوقت
التصوير اكساب معلمات واقتناء الأجهزة
نشر MRI (EPI-دوى)
الوقت Acqusition 15 دقيقة
حجم المصفوفة 256 × 64
شرائح 10
فوف 30 × 14 × 8 مم
حجم فوكسل 0.117 X 0.219 X 0.8 مم
عرض النطاق الترددي الطيفي فعال 150 كيلو هرتز
TE 41 ميللي ثانية
TR 3000 ميللي ثانية
المتوسطات 6
شرائح ك الفضاء 16
ب-القيم 0، 400، 800 ثانية / مم 2
تشريحي التصوير بالرنين المغناطيسي (المشاريع الصغيرة والمتوسطة)
اكتساب الوقت 5 دقيقة
حجم المصفوفة 256 × 256
شرائح 16
فوف 30 × 22 × 12.8 ملم
حجم فوكسل 0.117 X 0.086 X 0.8 مم
TE 14 ميللي ثانية
TR 1000 ميللي ثانية
المتوسطات 1
التكرار 1
طيفية-حل نقطة
المسح الضوئي (PRESS)
15 ثانية
حجم فوكسل 3.9 × 6 × 9 مم
TE 20 ميللي ثانية
TR 2500 ميللي ثانية
المتوسطات 6
FieldMap
اكتساب الوقت 1 دقيقة 21 ثانية
1 TE 1.49 ميللي ثانية
2 TE 5.49 ميللي ثانية
TR 20 ميللي ثانية
المتوسطات 1
PET الاستحواذ، الرسم البياني،
ومعلمات إعادة الإعمار
مرسمة [18 F] FDG
معدل ضخ 4.44 ميكرولتر / دقيقة
اكتساب الوقت 60 دقيقة
حجم الصورة لكل شريحة 128 × 128
شرائح 99
حجم فوكسل 0.4 X 0.4 X 0.6 مم
تأطير الديناميكي 12 × 300 ثانية
نوع إعادة الإعمار OS-MLEM (6 مجموعات فرعية، 6 تكرارات)

الجدول 1. MRI المعلمات تسلسل النبض لاجراء الفحوصات وصفها في البروتوكول، واكتساب PET، الرسم البياني، والمعلمات إعادة الإعمار.

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

تم الحصول عليها MRI تشريحي في وقت واحد، ودينامية دوى-MRI و [18 F] البيانات FDG PET بنجاح من حيوانات التجارب خلال التحدي ميتة التالية السباتي المشترك الشرايين ربط. ويمثل هذا النموذج التجريبي قوية للتصوير المتعدد الوسائط من الفيزيولوجيا المرضية التي تتطور بسرعة المرتبطة الشتائم الدماغية في المخ، ويمكن بسهولة أن تمتد إلى دراسة الدلائل المشعة الأخرى PET (للعلامات مثال neuroinflammation) وتسلسل MRI، فضلا عن تأثير الاستراتيجيات التدخلية أثناء أو بعد فترة وجيزة من التحدي الدماغية.

للتنفيذ الناجح لفي وقت واحد PET / MRI التصوير خلال التحدي ميتة في نموذج مرحبا الدماغي، يجب النظر في الخدمات اللوجستية والأساليب تبعا لذلك. عوامل يمكن أن تؤثر على الترتيب الزمني للتجربة تشمل، ولكنها لا تقتصر على: 1) مصدر النشاط الإشعاعي - اعتمادا على راdiotracer المستخدمة، ونصف العمر للالنويدات المشعة، ومتطلبات النشاط محددة، وهذا قد يؤثر على عدد ممكن من الحيوانات تصوير؛ 2) تخطيط الغرفة - وهذا قد يؤثر على أطوال الأنابيب المستخدمة وبالتالي جرعة حقن، أو قد يتطلب خطوات إضافية للحفاظ على جرعة حقن. قد يكون هذا أيضا تأثير صغير على الوقت للوصول إلى التوازن لمخاليط الغاز في أنابيب التخدير. 3) وزن الحيوان - بعض المؤسسات قد فرض حد على إجمالي حجم حقن لإجراءات البقاء على قيد الحياة (على سبيل المثال، أقل من 1٪ من وزن الجسم)، وهذا بدوره يمكن أن يؤثر إعدادات طول الأنبوب وضخ معدل ضخ. 4) تسليم التتبع - بلعة، التسريب، أو بلعة بالإضافة إلى تسليم التسريب يمكن أن تستخدم، على النحو الذي يحدده الدوائية المشع ويتوقع التغيرات الملحوظة - والأخيران هما مفيدا بشكل خاص لمتابعة التغيرات الدينامية 24.


تصميم بروتوكولات الحصول على الصور PET والتصوير بالرنين المغناطيسي، على وجه الخصوصنظرا لاي الوقت المحدود التي تعمل معها، هو عامل حاسم آخر في هذه التجربة. إذا باستخدام التصوير بالصدى مستو (EPI) المستندة تسلسل دوى (EPI-دوى) كما وردت هنا، وتشمل الاعتبارات الهامة مسح المدة، ومجال الرؤية، ونشر التدرج الترجيح والاتجاهات. في حين ضبط هذه المعايير، والقضايا المتأصلة مع EPI-دوى كما يجب التصدي لها، بما في ذلك الظلال، إشارة التسرب، والقيود واجب دورة الانحدار. استخدام النابضة الجهاز التنفسي يمكن أن تستخدم لمعالجة القضايا بسبب الحركة. ويصف الجدول 1 المعلمات اقتناء MRI استخدامها جنبا إلى جنب مع المعلومات على الأجهزة PET، المعلمات الاستحواذ، والمعلمات تسليم التتبع. لتقدير حجم البيانات PET، يجب تطبيق كاشف التطبيع. وإن لم يكن ذلك في حالتنا، المزيد من الخطوات التي يمكن اتخاذها لتحقيق تقدير أكثر دقة، بما في ذلك تصحيح توهين باستخدام بيانات مجزأة MRI وتصحيح التشرذم. الأول قد لا يكون من الضروري في الحيوانات الصغيرة كما رانه درجة توهين صغيرة ويمكن محاسبتها باستخدام الأجسام المعايرة مماثلة الحجم. تبعا لتسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي المستخدمة، قد يكون من الضروري أيضا أن تنظر في أي آثار BOLD كبيرة على T2 * 25. بالإضافة إلى ذلك، قد تحتاج تأثير غاز مخدر والناقل على مستوى السكر في الدم لأخذها في الاعتبار عند استخدام [18 F] FDG 26.

وينبغي أن يتم الشيكات إلى ضمان عدم التداخل المتبادل كبير بين أنظمة PET والتصوير بالرنين المغناطيسي، أو بين أنظمة التصوير والأجهزة الأخرى المستخدمة في التجربة. في تجربتنا، لم يكن هناك اختلاف كبير في جودة الصورة PET أو التصوير بالرنين المغناطيسي عندما حصل بشكل فردي أو في وقت واحد، على الرغم من أننا لاحظنا فقدان لحظة في التهم في نظام PET بسبب إشارات زائفة في كشف القائم على PSAPD الناجمة عن التحول الانحدار السريع، وهو التأثير الذي لوحظ من قبل الآخرين 12. وثمة مسألة أخرى لوحظ RF لاايسي من مضخة التسريب امدادات الطاقة إزعاج PET اكتساب كاشف مما يؤدي إلى فقدان البيانات. تم حل هذا عن طريق استبدال محول AC الأصلي مع إمدادات الطاقة عالية الجودة في المختبرات. موصوفة عن تكوينات الأجهزة PET / MRI في الأدب، وربما تكون هناك حاجة تعديلات على هذا البروتوكول لاستيعاب الاجهزة فريدة 12،27.

يجوز تعديل سير العمل التصوير من أجل تحسين شروط مختلفة تسلسل MRI النبض أو استشفاف PET وخطط الاستحواذ. على سبيل المثال، فقد تبين شدة الإصابة في نموذج مرحبا الدماغي أن يكون عن طريق التضمين، من بين شروط أخرى، ومدة نقص الأكسجة 11. زيادة طول التحدي ميتة قد تسمح الحصول على البيانات دوى في القرار الزماني أدق، أو السماح لأكثر قوة مقارنات امتصاص نصف كروية لاستشفاف PET. ويمكن تعديل جوانب أخرى من البروتوكول على أساس الموارد والموظفين المتاحة. ل سبيل المثال، قد يكون على مراحل العمليات الجراحية وبالتوازي مع جلسات التصوير من أجل الحد من التباين في الوقت بين CCA ربط ونقص الأكسجة.

في هذا البروتوكول، PET في وقت واحد واكتساب MRI، بالإضافة إلى التحدي الفسيولوجية، يفرض قيودا المتبادلة على بعضها البعض من حيث التوقيت. في تحقيق الاستفادة المثلى من تسلسل EPI-دوى، تبين أن وجود اتجاهات انتشار إضافية مع الحفاظ على جودة الصورة من شأنه أن يزيد اكتساب الوقت إلى ما بعد الحدود المقبولة لأداء عمليات الاستحواذ متعددة خلال التحدي ميتة. وهكذا، تم تطبيق التدرجات نشرها فقط على طول محور ض. وبالإضافة إلى ذلك، وتكييف نماذج حيوانية لبروتوكول التصوير قد تتطلب بعض التعديل - في حالتنا تم تغيير معيار الدماغي نموذج نقص الأكسجة نقص التروية قبل حقن السائل الإضافي (0.2 مل من المشع) خلال التحدي ميتة.

"jove_content"> ونظرا لتعقد توقيت في هذه التجربة، وهناك العديد من وسائط فشل في الخطوات المختلفة على طول الطريق التي قد تؤخر التجربة في أحسن الأحوال، أو إنهاء التجربة بدون بيانات انقاذها في أسوأ الحالات. الاتساق في كل خطوة، من جيل نموذج حيواني التصوير، أمر بالغ الأهمية، ويمكن أن يتحقق إلا من خلال إعداد والممارسة. والتمكن من التقنيات المعروضة في هذه الورقة يسمح لتطبيق قوي لفي وقت واحد التصوير PET / MRI لمجموعة متنوعة من النماذج الحيوانية وPET والتصوير بالرنين المغناطيسي وسائل التباين.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

JM وSW هم موظفون من جينينتيك.

Acknowledgments

فإن الكتاب أن نعترف مركز الجزيئية والجينية التصوير في جامعة كاليفورنيا في ديفيز وقسم الأشعة الطبية الحيوية في جينينتيك. وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للرقم منحة الشراكة بحوث الهندسة الحيوية الصحة 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).
في وقت واحد التصوير PET / MRI خلال الماوس الدماغي نقص الأكسجة-نقص التروية
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