Waiting
Login processing...

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

Medicine

ההדמיה PET / MRI בו זמנית בעכבר מוחין היפוקסיה-איסכמיה

Published: September 20, 2015 doi: 10.3791/52728

Summary

השיטה המוצגת כאן משתמשת בטומוגרפיה פליטת פוזיטרונים בו זמנית והדמיה בתהודה מגנטית. במודל היפוקסיה-איסכמיה מוחית, שינויים דינמיים בחילוף חומרי דיפוזיה וגלוקוז להתרחש במהלך ולאחר פציעה. הנזק מתפתח וirreproducible במודל זה מחייב רכישה בו זמנית אם נתוני הדמיה רבי מודלי משמעותיים הם שיירכשו.

Abstract

שינויים דינמיים בדיפוזיה מים רקמות וחילוף חומרים של הגלוקוז להתרחש במהלך ולאחר היפוקסיה בהיפוקסיה-איסכמיה מוחית המשקפת הפרעת bioenergetics בתאים חולים. ההדמיה דיפוזיה משוקללת תהודה מגנטית (MRI) מזהה אזורים שניזוקו, שעלול להיות בלתי הפיך, על ידי היפוקסיה-איסכמיה. שינויים בניצול סוכר ברקמה הפגועה עשויים להיות לזיהוי על ידי פליטת פוזיטרונים טומוגרפיה הדמיה (PET) של 2-deoxy-2- ספיגה (18 F) fluoro-ᴅ-גלוקוז ([18 F] FDG). בשל האופי המהיר ומשתנה של פגיעה במודל חיה זו, רכישה של שני המצבים של נתונים חייבת להתבצע בו זמנית על מנת לתאם משמעותי נתונים PET ו- MRI. בנוסף, שונות הבין-חיה בפציעת חוסר חמצן-איסכמי בשל הבדלי כלי דם מגבילה את היכולת לנתח נתונים רבי מודלי ולבחון שינויים בגישת קבוצה-חכמה אם הנתונים לא רכשו בו זמנית בנושאים אישיים. עמ 'השיטההתרעם כאן מאפשר לרכוש שני MRI משוקלל דיפוזיה ו[ 18 F] נתוני ספיגת FDG באותו בעלי החיים לפני, במהלך, ואחרי אתגר חוסר חמצן כדי לחקור את השינויים פיסיולוגיים מיידיים.

Introduction

ברחבי העולם, שבץ הוא הגורם השני המוביל למוות ואחד גורמים עיקריים לנכות 1. המפל של אירועים ביוכימיים ופיסיולוגיים המתרחשים בזמן וחריפות בעקבות אירוע שבץ מתרחש במהירות ועם השלכות על כדאיות רקמות וסופו של דבר תוצאה 2. היפוקסיה-איסכמיה מוחית (HI), מה שמוביל לחוסר החמצן אנצפלופתיה-איסכמי (hie), הערכה היא להשפיע על עד 0.3% ו -4% מלידות בטווח מלא ופגים, בהתאמה 3,4. שיעור התמותה בתינוקות עם hie הוא כ 15% עד 20%. ב -25% מניצולי hie, סיבוכים קבועים להיווצר כתוצאה מהפגיעה, כולל פיגור שכלי, ליקויים מוטוריים, שיתוק מוחין, אפילפסיה ו3,4. התערבויות טיפוליות בעבר לא הוכיחו ראויות לאימוץ כטיפול סטנדרטי, וטרם הגיעה להסכמה כי השיטות המתקדמות ביותר, המבוססות על היפותרמיה, הם מפחיתות ביעילות תחלואה 3.5. נושאים אחרים oטענה ו כוללת שיטת הממשל של היפותרמיה ומטופל בחירת 6. לפיכך, אסטרטגיות לneuroprotection וneurorestoration עדיין אזור פורה למחקר 7.

מודלים של עכברים של HI המוחי היו זמינים מאז 1960, ולאחר מכן הותאמו לעכברי 8,9. בשל האופי של המודל והמיקום של קשירה, יש שונות הגלומות בתוצאה בשל הבדל בזרימה בטחונות בין בעלי החיים 10. כתוצאה מכך, מודלים אלה נוטים להיות משתנים יותר בהשוואה לדגמים דומים כגון עורקים התיכון ספיגה המוחין (MCAo). מדידה של שינויים פיסיולוגיים בזמן אמת הודגמה עם Flowmetry דופלר הלייזר, כמו גם 11 MRI המשוקלל דיפוזיה. שונות התוך-החיה נצפו בזרימת דם במוח במהלך ומייד לאחר היפוקסיה, כמו גם בתוצאות אקוטיות כגון אוטם נפח ונוירולוגיותגירעון, מצביע על כך שרכישה ומתאם בו זמנית של נתונים multimodal תהיה מועילות.

התקדמות שחלה באחרונה בטומוגרפיה בו זמנית פליטת פוזיטרונים (PET) והדמיה בתהודה מגנטית (MRI) אפשרה לאפשרויות חדשות בתחום ההדמיה פרה-קלינית 12-14. היתרונות הפוטנציאליים של מערכות אלה היברידיים, בשילוב יישומים פרה-קליניים שתוארו בספרות 15,16. בעוד שניתן התייחסו שאלות רבות פרה-קלינית על ידי הדמיה ברצף חיה בודדת או על ידי הדמיה קבוצות בעלי חיים נפרדות, מצבים מסוימים - למשל, כאשר כל מופע של אירוע כגון שבץ בא לידי ביטוי באופן ייחודי, המתפתח במהירות עם הפתופיזיולוגיה - לעשות את זה רצוי ואף הכרחי להשתמש מדידה בו זמנית. הדמיה תפקודית מספקת דוגמא אחת כזו, שבו 2-deoxy-2- (18 F) fluoro-ᴅ-גלוקוז ([18 F] FDG) PET בו זמנית וblooחמצן ברמה ד לאחרונה תלוי MRI (BOLD) הודגם בגירוי זיף חולדה לומדת 14.

הנה, אנחנו מדגימים הדמיה PET / MRI בו זמנית בתחילת שבץ איסכמי חוסר חמצן שבפיזיולוגיה של המוח היא לא במצב יציב, אך במקום זאת היא במהירות ובלתי הפיך שינוי במהלך אתגר חוסר חמצן. שינויים בדיפוזיה מים, כפי שנמדד על ידי בדיקת MRI ולכמת במקדם לכאורה דיפוזיה (ADC) נגזר מההדמיה משוקללת דיפוזיה (DWI), התאפיינו גם לשבץ בנתונים קליניים ופרה-קליניים 17,18. במודלים של בעלי חיים כגון MCAo, דיפוזיה של מים ברקמת המוח הפגוע טיפות במהירות בשל מפל bioenergetic המוביל לבצקת ציטוטוקסיות 18. שינויים חריפים אלה בADC גם הם נצפו במודלים של מכרסמים של היפוקסיה-איסכמיה מוחית 11,19. [18 F] הדמיה FDG PET נעשתה שימוש בחולי שבץ מוחי להעריך שינויים בGL המקומיגם חילוף חומרים ucose 20, ומספר קטן של מחקרים בבעלי החיים in vivo השתמשו [18 F] FDG 21, כוללים במודל היפוקסיה-איסכמיה המוחי 22. באופן כללי, מחקרים אלה מראים ירידת ניצול הגלוקוז באזורי איסכמי, למרות שמחקר תוך שימוש במודל עם reperfusion לא נמצא קשר של שינויים מטבוליים אלה עם התפתחות אוטם מאוחר יותר 23. זאת בניגוד לשינויי דיפוזיה שנקשרו עם הליבה הפגומה באופן בלתי הפיך 21. לכן, חשוב להיות מסוגל להשיג את המידע המשלים נובע מ[ 18 F] FDG PET וDWI באופן סימולטני במהלך האבולוציה של שבץ, כמו זה עשוי להניב מידע משמעותי על ההתקדמות של פגיעה ואת ההשפעה של התערבויות טיפוליות. השיטה שאנו מתארים כאן היא נוחה בקלות להשתמש במגוון של קליעים נותבים PET ורצפי ה- MRI. לדוגמא, PET 2 O H [15 O]הדמיה יחד עם DWI ותמונות משוקללים זלוף (PWI) מMRI יכול לשמש כדי לחקור את ההתפתחות של הצללים איסכמי ולאמת טכניקות הנוכחיות בתחום ההדמיה שבץ.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל הטיפול בבעלי החיים וההליכים המתוארים במסמך זה, ובהתאם למחקר בבעלי חיים: דיווח בניסויי הנחיות Vivo (להגיע), בוצעו בהתאם לפרוטוקולים שאושרו על ידי האגודה להערכת ההסמכה של מעבדה טיפול בבעלי חיים (AAALAC) בינלאומי מוכר מוסדי טיפול בבעלי חיים הוועדה השתמש באוניברסיטת קליפורניה, דיוויס. ניתוח נכון לא צריך לגרום לסימנים של כאב או אי נוחות בבעלי החיים, אך יש לנקוט צעדים נכונים אם סימנים אלה הם נצפו, כוללים ניהול של משככי כאבים או במקרים מסוימים, המתת חסד. בצד הימין של בעלי החיים היה נבחר באופן שרירותי להליך חד צדדי שתואר.

1. עורק התרדמה המשותפת חד צדדית קשירת (CCA)

  1. הכן שדה סטרילי עם כלים מעוקרים כירורגית וחומרים ממוקמים בנוחות. כרית חימום להבטיח מחומם ל -37 מעלות צלזיוס עם בדיקה טמפרטורה ממוקמת באופן מאובטח על משטח. & #160; הקפד להשתמש וילון סטרילי כדי לכסות את האתר כירורגית.
  2. להרדים בעלי חיים (isoflurane, 1-3% באוויר ב0.5-1 ליטר / דקה), ומניח את החיה במצב שכיבה עם הזנב מול משם. בדקו הרדמה על ידי צובט את הבוהן - זה צריך לעורר שום תגובה אם בעל החיים הוא בהרדמה כראוי. החל משחה העיניים לעיניים.
  3. החל הסרת שיער קרם לצוואר נמוך לאזור חזה העליון באמצעות 1-2 צמר גפן. חכה 1-3 דקות, ולאחר מכן להסיר את השיער וקרם באמצעות מטליות גזה או אלכוהול רטובות. אזור ספוגית חתך עם פולידין באופן מעגלי מבפנים החוצה, ואז לשנות לכפפות מנתחים סטרילית.
  4. בעזרת מספריים כירורגיות, עושה חתך של כ 1 סנטימטר לאורך קו האמצע של הצוואר התחתון. זהירות להפריד עור חיצוני מסביב fascia באמצעות מספריים כירורגיות.
  5. שימוש בשני מלקחיים תפירת איריס מיקרו מקפרסון, להפריד את עורק תרדמה המשותף תקין מfascia, לטפל כדי למנוע ורידים או distur מזיקיםבינג העצב התועה.
  6. שימוש במלקחיים בצד הימין, exteriorize המרכז לאמנות העכשווית הנכונה במצב יציב. יישומם של מספר טיפות של תמיסת מלח כדי למנוע התייבשות. עובר אורך מתאים (2-3 סנטימטר) של 6-0 תפר משי מתחת למרכז לאמנות העכשווי הנכון, ולקשור באמצעות קשר זוגי מרובע. לחלופין, לקשור שוב באמצעות אורך שני של 6-0 תפר משי.
  7. למקם תקין המרכז לאמנות עכשווית ולנקות נוזלים עודפים מהפתיחה באמצעות ספוג סטרילי הטה ספוגית. סגירת החתך עם תפר 6-0 משי. החל ידוקאין מריחה עד 7 מ"ג / קילוגרם.
  8. לאפשר לבעלי החיים להתאושש מהרדמה עד (כ -30 דקות) אמבולטורי ולבצע ניטור לאחר ניתוח עד בעלי החיים מוכנים להדמיה.

2. הכנה להדמיה: בדיקות מערכת וחומרה

  1. הגדר את החומרה ותוכנה למערכות MRI וPET ולבדוק את הפונקציונליות שלהם כדלקמן. ודא כי כל החיבורים הפיזיים הם מאובטחים והגדרות תוכנה כראוי נבחרות.
    1. מערכת ההר PET בתוך נשא MRI, יישור שדה PET ו- MRI של מרכזי תצוגה (FOV) באמצעות קיזוז צירי ידוע. הר סליל MRI בתוך נשא של מערכת PET ולמרכז את הסליל עם מערכת PET ומרכזי מגנט MRI.
    2. הפעל אלקטרוניקה PET לכוח ומתח הטיה (הערה: צעדים ישתנו על ידי מכשיר). בצע סריקה מהירה (5 דקות) באמצעות גליל גה 68 ולבדוק sinogram וכתוצאה מכך על מנת להבטיח את כל הגלאים הם מבצעיים.
    3. לחלופין לרכוש נתונים שישמשו למטריצת שינוי PET / MRI למטרות שיתוף רישום: מלא פנטום תלת ממדים (למשל, שלושה התחומים מלאים) עם 200 μCi של תמיסה מימית F 18 ולרכוש עבור 15 דקות עם PET. רוכשים את נתוני MRI אנטומיים: בסריקת השליטה החלון, בחר רב-פרוסה רצף רב-הד (MSME) (ראה לוח 1
  2. בדוק את הגדרות משאבת עירוי ותפעול. הגדר את המשאבה ל4.44 μl לדקה, אשר ב -45 דקות של עירוי קבוע מספק בהיקף כולל של 200 μl, המגבלה המומלצת האופיינית להזרקת IV בבעלי חי 20 גרם.
  3. בדוק את פעולת התנור ולאשר כי פלט הטמפרטורה מספיק כדי לשמור על בעלי החיים החמים (37 מעלות צלזיוס). בדוק שהטמפרטורה וניטור נשימה היא מבצעית בהכנה למיקום בעלי חיים על המיטה בבעלי החיים.
  4. בדוק את הפעולה של מדידת תצרוכת O 2 ו- N 2 (0.5 ליטר / דקה: O 2 ב57.2 מ"ג / דקה ו- N 2 ב.575 גר '/ דק') על ידי הפעלת שני עם מקור האוויר הדחוס ומO 2 ו- N 2 מקורות ב. כדי למנוע את הסיכון של הפגיעה מדידת הזרימה, לא הופך אותם ללא לחץ על קלט מספיק.
  5. ודא שנ isofluraneaporizer מלא מספיק. לפני ההדמיה, להתחיל זרימת ההרדמה isoflurane ב1-2% ו0.5-1 ליטר / דקה.
  6. הכן מיטת בעלי חיים על ידי הבטחה כי ההרדמה, כרית נשימה, ומערכות החימום ממוקמות באופן מאובטח ופונקציונלי. לדיוק שיתוף רישום נוסף PET / MRI, סמני fiducial (למשל, צינורות נימים מלאים radiotracer בריכוז דומה למוזרק להדמיה) יכולים להיות מחוברים למיטה בבעלי החיים בשדה הראייה.

עבודה 3. הדמיה

לאחר כל בדיקות הציוד הדרושות הושלמו, להמשיך להדמיה כדלקמן:

  1. להרדים את החיה עם isoflurane ולהכניס קטטר וריד זנב (28 מחט G, PE-10 צינורות פחות מ -5 סנטימטרים) מלא מלוח heparinized (0.5 מיליליטר הפרין, 1,000 USP / מיליליטר, 10 מיליליטר מי מלח). מחמם את בעלי החיים ו / או זנב עשוי לשפר את דיוק החדרת קטטר. לחלופין מקום טיפה של דבק cyanoacrylate באתר של הכנסהכדי לאבטח את הקו הרביעי.
  2. מעבירים את החיה למיטת החיה מוכנה. ודא שהראש של החיה הוא מאובטח, עם שיניים חותכות העליונות מובטחות בברים בר ואוזן השן במקום אם בשימוש.
  3. החל משחת עיניים לעיניים כדי למנוע התייבשות. הכנס מדחום בדיקה רקטלית. ודא שטמפרטורה וקריאות נשימה הן פונקציונליות.
  4. צייר את מינון radiotracer (כ -600 μCi ב200 μl) להיות מוזרק לתוך heparinized PE-10 צינורות באורך מתאים - 3 מ 'כ לPE-10 צינורות ונפח של 200 μl. חבר קצה אחד של צינור זה למזרק משאבת עירוי, והשני לקו קטטר וריד זנב, נזהר שלא ליצור חורים בצינור.
  5. חלק את מיטת החיה קדימה לשעמם של המגנט, כדי לוודא שלא להפריע את המיקום של סליל MRI וכל קווים או כבלים, במיוחד צינורות ההרדמה. ודא שמרכז המוח מיושר עם המרכזים של Mסליל RI, מערכת PET, ומגנט MRI.
  6. לבצע כוונון והתאמה של סליל MRI על ידי סיבוב כפתורי התאמה על הסליל, מזעור עכבה (לבדוק מפרטי סליל) ותדירות (300 MHz לH 1 ב -7 טסלה) חוסר התאמה על ידי התבוננות בתצוגה של מגבר קדם מתח הגבוה.
  7. (MRI) לאחר כוונון והתאמה, לרכוש תמונת הסקאוט: בחר רצף tripilot נדיר ולהפעיל את הרצף מסריקת השליטה החלון. בדוק מיצוב של בעלי החיים, חזרה על שלבים 3.5 ו -3.6 במידת צורך. איפוס shims לאפס ערך.
  8. (MRI) לרכוש, סריקה מקומית נפתרה נקודה ספקטרוסקופיות (PRESS) בנפח בתוך המוח: הפעל רצף עיתונות (ראה טבלה 1) בנפח מלבני עם ממדים 3.9 מ"מ × 6 מ"מ × 9 מ"מ. בדוק רוחב קו מים באמצעות פקודת מאקרו CalcLineWidth. אם הרוחב המלא בחץ מקסימום הערך (FWHM) הוא מקובל (למשל, 0.2 עמודים לדקה), המשך לשלב 3.10. אם לא, המשיכו לשלב 3.9.
  9. (MRI) מפת שדה לרכוש: הפעל רצף FieldMap (ראה טבלה 1). השתמש בנתונים לפחית הקרנה רבת זווית (MAPSHIM) וכתוצאה מכך על ידי הפעלת פקודת מאקרו MAPSHIM ובחירה ליניארי וסדר שני (z 2) התאמות מקומיות. חזור על שלב 3.8.
  10. (MRI) מקם את התכנית הפרוסה לסריקת DWI (ראה טבלה 1): באמצעות עורך הגיאומטריה, להבטיח כי הרכישה FOV ממוקמת לרכוש הנפח הרצוי של ריבית במוח. אם התכנית הפרוסה וכתוצאה מכך מיושרת כרצוי, להעתיק תכנית פרוסה זה בסריקת השליטה החלון לכל סריקות DWI שלאחר מכן. בגין רכישה.
  11. (PET) עם רכישת PET ערוך ומוכן להתחיל, להתחיל את משאבת העירוי. לאחר העיכוב שנקבע מראש שבמלח מקטטר כבר הזריק, להתחיל רכישת PET (ראה טבלה 1) כדי ללכוד את הכניסה של radiotracer. צג שיעור הספירה ולחפש עלייה הדרגתיתבספירת מעידה על זריקה מוצלחת.
  12. לאחר 10-15 דקות, ליזום במקביל אתגר חוסר חמצן בשלב 3.12. ליזום אתגר חוסר חמצן, לכבות את זרימת אוויר רפואית ומייד כוח על O 2 ו- N 2 תזרים מטרים עם ההגדרות שנקבעו מראש כדי לספק חמצן 8% ו -92% חנקן, ולהפחית isoflurane ל -0.8%. האם לא כוח על תזרים מטרים בלי לחץ קלט.
  13. (MRI) באותו הזמן כצעד 3.12, להתחיל רכישת DWI מוכנה בשלב 3.10 (סריקה "H1").
  14. (MRI) בגין רכישת DWI (סריקה "H2"), מוכן בשלב 3.10, מייד לאחר H1 הסריקה הושלם. בסופו של אתגר חוסר חמצן על ידי כיבוי מדידת זרימה, שחזור זרימת אוויר רפואי, וחוזר ריכוז isoflurane לערך מתאים המבוסס על ניטור פיסיולוגי.
  15. (MRI) רוכשים DWI הודעה היפוקסיה הסריקה מוכן בשלב 3.10. כבה את משאבת העירוי לאחר סריקה זה השלימה.
  16. ענת (MRI) לרכושתמונות omical בצירית ומטוסי sagittal. בסריקת השליטה החלון - בחר את רצף MSME (ראה טבלה 1). באמצעות עורך הגיאומטריה, להבטיח כי רכישת FOV מכסה את המוח.
  17. הסר בעלי חיים, לחזור לכלוב כאשר אמבולטורי ולעקוב אחר סימנים לתחלואה, אם יש צורך בהרדמת החסד עם ממשל של CO 2 ואחריו נקע בצוואר הרחם כשיטת משנית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 1 מדגים את התוצאה של קשירה נכונה של עורק התרדמה המשותף, לפני סגירת הפצע עם תפר 6-0 משי.

בשיטה זו, הנתונים המתקבלים מהדמיה תלוי מאוד על ההסדר הזמני של הניסוי, אשר בתורו מכתיב וגם מוכתב על ידי מגבלות ניסוי כוללים תוכניות רכישת תמונה והתקנת ציוד. אלה ושיקולים אחרים יטופלו בהרחבה בסעיף הדיון. עם הפרוטוקול המתואר במסמך זה, ההתקנה הפיסית של הציוד (איור 2 א) מאפשרת לרכישת תמונה רבת מודלי רצופות לפני, במהלך, ואחרי (איור 2) מבוא מהיר של אתגר חוסר חמצן (איור 2 ג).

במודל חיה זו, כמו עם הרבה דגמי שבץ איסכמי, שינויים בדיפוזיה הם לגילוי במהירות לאחר עלבון (ראה איור 3 א לrepresentative דוגמא). כשיטת שלנו אינו ביסודו לשנות את מודל HI המוחי, ניתן לשחזר שינויי דיפוזיה באופן חזק - איור 3 ממחיש את ההבדלים מתפתחים אחוזים בz ADC (ADC בZ-הכיוון) בין נגדי (-occluded עישון, משמאל) וipsilateral (occluded, מימין) צידי המוח, LR%, (n = 6 לH2 סריקה, n = 5 לכל נקודות הזמן האחרות). כצפוי, ערכי ADC בצד החסום של ירידת המוח כפגיעה מתקדמת. איור 3 ג תערוכות פרוסת דוגמא העטרה מרצף DWI, כמו גם פרוסת sagittal מפגינה מידה הצירית מוגבלת של FOV (8 מ"מ) ל רצף בשימוש. פרטים בדבר מגבלות שהוטלו על רצף הדמיה מישוריים הד (EPI) המשמש לDWI מתוארים בסעיף הדיון. בקיצור, איכות תמונה המתקבלת במסגרת ההדמיה המוצעת תלויה במאפייני ביצועי מערכת, וEPI-מבוסס רצפי DWI בparticular עלול לחשוף את תת אופטימלי תנאי חומרה או פרמטרים רכישה (ראה איור 5). כי הבדלים משמעותיים נצפו בין תחילת המחקר ולאחר מכן ערכי ADC LR% (p <0.05, -test t מזווג) מצביע על כך שזו היא פרמטר חזק כדי לחקור את השימוש בהגדרת הניסוי שלנו.

במקביל לשינויים בADC, הבדלים חצי כדור נצפו בספיגה של [18 F] FDG לאחר תחילת אתגר חוסר חמצן ובמהלך סריקת H2 (% 11 הבדל LR ממוצע, n = 3). בשתיים משלושה מקרים, ספיגה [18 F] FDG ipsilateral ירד ביחס לספיגה הנגדית לאחר היפוקסיה (ראה איור 4 לדוגמה מייצגת), אם כי זה לא היה נכון בכל המקרים סביר בשל השתנות בעלי חיים. איור 5 א 'מציג דוגמא בי ההבדל היחסי ב[ 18 F] ספיגת FDG בין שתי ההמיספרות לא כצפוי בבעלי חיים אחד (כחול). איור5A גם מראה דוגמא שבה, ואילו [18 F] ספיגת FDG הייתה כצפוי הבאים היפוקסיה, בעלי החיים מתו בסוף H2 סריקה.

איור 1
איור 1. דוגמא של עורק התרדמה המשותף תקין ligated עם תפר 6-0 משי. בעלי החיים הוא שכיבה עם הראש שלה הצביע לעבר החלק התחתון של התמונה. סביב חתך האזור כבר מקולף, והחתך מוחזק פתוח עם מלקחיים להדמיה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2. תרשים נציג של הסדר הפיזי של () ציוד. הכנס PET ממוקם בנישא של המגנט, וסליל ה- MRI הוא בתורו ממוקם בנשא של להכניס את PET. מיטת בעלי החיים, יחד עם ניטור פיסיולוגי (כרית נשימה לא מוצגת), קו הרדמה, וקטטר IV רצה לתוך שעמם כפי שמוצגת. הטבעת המנוקדת מציינת מרווח ביטחון לשדה המגנטי התועה -. ייתכן שיהיה צורך להציב ציוד עם רכיבים מגנטיים מחוץ לאזור זה, אבל בתוך חדר MRI (הבא בכל אמצעי זהירות הבטיחות) (ב) תרשים מסכם את ההתקדמות הזמנית של הניסוי . (ג) נציג תוצאות של שינויים ראשוניים בO 2 רמה יימסרו לבעלי החיים באופן מיידי לאחר תחילת אתגר היפוקסיה. בתוך כ 1 דק ', יכולים להיות מושגת על תנאי חוסר חמצן, כפי שנמדדו על ידי מד O 2 הממוקמים בתיבת אינדוקציה 0.5 L (לא מוצגת), ב- קו עם מערכת ההרדמה. "Target =" _ rge.jpg blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. (א) דוגמא של מפות z פרמטרית ADC רכשו בתחילת המחקר ולאחר היפוקסיה-דרך. (ב) עלילה מראה% הבדל LR בz ADC מנקודת ההתחלה כדי שלאחר היפוקסיה. כוכביות מצביעות הבדל משמעותי (p <0.05, -test t מזווג) בהשוואה לערך בסיסי. ברים שגיאה מייצגים +/- דוגמא סטיית תקן אחת. (ג) לרכישת EPI-DWI (צירי, ונוף sagittal, 3D להראות של FOV מידה). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

/ftp_upload/52728/52728fig4.jpg "/>
איור 4. פרוסת העטרה והרוחבית של הצגת בעלי חיים [18 F] ספיגת FDG (). תמונת PET היא בחזית ורשומה והתמזגה עם תמונת ה- MRI אנטומיים ברקע להדמיה. נתוני PET מסוכמים בכל המסגרות. (ב) באותה החיה, [18 F] עקומת פעילות זמן FDG לאונה הנגדית (הכחול) וחץ כדור ipsilateral (אדום). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו .

איור 5
עקומות 5. פעילות זמן איור () של אונה הנגדית (מוצקה) וipsilateral (מקווקו) [18 F] ספיגת FDG - מוצגת על אותו הציר הן דוגמאות של זמן [18 F] FDG בלתי צפויעקומת פעילות (כחול) ומוות של בעלי חיים בסוף H2 (ב 45 דקות, ירוקות). ממצאי ghosting (ב) בשל פגמי RF מבוסס חומרה פוטנציאלית. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

זמן רכישה
הדמיה רכש פרמטרים ורכישת חומרה
MRI דיפוזיה (EPI-DWI)
זמן Acqusition 15 דקות
גודל מטריקס 256 x 64
פרוסות 10
FOV 30 x 14 x 8 מ"מ
גודל voxel .117 X .219 x 0.8 מ"מ
רוחב פס רפאים אפקטיבי 150 kHz
TE 41 אלפיות שניים
TR 3,000 אלפיות שניים
ממוצעים 6
מגזרי k-חלל 16
ב-ערכים 0, 400, 800 שניות / 2 מ"מ
MRI אנטומיים (MSME)
זמן רכישה 5 דקות
גודל מטריקס 256 x 256
פרוסות 16
FOV 30 x 22 x 12.8 מ"מ
גודל voxel .117 X 0.086 x 0.8 מ"מ
TE 14 אלפיות שניים
TR 1,000 אלפיות שניים
ממוצעים 1
חזרות 1
Spectroscopic-נפתר נקודה
סריקה (PRESS)
15 שניות
גודל voxel 3.9 x 6 x 9 מ"מ
TE 20 אלפיות שניים
TR 2,500 אלפיות שניים
ממוצעים 6
FieldMap
זמן רכישה 1 דקות 21 שניות
1 TE 1.49 אלפיות שניים
2 TE 5.49 אלפיות שניים
TR 20 אלפיות שניים
ממוצעים 1
PET רכישה, היסטוגרמה,
ופרמטרים שיקום
נוֹתֵב [18 F] FDG
קצב עירוי 4.44 μL / דקה
זמן רכישה 60 דקות
גודל תמונה לכל פרוסה 128 x 128
פרוסות 99
גודל voxel 0.4 x 0.4 x 0.6 מ"מ
מסגור דינמי 12 x 300 שניות
סוג השחזור מערכת ההפעלה-MLEM (6 תת, 6 חזרות)

פרמטרים טבלה 1. MRI רצף דופק לסריקות שתוארו בפרוטוקול, ורכישת PET, היסטוגרמה, ופרמטרי שחזור.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

MRI סימולטני אנטומיים, והדינמי DWI-MRI ו[ 18 F] נתונים FDG PET נרכשו בהצלחה מחיות ניסוי באתגר חוסר חמצן הבא קשירת עורק תרדמה משותפת. זה מייצג פרדיגמה ניסויית רבת עוצמה להדמיה multimodal של הפתופיזיולוגיה המתפתחת במהירות קשורה לעלבונות איסכמי במוח ויכול בקלות להיות מורחב כדי ללמוד radiotracers האחר PET (לדוגמא סמנים של neuroinflammation) ורצפי ה- MRI, כמו גם את ההשפעה של אסטרטגיות התערבותית במהלך או זמן קצר לאחר אתגר איסכמי.

לביצוע מוצלח של PET הדמיה / MRI בו זמנית באתגר חוסר חמצן במודל HI המוחי, לוגיסטיקה יש לקחת בחשבון והשיטות בהתאם. גורמים שעלולים להשפיע על ההסדר הזמני של הניסוי כוללים, אך לא מוגבלים ל: 1) מקור של רדיואקטיביות - תלוי בדלקת המפרקים שהגרוניתdiotracer משמשים, זמן מחצית חיים של רדיונוקלידים, ודרישות פעילות ספציפיות, זה עלול להשפיע על המספר הכולל האפשרי של בעלי החיים הדמיה; 2) פריסת חדר - זה עלולה להשפיע על האורכים של צינורות המשמשים ובכך את המינון המוזרק, או עשוי לדרוש צעדים נוספים כדי לשמור על מינון מוזרק. זה יכול להיות גם השפעה קטנה על הזמן להגיע לשיווי משקל לתערובות גז בצינור ההרדמה; 3) משקל בעלי חיים - חלק ממוסדות עשויים להטיל מגבלה על מוזרק הנפח הכולל לנוהלי הישרדות (למשל, פחות מ 1% ממשקל גוף), בתורו פוטנציאל להשפיע על הגדרות אורך צינור ושיעור משאבת עירוי; 4) משלוח נותב - בולוס, עירוי, או בולוס בתוספת משלוח העירוי עשוי לשמש, כפי שנקבע על ידי הפרמקוקינטיקה radiotracer וצפוי שינויים נצפים - שני האחרונים הם שימושיים במיוחד למעקב שינויים דינמיים 24.


עיצוב של פרוטוקולי רכישת תמונת PET ו- MRI, בפרטly בהתחשב בזמן המוגבל שבה לעבוד, הוא גורם מכריע נוסף בניסוי זה. אם באמצעות הדמיה הד מישורי (EPI) רצף DWI מבוסס (EPI-DWI) כפי שהוצג כאן, שיקולים חשובים כוללים סריקת משך, שדה הראייה, ושקלול שיפוע דיפוזיה וכיוונים. תוך התאמת פרמטרים אלה, נושאים טבועים עם EPI-DWI צריכים גם לטפל, כוללים ghosting, נשירת אות, ומגבלות מחזור שיפוע. השימוש בgating הנשימה עשוי לשמש כדי לטפל בבעיות עקב תנועה. טבלת 1 מתארת ​​את הפרמטרים רכישת MRI משמשים יחד עם מידע על חומרת PET, פרמטרים רכישה, ופרמטרי משלוח נותב. לכימות של נתונים PET, חייבת להיות מיושמת נורמליזציה גלאי. למרות שלא נעשה במקרה שלנו, ניתן לקחת צעדים נוספים להשגת כימות מדויק יותר, ובכלל זה תיקון הנחתה באמצעות נתוני MRI מפולחים ותיקון פיזור. לשעבר ייתכן שלא יהיה צורך בבעלי חיים קטנים כמו Tתואר הוא של הנחתה הוא קטן וניתן מטופלות אובייקטי כיול בגודל דומה. בהתאם לרצף MRI משמש, זה יכול להיות גם צורך לשקול כל תופעות BOLD משמעותיות על T2 * 25. בנוסף, ההשפעה של גז הרדמה ומוביל ברמת סוכר בדם עלולה צריכה להילקח בחשבון בעת שימוש ב[ 18 F] FDG 26.

צריכה להתבצע בדיקות כדי להבטיח שאין הפרעה הדדית משמעותית בין מערכות PET ו- MRI, או בין מערכות ההדמיה ומכשור אחרים המשמשות בניסוי. מניסיוננו, לא היה הבדל משמעותי באיכות תמונת PET או MRI כאשר רכשו בנפרד או בו זמנית, למרות שראינו אובדן רגעי בספירת במערכת PET בשל אותות מזויפים בגלאים מבוסס PSAPD הנגרמים על ידי מיתוג שיפוע מהיר, אפקט שכבר צוין על ידי אחרים 12. נושא נוסף שנצפה היה RF לאISE מאספקת חשמל משאבת העירוי מפריע רכישת גלאי PET וכתוצאה מכך לאובדן נתונים. זו נפתרה על ידי החלפת מתאם AC המקורי עם ספק כוח מעבדה באיכות. תצורות חומרת PET / MRI יותר מתוארות בספרות, והתאמות לפרוטוקול זה עשויים להידרש כדי להתאים הגדרות ייחודיות 12,27.

העבודה ההדמיה ניתן לשנות על מנת לייעל את התנאים לרצפים שונים דופק MRI או PET קליעים נותבים ותוכניות רכישה. לדוגמא, חומרת פגיעה במודל HI המוחי הוכחה להיות מווסת על ידי, בין יתר תנאים, את משך הזמן של היפוקסיה 11. הגדלת האורך של אתגר חוסר חמצן עשוי לאפשר רכישה של נתונים DWI בהחלטה זמנית עדינה, או לאפשר להשוואות ספיגה חצי כדור חזקות יותר לקליעים נותבים PET. היבטים אחרים של הפרוטוקול יכולים להיות מותאמים על בסיס משאבים וכוח אדם זמינים. ל למשל, ניתוחים ניתן מעד ולהפעיל במקביל לפגישות הדמיה כדי להפחית את השונות בזמן בין קשירת המרכז לאמנות עכשווית והיפוקסיה.

בפרוטוקול זה, PET בו זמנית ורכישת MRI, בנוסף לאתגר הפיזיולוגי, מטיל מגבלות הדדיות אחד על השני במונחים של תזמון. באופטימיזציה של רצף EPI-DWI, נמצא כי יש כיווני דיפוזיה נוספים תוך שמירה על איכות תמונה יהיה להגדיל את זמן רכישה מעבר לגבולות מקובלים לביצוע רכישות מרובות במהלך אתגר חוסר חמצן. לפיכך, הדרגתיים דיפוזיה יושמו אך ורק לאורך ציר z. בנוסף, ההתאמה של מודלים של בעלי חיים לפרוטוקול הדמיה עלולה לדרוש קצת שינוי - במקרה שלנו מודל היפוקסיה-איסכמיה מוחית הסטנדרטי שונתה על ידי ההזרקה של נוזל נוסף (0.2 מיליליטר של radiotracer) במהלך אתגר חוסר חמצן.

"Jove_content"> בהתחשב במורכבות של עיתוי בניסוי זה, יש מצבי כישלון רבים בשלבים שונים בדרך שעלול לעכב את הניסוי, במקרה הטוב, או בסופו של הניסוי ללא נתונים להציל במקרה הגרוע ביותר. עקביות בכל שלב, מדור מודל חיה להדמיה, היא חיונית ועשויה להיות מושגת רק על ידי הכנה ותרגול. שליטה בטכניקות שהוצגו במאמר זה תאפשר ליישום חזק של ההדמיה PET / MRI בו זמנית למגוון רחב של מודלים של בעלי חיים ושיטות ניגוד PET ו- MRI.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

JM וSW הם עובדי ג'ננטק.

Acknowledgments

המחברים מבקשים להודות למרכז מולקולרי וגנטית הדמיה באוניברסיטת קליפורניה בדיוויס ויו-הרפואית ההדמיה המחלקה בחברת ג'ננטק. עבודה זו נתמכה על ידי המכונים לאומי לבריאות מענק מספר ביו-הנדסת שותפות מחקר 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).

Tags

רפואה גיליון 103 שבץ היפוקסיה-איסכמיה מוח Positron פליטת טומוגרפיה הדמיית תהודה מגנטית (MRI) הדמייה היפוקסיה-איסכמיה מוחית הדמיה בו זמנית
ההדמיה PET / MRI בו זמנית בעכבר מוחין היפוקסיה-איסכמיה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ouyang, Y., Judenhofer, M. S.,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