Summary
Das hier vorgestellte Verfahren verwendet die gleichzeitige Positronenemissionstomographie und Magnetresonanztomographie. In der zerebrale Hypoxie-Ischämie-Modell, dynamischen Veränderungen in Verbreitung und Glukosestoffwechsel während und nach der Verletzungsgefahr. Die sich entwickelnde und reproduzierbaren Schäden in diesem Modell erfordert simultane Erfassung, wenn sinnvolle multimodaler Bildgebungsdaten erworben werden sollen.
Abstract
Dynamische Veränderungen in der Gewebewasserdiffusion und Glukosestoffwechsel während und nach der Hypoxie in zerebrale Hypoxie-Ischämie was eine bioenergetische Störung betroffenen Zellen vorkommen. Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie (MRI) identifiziert Bereiche, die beschädigt sind, möglicherweise irreversibel durch Hypoxie-Ischämie. Veränderungen der Glucoseverwertung in das betroffene Gewebe durch Positronenemissionstomographie (PET) von 2-Deoxy-2- (18 F) Fluor ᴅ-glucose ([18 F] FDG) -Aufnahme erkennbar sein. Aufgrund des schnellen und variablen Natur der Verletzung in diesem Tiermodell muß Nahme der beiden Modi gleichzeitig Daten um PET und MRI-Daten zu korrelieren Bedeutung durchgeführt werden. Zusätzlich zur Variabilität der Tiere in der hypoxischischämischer Verletzungen durch Gefäß Unterschiede begrenzt die Fähigkeit, multimodale Daten zu analysieren und Veränderungen zu beobachten, um eine gruppenweise Ansatz, wenn die Daten nicht gleichzeitig in einzelnen Fächern erworben. Die Methode pübel hier erlaubt es, sowohl diffusionsgewichtete MRT und [18 F] FDG-Aufnahme Daten in der gleichen Tier vor zu erwerben, während und nach der hypoxischen Herausforderung, um unmittelbare physiologische Veränderungen zu verhören.
Introduction
Weltweit ist Schlaganfall die zweithäufigste Todesursache und eine der Hauptursachen von Behinderung 1. Die Kaskade von biochemischen und physiologischen Ereignisse, die während auftreten und akut nach einem Schlaganfall-Ereignis tritt schnell und mit Auswirkungen auf die Lebensfähigkeit des Gewebes und letztlich Ergebnis 2. Zerebrale Hypoxie-Ischämie (HALLO), die hypoxischischämischer Enzephalopathie (HIE) führt, wird geschätzt, dass bis zu 0,3% und 4% des Vollzeit-und Frühgeburten, die jeweils 3,4 beeinflussen. Die Sterblichkeit bei Säuglingen mit HIE ist ca. 15% bis 20%. In 25% der HIE Lebenden, ergeben dauerhafte Komplikationen als Folge der Verletzung, einschließlich geistige Retardierung, motorische Defizite, Zerebralparese und Epilepsie 3,4. Historische therapeutische Interventionen haben nicht würdig Annahme als Standard der Versorgung bewährt und Konsens noch nicht erreicht werden, dass die modernsten Methoden, basierend auf Hypothermie, sind eine effektive Senkung der Morbidität 3,5. Weitere Themen of Behauptung gehören der Anwendung der Hypothermie und Patientenauswahl 6. Daher sind Strategien für die Neuroprotektion und neurorestoration noch ein fruchtbares Gebiet für die Forschung 7.
Rattenmodellen der zerebralen HALLO Verfügung standen seit den 1960er Jahren, und in der Folge wurden Mäusen 8,9 angepasst. Aufgrund der Art des Modells und dem Ort der Ligation wurde es inhärente Variabilität in den Ergebnissen aufgrund der Differenz in Kollateralfunktion zwischen Tieren 10. Als Ergebnis neigen diese Modelle zu mehr variable Vergleich zu ähnlichen Modellen wie mittleren Zerebralarterie (MCAo). Echtzeitmessung der physiologischen Veränderungen mit Laser-Doppler-Flußmessung sowie diffusionsgewichtete MRI 11 gezeigt. Die beobachtete intra Variabilität der Tiere in der zerebralen Blutflusses während und unmittelbar nach der Hypoxie sowie bei akuten Ergebnisse wie Infarktvolumen und neurologischenDefizit, legen nahe, dass die gleichzeitige Erfassung und Korrelation der multimodalen Daten von Vorteil wäre.
Jüngste Fortschritte in der simultane Positronenemissionstomographie (PET) und Magnetresonanztomographie (MRI) haben neue Möglichkeiten in der präklinischen Bildgebung 12-14 erlaubt. Die potenziellen Vorteile dieser Hybrid, kombinierte Systeme für präklinische Anwendungen sind in der Literatur beschrieben worden 15,16. Zum Beispiel, wenn jede Instanz eines Ereignisses wie Schlaganfall zeigt sich eindeutig, mit sich schnell entwickelnden Pathophysiologie - - Während viele präklinischen Fragen können durch eine individuelle Tier sequentiellen Bildgebung oder durch Abbildung getrennten Tiergruppen, bestimmte Situationen zu richten machen es wünschenswert und sogar notwendig zur gleichzeitigen Messung zu verwenden. Funktionelle Bildgebung stellt ein solches Beispiel, bei gleichzeitiger 2-deoxy-2- (18 F) Fluor ᴅ-glucose ([18 F] FDG) PET und blood-Sauerstoff-Niveau abhängige (BOLD) MRI hat vor kurzem in der Ratte Whisker Stimulation nachgewiesen sucht 14.
Hier zeigen wir, gleichzeitige PET / MRT-Bildgebung bei Ausbruch einer hypoxisch-ischämischen Schlaganfall, in dem Gehirnphysiologie ist nicht in einem stabilen Zustand, sondern wird schnell und irreversibel zu ändern während der hypoxischen Herausforderung. Veränderungen der Wasserdiffusion, wie durch MRI gemessen und von der scheinbaren Diffusionskoeffizienten (ADC) von diffusionsgewichteten Bildgebung (DWI) abgeleitet quantifiziert, ist gut für einen Schlaganfall in der klinischen und präklinischen Daten 17,18 gekennzeichnet. In Tiermodellen, wie MCAo, Diffusion von Wasser in den betroffenen Hirngewebe schnell abfällt aufgrund der bioenergetischen Kaskade, die zu zytotoxischen Ödem 18. Diese akuten Veränderungen der ADC sind auch in Nagetiermodellen der zerebralen Hypoxie-Ischämie 11,19 beobachtet. [18 F] FDG-PET-Bildgebung wurde bei Schlaganfallpatienten verwendet worden, um Änderungen in der lokalen gl bewertenucose Metabolismus 20 und eine kleine Anzahl von in vivo-Tierstudien wurden ebenfalls verwendet [18 F] FDG 21, auch im cerebralen Hypoxie-Ischämie-Modell 22. Im Allgemeinen zeigen diese Studien verringerte Glukoseverwertung in ischämischen Regionen, obwohl eine Studie mit einem Modell mit Reperfusion fand keine Korrelation dieser Stoffwechselveränderungen mit späteren Infarktentwicklung 23. Dies steht im Gegensatz zu Diffusions Veränderungen, die mit der irreversibel geschädigten Kerns 21 in Verbindung gebracht wurden. Somit ist es wichtig, dass die komplementäre Information von [18 F] FDG PET und DWI in einer simultanen Art und Weise während der Entwicklung des Hubes ermittelt zu erhalten, da dies wahrscheinlich um aussagekräftige Informationen über das Fortschreiten der Schädigung und den Auswirkungen ergeben therapeutische Interventionen. Die Methode, die wir hier beschreiben, ist leicht zugänglich, um mit einer Vielzahl von PET-Tracern und MRT-Sequenzen zu verwenden. Zum Beispiel [15 O] H 2 O PETBildgebung mit DWI und Perfusions-Wichtung (PWI) von MRI verwendet werden, um weiter zu erforschen die Entwicklung der ischämischen Penumbra und Validierung aktuellen Techniken innerhalb des Hubes Abbildungsfeldes werden.
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Protocol
Alle Tier Handhabung und Verfahren hierin beschrieben, und nach dem Tierversuch: Berichterstattung in vivo Experimente (kommen) Richtlinien, wurden in Übereinstimmung mit Protokollen, die von der Vereinigung zur Bewertung der Akkreditierung von Laboratory Animal Care genehmigt durchgeführt (AAALAC) International akkreditiert Institutional Animal Care und Verwenden Committee an der University of California, Davis. Korrekte Operation sollte nicht bei Anzeichen von Schmerzen oder Beschwerden im Tier führen, aber richtigen Schritte zu ergreifen, wenn diese Zeichen beobachtet, einschließlich Verabreichung von Analgetika oder in einigen Fällen, Euthanasie werden. Die rechte Seite der Tiere wurde willkürlich für die beschriebene einseitige Verfahren ausgewählt.
1. Einseitige Arteria carotis communis (CCA) Ligation
- Bereiten Sie sterile Feld mit sterilisierten chirurgischen Werkzeugen und Materialien bietet eine optimale Lage. Sicherzustellen Heizkissen auf 37 ° C mit Temperaturfühler sicher auf der Unterlage platziert erwärmt. & #160; Achten Sie darauf, einen sterilen Tuch verwenden, um die Operationsstelle zu decken.
- Anesthetize Tier (Isofluran, 1-3% in Luft bei 0,5 bis 1 l / min), und legen Tier in Rückenlage mit der Schwanz abgewandt. Überprüfen Betäubung durch Kneifen die Zehe - dies sollte keine Reaktion hervorzurufen, wenn das Tier richtig betäubt wird. Gelten Augensalbe für die Augen.
- Bewerben Enthaarungscreme niedriger Hals bis oberen Brustbereich mit 1-2 Wattestäbchen. Warten Sie 1-3 Minuten, und entfernen Sie Haare und Creme mit nassen Gaze oder Alkoholtupfer. Swab Schnittbereich mit Betadine kreisförmig von innen nach außen und dann in sterile Handschuhe zu ändern.
- Verwendung chirurgische Schere, einen Einschnitt von ca. 1 cm entlang der Mittellinie der unteren Hals. Außenhaut sorgfältig getrennt von umgebenden Faszie mit chirurgische Scheren.
- Mit Hilfe von zwei Mikro McPherson Iris Nahtzange, trennen Sie die rechte Arteria carotis communis von Faszien, wobei darauf zu schädlichen Venen oder Stö vermeidenbing den Vagusnerv.
- Verwendung der Zange auf der rechten exteriorisieren das Recht CCA in einer stabilen Position. Mehrere Tropfen Kochsalzlösung, um ein Austrocknen zu verhindern. Übergeben Sie eine geeignete Länge (2-3 cm) von 6-0 Seidennaht unter der rechten CCA und Ligat mit einem Doppel Kreuzknoten. Optional ligieren erneut mit einer zweiten Länge von 6-0 Seidennaht.
- Positionieren rechten CCA und reinigen Sie die überschüssige Flüssigkeit zu öffnen mit einem sterilen Schwamm aus Tupfer. Schließen Sie den Schnitt mit 6-0 Seidennaht. Gelten Lidocain topisch bis 7 mg / kg.
- Lassen Sie das Tier sich von der Anästhesie bis ambulanten (ca. 30 min) zu erholen und führen postoperative Überwachung, bis Tier ist bereit für die Bildgebung.
2. Vorbereitung Imaging: System- und Hardware-Checks
- Richten Sie Hardware und Software für die MRT und PET-Systeme und prüfen deren Funktionalität wie folgt. Sicherstellen, dass alle physischen Verbindungen sind sicher und Software-Einstellungen entsprechend gewählt.
- Berg PET-System innerhalb des MRI-Bohrung, Ausrichten des Sichtfeld (FOV) Zentren mit bekannten Achsversätzen PET und MRT. Montieren Sie die MRI Spule im Inneren der Bohrung des PET-Systems und in der Mitte der Spule mit dem PET-System und MRI-Magneten Zentren.
- Schalten Sie PET-Elektronik für Power und Vorspannung (Hinweis: Schritte werden nach Instrument variieren). Führen Sie eine schnelle (5 min) Scan mit einem 68 Ge Zylinders und überprüfen Sie die resultierende Sinogramm, um sicherzustellen, alle Melder betriebsbereit sind.
- Optional zu erwerben Daten für eine PET / MRT-Transformationsmatrix für die Co-Registrierungszwecke verwendet werden: Füllen Sie eine dreidimensionale Phantom (zB drei gefüllte Kugeln) mit 200 & mgr; Ci 18 F wässrigen Lösung und erwerben für 15 min mit PET. Erwerben anatomischen MRT-Daten: In der Scan-Steuerungsfenster, wählen Sie den Multi-Slice-Multi-Echo (KKMU) Sequenz (siehe Tabelle 1
- Überprüfen Sie die Infusionspumpeneinstellungen und Bedienung. Die Pumpe auf 4,44 & mgr; l pro Minute, die in 45 min mit konstanter Infusion liefert ein Gesamtvolumen von 200 ul, die typische empfohlene Grenze für iv-Injektion in einer 20 g Tier.
- Überprüfen Sie den Heizungsbetrieb und bestätigen, dass der Temperaturausgang ist ausreichend, um das Tier zu warm (37 ° C) zu halten. Überprüfen Sie, dass die Temperatur und die Atmungsüberwachung in Betrieb ist in Vorbereitung für Tier Platzierung auf der Tierbett.
- Überprüfen Sie die Funktion der O 2 und N 2 Durchflussmessern (0,5 l / min: O 2 bei 57,2 mg / min und N 2 bei 0,575 g / min) durch Einschalten sowohl mit der Druckluftquelle aus und O 2 und N 2 Quellen auf. Um die Gefahr einer Beschädigung der Durchflussmesser zu vermeiden, schalten Sie sie auf ohne ausreichenden Eingangsdruck.
- Stellen Sie sicher, dass Isofluran vaporizer ausreichend gefüllt ist. Vor der Bilderzeugung beginnen Isoflurananästhesie Strom bei 1-2% und 0,5 bis 1 l / min.
- Bereiten Tierbett, indem sichergestellt wird, dass die Anästhesie, Atem Pad und Heizungssysteme sicher und funktionell positioniert. Zusätzliche PET / MRI Coausrichtung Genauigkeit Bezugsmarkierungen (beispielsweise Kapillarröhren mit Radiotracer bei einer ähnlichen Konzentration wie für die Bildgebung injiziert gefüllt) kann dem Tier Betts innerhalb des Sichtfelds angehängt werden.
3. Imaging-Workflow
Nachdem alle notwendigen Geräte Kontrollen abgeschlossen sind, um Bildgebung wie folgt vorgehen:
- Betäuben die Tiere mit Isofluran und legen Schwanzvenenkatheter (28 G-Nadel, PE-10-Schlauch weniger als 5 cm) mit heparinisierter Kochsalzlösung gefüllt ist (0,5 ml Heparin, 1.000 USP / ml, in 10 ml Kochsalzlösung). Erwärmen des Tieres und / oder Schwanz kann Kathetereinführung Genauigkeit zu verbessern. Gegebenenfalls einen Tropfen Cyanacrylatkleber an der Insertionsstelleum die IV-Leitung zu sichern.
- Übertragen Sie das Tier auf die vorbereitete Tierbett. Stellen Sie sicher, dass der Kopf des Tieres ist sicher, mit oberen Schneidezähne durch die Zahnstange und Ohr Bars gesichert an Ort und Stelle, wenn verwendet.
- Bewerben Augensalbe die Augen, um ein Austrocknen zu verhindern. Legen Rektalsonde Thermometer. Stellen Sie sicher, dass die Temperatur und Atmung Lesungen sind funktional.
- Ca. 3 m für PE-10 Schläuche und einem Volumen von 200 ul - Erstellung der Radiotracer-Dosis (etwa 600 & mgr; Ci in 200 & mgr; l) in heparinisierten PE-Schlauch 10 von geeigneter Länge gespritzt werden. Verbinden Sie ein Ende des Schlauchs in die Infusionspumpe Spritzen, und die andere in die Schwanzvene Katheterleitung, kümmert sich nicht um Punktionen in der Rohrleitung zu schaffen.
- Schieben Sie den Tierbett nach vorne in die Bohrung des Magneten, was sicher nicht, um die Positionierung des MRI-Spule und keine Leitungen oder Kabel, insbesondere die Betäubung Schläuche stören. Sicherzustellen, dass die Mitte des Gehirns mit den Zentren der M ausgerichtetRI Spule, PET-System, und MRI-Magneten.
- Führen Tuning und Matching des MRI-Spule durch Drehen der Einstellknöpfe an der Spule, die Minimierung Impedanz (Check Spulendaten) und Frequenz (300 MHz für 1 h bei 7 Tesla) Fehlanpassungen durch Beobachtung der Anzeige der hohen Leistung Vorverstärker.
- (MRI) Nach Tuning und Matching, erwerben eine Erkundungsbild: Wählen Sie ein RARE TriPilot Sequenz und führen Sie die Sequenz aus dem Scan-Steuerungsfenster. Überprüfen Positionieren des Tieres, das Wiederholen der Schritte 3.5 und 3.6 nach Bedarf. Unterlegscheiben zurücksetzen Nullwert.
- (MRI) Erwerben Sie eine lokalisierte, zeigen aufgelöste spektroskopische Abtastung (PRESS) in einem Volumen innerhalb des Gehirns: Führen Sie einen PRESS-Sequenz (siehe Tabelle 1) in einem rechteckigen Volumen mit den Abmessungen 3,9 mm x 6 mm x 9 mm. Prüfen Wasserlinienbreite unter Verwendung der Makrobefehl CalcLineWidth. Wenn die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) Wert akzeptabel ist (zB 0,2 ppm), weiter zu Schritt 3.10. Wenn nicht, fahren Sie mit Schritt 3.9.
- (MRI) Erwerben Sie ein Feld Karte: Führen Sie einen FieldMap Folge (siehe Tabelle 1). Verwenden Sie die resultierenden Daten für eine Mehrfachwinkel-Projektions Shim (MAPSHIM), indem Sie den Makrobefehl MAPSHIM und Auswahl von linearen und zweiter Ordnung (z 2) lokale Anpassungen. Wiederholen Sie Schritt 3.8.
- (MRI) Positionieren Sie den Slice-Plan für die DWI-Scan (siehe Tabelle 1): mit der Geometrie-Editor, stellen Sie sicher, dass der Erwerb FOV positioniert ist, um die gewünschte Lautstärke von Interesse innerhalb des Gehirns zu erwerben. Wenn die resultierende Schichtplan wird wie gewünscht ausgerichtet ist, kopieren Sie diese Scheibe Plan im Scan-Steuerungsfenster für alle nachfolgenden DWI-Scans. Beginnen Erwerb.
- (PET) mit dem PET-Akquisition vorbereitet und bereit zu beginnen, starten Sie den Infusionspumpe. Nach der vorgegebenen Verzögerung, in der Kochsalzlösung aus dem Katheter injiziert worden ist, beginnt die PET-Akquisition (siehe Tabelle 1), um das Eindringen von Radiotracer zu erfassen. Überwachen Sie die Impulsrate und nach schrittweise Erhöhungin Zählungen bezeichnend für eine erfolgreiche Injektion.
- Nach 10-15 min, initiieren die hypoxische Herausforderung gleichzeitig mit Schritt 3.12. Zu initiieren hypoxischen Herausforderung, schalten Sie medizinische Luftstrom und sofort einschalten O 2 und N 2 Durchflussmesser mit den vorgegebenen Einstellungen zu 8% Sauerstoff und 92% Stickstoff zu liefern, und Isofluran zu reduzieren, um 0,8%. Nicht ein- Durchflussmesser ohne Eingangsdruck.
- (MRI) Zur gleichen Zeit wie Schritt 3.12, beginnen DWI Nahme in Schritt 3.10 vorbereitet (Scan "H1").
- (MRI) Start DWI Erfassung (Scannen "H2"), die in Schritt 3.10 bereit, sofort nach dem Scan-H1 ist abgeschlossen. End hypoxischen Herausforderung durch Ausschalten Durchflussmessern, die Wiederherstellung der medizinischen Luftstrom, und die Rückkehr Isofluran-Konzentration auf einen geeigneten Wert, basierend auf physiologischen Überwachungs.
- (MRI) Erwerben Sie ein Post-Hypoxie DWI-Scan in Schritt 3.10 vorbereitet. Schalten Sie die Infusionspumpe nach diesem Scan abgeschlossen.
- (MRI) Acquire anatomical Bilder in axialer und sagittaler Ebene. In der Scan-Steuerungsfenster - wählen Sie das KKMU-Sequenz (siehe Tabelle 1). Verwendung des Geometrie Editor, stellen Sie sicher, dass der Erwerb FOV umfasst das Gehirn.
- Entfernen Tier, kehren Sie zu Käfig, wenn die ambulante und Überwachung auf Anzeichen von Morbidität, euthanizing ggf. mit der Verabreichung von CO 2 durch Genickbruch folgte als Sekundärverfahren.
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Representative Results
Abbildung 1 zeigt das Ergebnis eines korrekten Ligation der Arteria carotis communis, vor dem Schließen der Wunde mit 6-0 Seidennaht.
Bei diesem Verfahren werden Daten von Abbildungs erhaltenen stark abhängig von der zeitlichen Anordnung des Versuchs, der wiederum bestimmt, und wird auch durch experimentelle Grenzen einschließlich Bilderfassungssysteme und Geräteanordnung diktiert. Diese und andere Aspekte werden in der Diskussion Abschnitt erforscht. Mit dem hier beschriebenen Protokoll, den physikalischen Aufbau der Ausrüstung (2A) ermöglicht die ununterbrochene multimodalen Bildaufnahme vor, während und nach (Abbildung 2B) rasche Einführung der hypoxischen Herausforderung (Abbildung 2C).
In diesem Tiermodell, wie bei vielen ischämischen Schlaganfall Modellen nachweisbar rasch nach Insult (siehe 3A eine Representat Änderungen in Diffusionsive Beispiel). Da unsere Methode nicht grundlegend die zerebrale HALLO-Modell zu verändern, kann die Diffusion Veränderungen in einer robusten Weise vervielfältigt werden - 3B veranschaulicht, auf die sich verändernden Prozent Schiede ADC z (ADC in der z-Richtung) zwischen dem kontralateralen (nicht eingeschlossen, links) und ipsilateral (verdeckt, rechts) Seiten des Gehirns,% LR, (n = 6 für Scan-H2, n = 5 für alle anderen Zeitpunkte). Wie erwartet, ADC-Werte auf der verschlossenen Seite des Gehirns ab, wenn die Verletzung fortschreitet. 3C zeigt ein Beispiel Koronalschichtansichten der DWI-Sequenz sowie eine Sagittalscheibe was die begrenzte axiale Erstreckung des FOV (8 mm) für die Sequenz verwendet. Details bezüglich Beschränkungen des Echo-Planar-Bildgebung (EPI) Sequenz für DWI verwendet verhängt werden in der Diskussion Abschnitt beschrieben. Kurz gesagt, ist die Bildqualität mit der vorgeschlagenen Rahmen Bildgebung erhalten abhängig von Systemleistungseigenschaften und EPI-basierte DWI-Sequenzen in particular möglicherweise suboptimal Hardware-Bedingungen oder Erfassungsparameter freizulegen (siehe Abbildung 5B). Das waren signifikante Unterschiede zwischen Studienbeginn und nachfolgenden ADC% LR-Werte (p <0.05, ungepaarten t-Test) beobachtet, deutet darauf hin, dass es sich um ein robustes Parameter abzufragen mit unserem Versuchsaufbau.
(3% 11 Mittelwert LR Unterschied, n =) Gleichzeitig mit Veränderungen in der ADC wurden hemisphärischen Unterschiede in der Aufnahme von [18 F] FDG nach Beginn der hypoxischen Herausforderung und während des Scan-H2 beobachtet. In zwei von drei Fällen sank ipsilateral [18 F] FDG-Aufnahme relativ zur kontralateralen Aufnahme nach Hypoxie (siehe Abbildung 4 für eine repräsentative Beispiel), obwohl dies nicht in allen Fällen wahr wahrscheinlich auf Variabilität der Tiere. 5A zeigt ein Beispiel, der relative Unterschied in [18 F] FDG-Aufnahme zwischen den beiden Hemisphären nicht als bei einem Tier (blau). Abbildung erwartet5A zeigt auch ein Beispiel, bei dem, während der [18 F] FDG war wie folgt Hypoxie erwartet starb das Tier am Ende der Abtastung H2.
Abbildung 1. Beispiel für die rechte Arteria carotis communis mit 6-0 Seidennaht ligiert. Das Tier ist in Rückenlage mit dem Kopf deutete in Richtung der Unterseite des Bildes. Das Gebiet rund um den Einschnitt wurde enthaart, und der Schnitt wird mit einer Pinzette zur Visualisierung offen gehalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Figur 2 (A) repräsentatives Diagramm der physikalischen Anordnung Ausrüstung. Das PET Einsatz in der Bohrung des Magneten angeordnet ist und der MRI-Spule ist wiederum in der Bohrung des PET Einsatz positioniert. Das Tier Bett sowie physiologische Überwachungs (Atmung Pad nicht gezeigt), Anästhesie Leitung und IV-Katheter mündet in der Bohrung, wie gezeigt. Die gepunktete Ring kennzeichnet eine Sicherheitsmarge für das magnetische Streufeld -. Kann es notwendig sein, um Geräte mit magnetischen Komponenten außerhalb dieser Region, aber innerhalb des MRI-Raumes (nach allen Sicherheitsvorkehrungen) Ort (B) Diagramm mit einer Zusammenfassung der zeitliche Verlauf des Experiments . (C) Repräsentative Ergebnisse der ersten Veränderungen in O 2 Ebene an das Tier unmittelbar nach dem Beginn der Hypoxie Herausforderung geliefert. Innerhalb von etwa 1 min, kann hypoxischen Bedingungen erreicht werden, wie durch einen O 2 Meter in einen 0,5 l-Induktionsfeld (nicht gezeigt) angebracht war, in einer Linie mit dem Narkosesystem. rge.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3. (A) Beispiel für parametrische an der Grundlinie und durch post-Hypoxie erworbenen ADC z Karten. (B) Plot zeigt% LR Unterschied in der ADC z von der Grundlinie, um zu Posten-Hypoxie. Sterne zeigen einen signifikanten Unterschied (p <0,05; ungepaarter t-Test) im Vergleich zum Ausgangswert. Fehlerbalken stellen +/- eine Standardabweichung. (C) Beispiel für eine EPI-DWI Akquisition (axial, sagittal, und 3D-Ansichten, um Ausdehnung des FOV vorzeigen). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
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Abbildung 4 (A) Im koronaren und transversalen Schicht eines Tieres zeigt [18 F] FDG-Aufnahme. Die PET-Bild ist im Vordergrund und wird registriert und mit einer anatomischen MRT-Bild im Hintergrund für die Visualisierung fusioniert. Die PET-Daten werden in allen Frames aufsummiert. (B) In dem gleichen Tier, [18 F] FDG Zeitaktivitätskurve für den kontralateralen Hemisphäre (blau) und ipsilateralen Hemisphäre (rot). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen .
Abbildung 5 (A) Zeitaktivitätskurven der kontralateralen (fest) und ipsilateral (gepunktet) Hemisphäre [18 F] FDG-Aufnahme - auf der gleichen Achse dargestellt sind Beispiele für eine unerwartete [18 F] FDG ZeitAktivitätskurve (blau) und Tier Tod am Ende des H2 (bei 45 min, grün). (B) Ghosting-Artefakte aufgrund möglicher Hardware-basierte HF-Störungen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
| Imaging Acquistion Parameter und Hardware Acquisition | |
| Diffusion MRI (EPI-DWI) | |
| Acqusition Zeit | 15 min |
| Matrixgröße | 256 x 64 |
| Scheiben | 10 |
| FOV | 30 x 14 x 8 mm |
| Voxelgröße | 0.117 x 0.219 x 0,8 mm |
| Effektive spektrale Bandbreite | 150 kHz |
| TE | 41 msec |
| TR | 3.000 ms |
| Durchschnittswerte | 6 |
| k-Raum-Segmente | 16 |
| b-Werte | 0, 400, 800 sec / mm 2 |
| Anatomischen MRT (KKMU) | |
| Aufnahmezeit | 5 min |
| Matrixgröße | 256 x 256 |
| Scheiben | 16 |
| FOV | 30 x 22 x 12,8 mm |
| Voxelgröße | 0.117 x 0.086 x 0,8 mm |
| TE | 14 msec |
| TR | 1000 ms |
| Durchschnittswerte | 1 |
| Wiederholungen | 1 |
| Punkt aufgelöste spektroskopische Scan (PRESS) | 15 s |
| Voxelgröße | 3,9 x 6 x 9 mm |
| TE | 20 msec |
| TR | 2.500 ms |
| Durchschnittswerte | 6 |
| FieldMap | |
| Aufnahmezeit | 1 min 21 sec |
| 1. TE | 1,49 ms |
| 2. TE | 5,49 ms |
| TR | 20 msec |
| Durchschnittswerte | 1 |
| PET-Akquisition, Histogramm, und Rekonstruktionsparameter | |
| Tracer | [18 F] FDG |
| Infusionsrate | 4,44 & mgr; l / min |
| Aufnahmezeit | 60 min |
| Bildgröße pro Scheibe | 128 x 128 |
| Scheiben | 99 |
| Voxelgröße | 0,4 x 0,4 x 0,6 mm |
| Dynamische Framing | 12 x 300 sec |
| Wiederaufbau Typ | OS-MLEM (6 Teilmengen, 6 Iterationen) |
Tabelle 1 MRI-Impulssequenz Parameter für Scans im Protokoll beschrieben, und PET-Akquisition, Histogramm und Rekonstruktionsparameter.
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Discussion
Gleichzeitige anatomischen MRT und dynamische DWI-MRT und [18 F] FDG-PET-Daten wurden erfolgreich von Versuchstieren während der hypoxischen Herausforderung folgenden Arteria carotis communis Ligation erworben. Dies stellt eine leistungsfähige experimentelle Paradigma für die multimodale Bildgebung des sich schnell entwickelnden Pathophysiologie mit ischämischer Beleidigungen im Gehirn und könnte ohne weiteres auf andere PET-Radiotracer (zB Marker Neuroinflammation) und MRT-Sequenzen, sowie die Auswirkungen der interventionelle Strategien zu untersuchen während oder kurz nach ischämischen Herausforderung.
Für die erfolgreiche Durchführung der gleichzeitigen PET / MRT-Bildgebung bei der hypoxischen Herausforderung in der Groß HALLO-Modell, muss die Logistik in Betracht gezogen werden und die Methoden entsprechend angepasst. Faktoren, die möglicherweise die zeitliche Anordnung des Experiments umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: 1) Quelle der Radioaktivität - je radiotracer verwendeten Halbwertszeit des Radionuklids, und die spezifische Aktivität Anforderung kann der die mögliche Gesamtzahl der Tiere abgebildet beeinflussen; 2) Raumaufteilung - dies kann die Rohrlängen verwendet und damit der injizierten Dosis beeinflussen oder können zusätzliche Schritte, um injizierten Dosis zu erhalten. Dies kann auch einen geringen Einfluss auf die Zeit, um ein Gleichgewicht für die Gasgemische in der Anästhesie Schlauch zu gelangen; 3) Tiergewicht - einige Institutionen kann eine Obergrenze für die Gesamtinjektionsvolumen für das Überleben Verfahren (zB weniger als 1% des Körpergewichts) potenziell beeinflussen Schlauchlänge und Infusionspumpe Rateneinstellungen zu verhängen, die wiederum; 4) Tracer delivery - Bolus, Infusion oder Bolus-Infusion und Abgabe kann verwendet werden, wie durch Radiotracer Pharmakokinetik bestimmt und erwarteten beobachtbaren Veränderungen - die beiden letzteren sind besonders nützlich, um dynamische Änderungen 24 zu folgen.
Design der PET und MRI-Bildaufnahme-Protokolle, insbesonderely die begrenzte Zeit, mit dem zu arbeiten, ist ein weiterer entscheidender Faktor in diesem Experiment. Bei Verwendung eines Echo-Planar-Bildgebung (EPI) basierende DWI-Sequenz (EPI-DWI) wie hier dargestellt, wichtige Überlegungen schließen Scan Dauer, Sichtfeld und Diffusionsgradienten Gewichtung und Richtungen. Während der Einstellung dieser Parameter muss inhärente Probleme mit EPI-DWI auch angesprochen werden, einschließlich der Geisterbilder, Signalausfall und Gradienten Einschaltdauer Einschränkungen. Die Verwendung von Atembewegung verwendet werden, um Probleme aufgrund adressieren Bewegung. Tabelle 1 beschreibt die MRI Erfassungsparameter zusammen mit Informationen über die PET-Hardware, Aufnahmeparameter, und Tracer Lieferparameter verwendet. Zur Quantifizierung von PET-Daten müssen die Detektornormierungs angewendet werden. Wenn auch nicht in unserem Fall geschehen, können weitere Schritte unternommen, um eine genauere Quantifizierung, einschließlich Schwächungskorrektur mit segmentierten MRI-Daten und Streukorrektur zu erreichen. Das ehemalige kann nicht bei Kleintieren, wie t erforderlich seiner Dämpfungsgrad ist klein und kann für die Verwendung von ähnlich großen Kalibrierobjekte berücksichtigt werden. Abhängig von der verwendeten MRI Sequenz kann es auch notwendig sein, irgendwelche signifikanten BOLD Wirkungen auf T2 * 25 berücksichtigen. Darüber hinaus muss die Wirkung des Anästhetikums und Trägergas auf den Blutzucker bei der Verwendung von [18 F] FDG 26 berücksichtigt werden.
Kontrollen durchgeführt werden, um sicherzustellen, gibt es keine signifikante gegenseitige Interferenz zwischen den PET und MRI-Systemen oder zwischen den Abbildungssystemen und anderer Instrumentierung in dem Experiment verwendet. In unserer Erfahrung gibt es keinen signifikanten Unterschied in der PET oder MRI-Bildqualität, wenn sie einzeln oder gleichzeitig erfasst, obwohl wir vorübergehenden Verlust in Zählungen in dem PET-System aufgrund von Störsignalen in den PSAPD basierende Detektoren durch schnelles Gradientenschalten induzierte beobachtet haben, ein Effekt, der durch andere 12 bemerkt wurde. Ein weiteres Problem war, beobachtet RF keineise aus der Infusionspumpe Energieversorgung stören PET-Detektor Akquisition was zum Verlust von Daten. Dies wurde durch den Austausch des originalen Netzteil mit einem Labor-Qualitätsnetzteil gelöst. Mehr PET / MRI Hardwarekonfigurationen sind in der Literatur beschrieben, und Anpassungen an diesem Protokoll erforderlich, um einmalige Setups 12,27 aufzunehmen.
Imaging Workflow kann, um Bedingungen für verschiedene MRI Impulssequenzen oder PET-Tracer und Akquisitionsschemata optimieren modifiziert werden. So hat beispielsweise der Schwere der Verletzung in der zerebralen HALLO Modell wurde gezeigt, moduliert werden, unter anderen Bedingungen, die Dauer der Hypoxie 11. Erhöhung der Länge des hypoxischen Herausforderung kann Erwerb von DWI Daten feinere zeitliche Auflösung ermöglichen oder erlauben robuster halbkugelförmigen Aufnahme Vergleiche für PET-Tracer. Andere Aspekte des Protokolls kann basierend auf den verfügbaren Ressourcen und Personal eingestellt werden. FürBeispielsweise kann Operationen versetzt und parallel zur Imaging-Sitzungen, um die Variabilität in der Zeit zwischen dem CCA-Ligation und Hypoxie senken ausgeführt werden.
In diesem Protokoll gleichzeitige PET und MRI-Akquisition, zusätzlich zu den physiologischen Herausforderung, erlegt gegenseitigen Grenzen voneinander in Bezug auf Zeitpunkt. Bei der Optimierung des EPI-DWI-Sequenz wurde festgestellt, dass mit einer zusätzlichen Diffusionsrichtungen unter Beibehaltung der Bildqualität würde Erfassungszeit über akzeptable Grenzen hinaus für die Durchführung mehrerer Akquisitionen des hypoxischen Herausforderung zu erhöhen. Somit wurden Diffusionsgradienten ausschließlich entlang der z-Achse angelegt. Darüber hinaus kann die Adaption von Tiermodellen zu einer Abbildungsprotokoll erfordern eine Modifizierung - in unserem Fall die Standard zerebrale Hypoxie-Ischämie-Modell wurde durch die Injektion von zusätzlichem Fluid (0,2 ml des Radiotracers) während des hypoxischen Herausforderung verändert.
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Disclosures
JM und SW sind Mitarbeiter von Genentech.
Acknowledgments
Die Autoren danken dem Zentrum für Molekulare und Genomic Imaging an der UC Davis und das Biomedical Imaging Abteilung an Genentech zu bestätigen. Diese Arbeit wurde von einem National Institutes of Health Bioengineering Research Partnership Förderkennzeichen R01 EB00993 unterstützt.
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) |
References
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