Summary
O método aqui apresentado utiliza a tomografia por emissão de pósitrons simultânea e ressonância magnética. No modelo de hipoxia-isquemia cerebral, alterações dinâmicas no metabolismo de glicose e de difusão ocorrem durante e após a lesão. O dano em evolução e irreproduzível neste modelo exige aquisição simultânea, se dados de imagens multi-modais significativas devem ser adquiridos.
Abstract
Mudanças dinâmicas na difusão de água dos tecidos e metabolismo da glicose ocorrem durante e após hipóxia em isquemia-hipoxia cerebral refletindo uma perturbação bioenergética em células afetadas. Difusão ponderada ressonância magnética (MRI) identifica regiões que estão danificados, potencialmente irreversível, por hipóxia-isquemia. Alterações na utilização da glucose no tecido afectado podem ser detectados por tomografia de emissão de positrões (PET) de 2-desoxi-2- (18 F) fluoro-ᴅ-glucose ([18F] FDG) absorção. Devido à natureza variável e rápida de lesões neste modelo animal, a aquisição de ambos os modos de dados devem ser realizadas simultaneamente, a fim de correlacionar dados significativamente PET e MRI. Além disso, a variabilidade inter-animal na lesão hipóxico-isquêmica devido a diferenças vasculares limita a capacidade de analisar dados multi-modais e observar as mudanças para uma abordagem de grupo sábio se os dados não são adquiridos em simultâneo em sujeitos individuais. O método pressentido aqui permite adquirir tanto DIFUSÃO e [18F] FDG dados no mesmo animal, antes, durante e após a provocação hipóxica, de modo a interrogar alterações fisiológicas imediatas.
Introduction
Em todo o mundo, acidente vascular cerebral é a segunda principal causa de morte e a principal causa de incapacidade 1. A cascata de eventos bioquímicos e fisiológicos que ocorrem durante e agudamente após um evento derrame ocorre rapidamente e com implicações para a viabilidade do tecido e, finalmente, 2 resultado. Hipoxia-isquemia cerebral (HI), o que leva a EHI (HIE), estima-se que afecta até 0,3% e 4% do total prazo e nascimentos prematuros 3,4, respectivamente. A taxa de mortalidade em lactentes com EHI é de aproximadamente 15% a 20%. Em 25% dos sobreviventes de HIE, complicações permanentes surgem como um resultado da lesão, incluindo o atraso mental, os défices motores, paralisia cerebral, epilepsia e 3,4. Intervenções terapêuticas passadas não têm provado digna de adoção como padrão de atendimento, e consenso ainda tem de ser alcançado que os métodos mais avançados, com base em hipotermia, são efetivamente reduzir a morbidade 3,5. Outras questões Of contenção incluem método de administração de hipotermia e paciente selecção 6. Assim, as estratégias de neuroproteção e neurorestoration ainda são uma área fértil para a investigação 7.
Modelos de rato de HI cerebral têm estado disponíveis desde os anos 1960, e, subsequentemente, foram adaptados aos ratos 8,9. Devido à natureza do modelo e a localização da ligação, existe uma variabilidade inerente no resultado devido à diferença em fluxo colateral entre 10 animais. Como resultado, estes modelos tendem a ser mais variável em relação aos modelos similares, tais como a oclusão da artéria cerebral média (MCAo). Medição de tempo real de alterações fisiológicas tem sido demonstrada com fluxometria de Doppler por laser, bem como ressonância magnética ponderadas-difusão 11. A variabilidade intra-arterial em animais observou fluxo cerebral durante e imediatamente após hipoxia, bem como em resultados agudos, tais como o volume de enfarte e neurológicadéfice, sugerem que a aquisição simultânea e correlação de dados multimodais seria benéfico.
Os recentes avanços na tomografia simultânea emissão de pósitrons (PET) e ressonância magnética (RM) têm permitido novas possibilidades em imagens pré-clínicas 12-14. As vantagens potenciais de tais sistemas híbridos, combinados para aplicações pré-clínicos têm sido descritos na literatura 15,16. Embora muitas perguntas pré-clínicos podem ser abordadas pela imagem de uma seqüência animal individual ou por imagem grupos de animais separadas, determinadas situações - por exemplo, quando cada instância de um evento como acidente vascular cerebral se manifesta de forma única, com rápida evolução fisiopatologia - torná-lo desejável e até necessário para usar a medição simultânea. Neuroimagens funcional proporciona um exemplo, onde simultânea 2-desoxi-2- (18 F) fluoro-ᴅ-glucose ([18F] FDG) PET e Blood-nível de oxigênio dependente (BOLD) MRI foi recentemente demonstrado na estimulação whisker rato estuda 14.
Aqui, nós demonstramos simultânea de imagem PET / MRI durante o início de um acidente vascular cerebral hipóxico-isquêmica em que a fisiologia do cérebro não está em estado de equilíbrio, mas em vez disso é rapidamente e de forma irreversível a mudança durante desafio hipóxico. Mudanças na difusão da água, medida pela ressonância magnética e quantificados pelo coeficiente de difusão aparente (ADC) derivada de imagem ponderada em difusão (DWI), foi bem caracterizada de acidente vascular cerebral em dados clínicos e pré 17,18. Em modelos animais, tais como MCAo, a difusão de água no tecido cerebral afectado cai rapidamente devido à bioenergética cascata que conduz ao edema citotóxico 18. Estas alterações agudas na ADC também são observados em modelos de roedores de isquemia-hipoxia cerebral 11,19. [18F] FDG PET de imagem foi usada em pacientes com AVC para avaliar mudanças na gl locaismetabolismo ucose 20, e um pequeno número de estudos in vivo em animais também têm utilizado [18F] FDG 21, incluindo no modelo de isquemia-hipoxia cerebral 22. Em geral, estes estudos mostram diminuição da utilização da glucose nas regiões isquémicas, embora um estudo utilizando um modelo com reperfusão encontrada nenhuma correlação dessas alterações metabólicas com enfarte do desenvolvimento posterior 23. Isto está em contraste com as alterações de difusão que têm sido associados com o núcleo 21 irreversivelmente danificadas. Assim, é importante ser capaz de obter a informação complementar derivada de [18F] FDG e DWI de uma forma simultânea ao longo da evolução de acidente vascular cerebral, como este é susceptível de produzir uma informação significativa sobre a progressão da lesão e o impacto de intervenções terapêuticas. O método aqui descrito é prontamente susceptível de utilizar com uma variedade de marcadores de PET e sequências de ressonância magnética. Por exemplo, [15O] H2O PETimagem junto com DWI e imagens ponderadas em perfusão (PWI) de ressonância magnética pode ser usado para explorar ainda mais o desenvolvimento da penumbra isquêmica e validar técnicas atuais dentro do campo de imagem acidente vascular cerebral.
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Protocol
Todo o manuseio e procedimentos de animais aqui descrito, e de acordo com a Pesquisa Animal: Relatórios experimentos in vivo (chegar) diretrizes, foram realizados de acordo com protocolos aprovados pela Associação de Avaliação de Acreditação do Laboratório Animal Care (AAALAC) Internacional credenciados Animal Care Institucional e Use Committee da Universidade da Califórnia, Davis. Cirurgia adequada não deve resultar em sinais de qualquer dor ou desconforto no animal, mas medidas adequadas devem ser tomadas se tais sinais são observados, incluindo a administração de analgésicos ou em alguns casos, a eutanásia. O lado direito dos animais foi escolhido arbitrariamente para o procedimento descrito unilateral.
1. Unilateral Carótida Comum (CCA) Ligation
- Prepare campo estéril com ferramentas e materiais cirúrgicos esterilizados posicionados convenientemente. Assegurar almofada de aquecimento é aquecida a 37 ° C com sonda de temperatura colocado de forma segura sobre a almofada. & #160; Certifique-se de usar uma cortina estéril para cobrir o local da cirurgia.
- Anestesiar animais (isoflurano, 1-3% em ar a 0,5-1 l / min), e colocar animais em decúbito dorsal com o rabo de costas. Verifique anesthetization por beliscar a ponta - isso deve provocar nenhuma reação se o animal está devidamente anestesiados. Aplicar pomada oftálmica para os olhos.
- Aplicar creme de depilação a parte inferior do pescoço para a área superior do tórax usando 1-2 cotonetes. Espere 1-3 minutos e, em seguida, remover o cabelo e creme usando molhadas gaze ou cotonetes álcool. Área Swab incisão com Betadine de forma circular de dentro para fora, e, em seguida, transformar-se em luvas cirúrgicas estéreis.
- Usando uma tesoura cirúrgica, fazer uma incisão de cerca de um centímetro ao longo da linha média da parte inferior do pescoço. Separe cuidadosamente pele exterior da fáscia circundante usando uma tesoura cirúrgica.
- Usando dois fórceps McPherson micro íris de sutura, separar a artéria carótida comum direita da fáscia, tomando cuidado para evitar danificar veias ou disturbing do nervo vago.
- Usando a pinça na direita, exteriorizar o CCA direita em uma posição estável. Aplique algumas gotas de soro fisiológico para evitar a secagem. Passe um comprimento adequado (2-3 cm) de seda 6-0 sutura debaixo do CCA direita, e ligar usando um nó quadrado duplo. Opcionalmente, ligar novamente usando um segundo comprimento de sutura de seda 6-0.
- Reposicionar CCA direita e limpe o excesso de fluido de abrir com uma esponja estéril derrubado do cotonete. Feche a incisão com sutura de seda 6-0. Aplicar topicamente lidocaína até 7 mg / kg.
- Permitir ao animal recuperar da anestesia até ambulatorial (aproximadamente 30 min) e realizar o monitoramento pós-cirúrgico até animal está pronto para a imagem latente.
2. Preparação para a Criação de Imagens: Sistema e Hardware Checks
- Configurar o hardware e software para os sistemas de ressonância magnética e PET e verificar sua funcionalidade como se segue. Assegurar que todas as conexões físicas são seguras e configurações de software são devidamente selecionados.
- Sistema de montagem PET dentro do furo MRI, alinhando o campo de visão (FOV) centros que utilizam conhecidos offsets axiais PET e MRI. Montar a bobina de ressonância magnética no interior do furo do sistema de PET e o centro da bobina com o sistema de PET e centros magnéticos de ressonância magnética.
- Ligue eletrônica PET para energia e tensão de polarização (Nota: etapas irão variar por instrumento). Executar uma rápida (5 min) verificação, utilizando um cilindro de 68 Ge e verificar o sinogram resultante para garantir que todos os detectores estão operacionais.
- Opcionalmente adquirir dados a serem utilizados para uma matriz de transformação de PET / MRI para fins de co-registo: Encha um fantasma tridimensional (por exemplo, três esferas cheias) com 200 uCi de 18 de solução aquosa F e adquirir por 15 min com PET. Adquirir dados anatômico MRI: na Janela de Controle de Digitalização, selecione o multi-slice (MPME) seqüência de eco multi (ver Tabela 1
- Verifique as configurações de bomba de infusão e operação. Definir a bomba para 4,44 mL por minuto, o que em 45 min de infusão constante proporciona um volume total de 200 ul, o limite típico recomendado para a injecção iv em 20 g de um animal.
- Controlar o funcionamento do aquecedor e confirmar que a saída de temperatura é suficiente para manter o animal aquecido (37 ° C). Verifique se a temperatura e monitorização respiratória está operacional em preparação para a colocação do animal na cama animal.
- Verifique a operação de O 2 e N 2 medidores de fluxo (para 0,5 L / min: O 2 a 57,2 mg / min e N 2 a 0,575 g / min), ao ligar tanto com a fonte de ar comprimido desligado e O2 e N2 fontes diante. Para evitar o risco de danificar os medidores de vazão, não ligá-los sem pressão de entrada suficiente.
- Certifique-se de que o isoflurano vaporizer é suficientemente cheio. Antes da imagiologia, iniciar o fluxo anestesia com isoflurano a 1-2% e 0,5 a 1 L / min.
- Prepare a cama dos animais, garantindo que as anestesia, almofada respiratória, e sistemas de aquecimento são posicionados de forma segura e funcional. Para uma precisão adicional co-registo de PET / MRI, marcadores fiduciais (por exemplo, tubos capilares preenchidos com marcador radioactivo em uma concentração similar como injectado para imagiologia) pode ser ligado à cama de animais dentro do campo de visão.
3. fluxo de trabalho de imagem
Após todas as verificações de equipamentos necessários são concluídos, prossiga para a imagem da seguinte forma:
- Anestesiar os animais com isoflurano e inserir cateter na veia da cauda (28 g de agulhas, tubagem PE-10 inferior a 5 cm), cheio com soro fisiológico heparinizado (0,5 mL de heparina, 1000 USP / ml, em 10 ml de solução salina). O aquecimento do animal e / ou cauda pode melhorar a precisão da inserção do cateter. Opcionalmente, colocar uma gota de adesivo de cianoacrilato sobre o local de inserçãopara prender o sistema de administração IV.
- Transferir o animal para a cama de animais preparados. Certifique-se de que a cabeça do animal é seguro, com incisivos superiores com a garantia das barras e barras de ouvido dente no lugar, se está sendo usado.
- Aplicar pomada oftálmica para os olhos para evitar a secagem. Insira termômetro sonda retal. Certifique-se de que a temperatura e leituras de respiração são funcionais.
- Desenhar a dose do radiofármaco (cerca de 600 uCi em 200 ul) a ser injectada em heparinizado tubagem PE-10 de comprimento adequado - de aproximadamente 3 m de tubo de PE-10 e um volume de 200 ul. Conecte uma extremidade esta tubulação para a seringa bomba de infusão, ea outra para a linha de cateter na veia da cauda, tomando cuidado para não criar furos na tubulação.
- Deslize a cama dos animais para dentro do furo do ímã, certificando-se de não perturbar o posicionamento da bobina de ressonância magnética e todas as linhas ou cabos, especialmente o tubo de anestesia. Assegure-se que o centro do cérebro está alinhado com os centros do MBobina RI, sistema de PET, e ímã MRI.
- Executar a sintonização e correspondência da bobina de ressonância magnética, rodando os botões de ajuste sobre a bobina, minimizando impedância (vá especificações bobina) e de frequência (300 MHz para o 1 H a 7 Tesla) desemparelhamentos através da observação do monitor do pré-amplificador de alta potência.
- (MRI) Depois de regulação e de correspondência, adquirir uma imagem de scout: selecionar uma seqüência TriPilot RARE e executar a seqüência da Janela Controle Scan. Verificar o posicionamento do animal, repetindo os passos 3.5 e 3.6, se necessário. Redefinição de calços para valor zero.
- (MRI) Adquirir uma localizada, verificação de espectroscopia resolvida no ponto (PRESS) em um volume dentro do cérebro: Executar uma sequência PRESS (ver Tabela 1) em um volume retangular com dimensões 3,9 mm × 6 mm × 9 mm. Verificar a largura da linha de água usando o comando de macro CalcLineWidth. Se a largura total a meia-valor máximo (FWHM) é aceitável (por exemplo, 0,2 ppm), continue na etapa 3.10. Se não, vá para a etapa 3.9.
- (MRI) Adquirir um mapa de campo: Executar uma seqüência FieldMap (ver Tabela 1). Use os dados resultantes para um multi-ângulo de projeção calço (MAPSHIM) executando o comando de macro MAPSHIM e selecionando linear e de segunda ordem (z 2) ajustes locais. Repita o passo 3.8.
- (MRI) Posicione o plano de fatia para a verificação DWI (ver Tabela 1): usando o Editor de Geometria, assegurar que a aquisição FOV está posicionada para adquirir o volume desejado de interesse dentro do cérebro. Se o plano fatia resultante está alinhada como desejado, copiar este plano de fatia na janela de Controle de Digitalização para todas as digitalizações de DWI subseqüentes. Comece a aquisição.
- (PET) Com a aquisição PET preparado e pronto para começar, começar a bomba de infusão. Depois do atraso pré-determinado, em que o soro fisiológico do cateter ter sido injectado, começar a aquisição de PET (ver Tabela 1), a fim de capturar a entrada de radiofármaco. Monitorar a taxa de contagem e procurar o aumento gradualem contagens indicativos de uma injecção com sucesso.
- Após 10-15 min, iniciar o concorrente desafio hipóxico com a etapa 3.12. Para iniciar desafio hipóxico, desligue o fluxo de ar medicinal e imediatamente o poder em O 2 e N 2 medidores de vazão com as configurações pré-determinadas para entregar 8% de oxigênio e 92% de nitrogênio, e reduzir o isoflurano a 0,8%. Não ligue medidores de vazão, sem pressão de entrada.
- (MRI) Ao mesmo tempo que o passo 3.12, começam aquisição DWI preparado no passo 3.10 (scan "H1").
- (MRI) Começar aquisição DWI (scan "H2"), preparado no passo 3.10, imediatamente após verificação H1 é concluída. Termine desafio hipóxico por desligar medidores de vazão, restaurando o fluxo de ar medicinal, e retornando concentração de isoflurano para um valor adequado com base na monitorização fisiológica.
- (MRI) Adquirir um DWI pós-hipóxia varredura preparado na etapa 3.10. Desligue a bomba de infusão após esta verificação for concluída.
- (MRI) Anat Acquireimagens efec- tuada na axial e sagital. Na janela de Controle de Digitalização - selecione a seqüência MPME (ver Tabela 1). Usando o Editor de Geometria, garantir que a aquisição do FOV cobre o cérebro.
- Remover animal, voltar a gaiola quando ambulatório e monitorar os sinais de morbidade, a eutanásia, se necessário com a administração de CO 2, seguido de luxação cervical como um método secundário.
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Representative Results
A Figura 1 mostra o resultado de uma ligação adequada da artéria carótida comum, antes de fechar a ferida com a sutura de seda 6-0.
Neste método, os dados obtidos a partir de imagiologia é altamente dependente do arranjo temporal da experiência, que por sua vez determina e é também ditada pela limitações experimentais, incluindo sistemas de aquisição de imagem e a configuração do equipamento. Estas e outras considerações são ainda mais exploradas na seção Discussão. Com o protocolo aqui descrito, a configuração física do equipamento (Figura 2A) permite ininterrupta de aquisição de imagem multi-modal, antes, durante, e após (Figura 2B) a introdução rápida da provocação hipóxica (Figura 2C).
Neste modelo animal, tal como com muitos modelos de acidente vascular cerebral isquêmico, mudanças na difusão são detectáveis rapidamente após insulto (ver Figura 3A para um Representative exemplo). Como nosso método não altera fundamentalmente o modelo HI cerebral, alterações de difusão pode ser reproduzido de forma robusta - Figura 3B demonstra as diferenças evolutivas por cento em ADC z (ADC em direção z) entre o contralateral (não-ocluído, à esquerda) e ipsilateral (ocluído, direita) os lados do cérebro, LR%, (n = 6 para verificação H2, n = 5 para todos os outros pontos de tempo). Como esperado, os valores ADC no lado ocluída do decréscimo cérebro como a lesão progride. A Figura 3C mostra um exemplo corte coronal da sequência DWI, bem como uma fatia sagital demonstrando a extensão axial limitada do FOV (8 mm) para o sequência utilizada. Detalhes relacionados com as limitações impostas à sequência de imagens planas de eco (PAV) são utilizados para DWI descrito na secção Discussão. Em suma, a qualidade da imagem obtida com o quadro de imagem proposto é dependente das características de desempenho do sistema, e EPI baseada em sequências de DWI em particular pode expor suboptimal condições de hardware ou parâmetros de aquisição (veja a Figura 5B). Que foram observadas diferenças significativas entre os valores iniciais e ADC valores subseqüentes% LR (p <0,05, teste t não pareado) sugere que este é um parâmetro robusta para interrogar usando nossa configuração experimental.
Concomitante com alterações no ADC, hemisféricas diferenças foram observadas na captação de [18F] FDG após o início da provocação hipóxica e H2 durante a varredura (11% LR diferença média, n = 3). Em dois de três casos, ipsilateral [18F] FDG diminuiu em relação a absorção contralateral após hipoxia (ver Figura 4 para um exemplo representativo), embora isso não era verdadeiro em todos os casos, provavelmente devido à variabilidade dos animais. A Figura 5A mostra um exemplo onde a diferença relativa de [18F] FDG entre os dois hemisférios não foi como esperado em um animal (azul). Figura5A também mostra um exemplo onde, enquanto [18F] FDG foi como se espera após a hipóxia, o animal morreu no fim de H2 varredura.
Figura 1. Exemplo de a artéria carótida comum direita ligado com sutura de seda 6-0. O animal é supina com a sua cabeça apontada na direcção do fundo da imagem. A área ao redor da incisão foi depilada, ea incisão está sendo mantido aberto com uma pinça para visualização. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. (A) diagrama Representante da disposição física equipamento. A inserção de PET é posicionado no orifício do íman e da bobina de ressonância magnética é por sua vez posicionado no furo da peça inserta de PET. A cama de animais, assim como o controlo fisiológico (almofada de respiração não mostrado), linha de anestesia, e o cateter IV corre para dentro do furo, como mostrado. O anel pontilhada indica uma margem de segurança para o campo magnético disperso -. Pode ser necessário para colocar equipamentos com componentes magnéticos fora desta região, mas dentro da sala de MRI (seguindo todas as precauções de segurança) (B) Diagrama que resume a evolução temporal do experimento . (C) Os resultados representativos de mudanças iniciais em O nível 2 entregues ao animal imediatamente após o início do desafio hipóxia. Dentro de cerca de 1 minuto, condições hipóxicas pode ser conseguido, tal como medido por um medidor de O2 colocado em uma caixa de 0,5 L de indução (não mostrada), em linha com o sistema de anestesia. "target =" _ blank rge.jpg "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. (A) Exemplo de mapas paramétricos z ADC adquiridos no início do estudo e através de pós-hipóxia. (B) Plot mostrando% de diferença em LR ADC z da linha de base para a pós-hipóxia. Os asteriscos indicam uma diferença significativa (p <0,05, teste t não emparelhado) em relação ao valor da linha de base. As barras de erro representam +/- (C) Exemplo de uma aquisição EPI-DWI (axial, sagital e visualizações em 3D para mostrar extensão do FOV) de um desvio padrão.. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Figura 4. (A) fatia coronal e transversal de uma exibição dos animais [18F] FDG. A imagem PET está em primeiro plano e está registrada e fundidos uma imagem anatômica MRI em segundo plano para visualização com. Os dados de PET são somados em todos os quadros. (B) no mesmo animal, [18F] FDG curva de atividade em tempo para o hemisfério contralateral (azul) e hemisfério ipsilateral (vermelho). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura .
Curvas de contralateral (sólido) e ipsilateral hemisfério (pontilhada) [18F] FDG Figura 5. (A) Actividade Tempo - mostrado no mesmo eixo são exemplos de um tempo [18F] FDG inesperadocurva de atividade (azul) e morte do animal no final do H2 (aos 45 min, verde). artefatos (B) fantasmas devido a falhas de RF baseados em hardware em potencial. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Imagem Acquistion Parâmetros e aquisição de hardware | |
| Difusão MRI (EPI-DWI) | |
| Tempo Acqusition | 15 min |
| Tamanho da matriz | 256 x 64 |
| Fatias | 10 |
| FOV | 30 x 14 x 8 mm |
| Tamanho Voxel | 0,117 x 0,219 x 0,8 mm |
| Largura de banda espectral efetiva | 150 kHz |
| TE | 41 ms |
| TR | 3.000 ms |
| Médias | 6 |
| k segmentos de espaço | 16 |
| Os valores de b- | 0, 400, 800 seg / mm 2 |
| Anatômico MRI (MPME) | |
| Tempo de aquisição | 5 min |
| Tamanho da matriz | 256 x 256 |
| Fatias | 16 |
| FOV | 30 x 22 x 12.8 mm |
| Tamanho Voxel | 0,117 x 0,086 x 0,8 mm |
| TE | 14 ms |
| TR | 1.000 ms |
| Médias | 1 |
| Repetições | 1 |
| Espectroscópica Respondida-Point Scan (PRESS) | 15 s |
| Tamanho Voxel | 3,9 x 6 x 9 mm |
| TE | 20 mseg |
| TR | 2.500 ms |
| Médias | 6 |
| FieldMap | |
| Tempo de aquisição | 1 min 21 seg |
| 1 TE | 1,49 ms |
| 2 TE | 5,49 ms |
| TR | 20 mseg |
| Médias | 1 |
| PET Aquisição, Histograma, e parâmetros de reconstrução | |
| Tracer | [18F] FDG |
| Taxa de perfusão | 4,44 mL / min |
| Tempo de aquisição | 60 min |
| O tamanho da imagem por fatia | 128 x 128 |
| Fatias | 99 |
| Tamanho Voxel | 0,4 x 0,4 x 0,6 mm |
| Enquadramento dinâmico | 12 x 300 seg |
| Tipo de Reconstrução | OS-MCEL (6 subconjuntos, 6 iterações) |
Tabela 1. MRI parâmetros seqüência de pulsos para verificações descritas no protocolo, e aquisição de PET, histograma, e parâmetros de reconstrução.
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Discussion
MRI anatômica simultânea, e dinâmica DWI-RM e [18F] FDG PET dados foram adquiridos com sucesso a partir de animais experimentais durante desafio hipóxico seguinte ligação artéria carótida comum. Isto representa uma poderosa paradigma experimental para imagiologia multimodal da fisiopatologia rápida evolução associada com insultos isquémicos no cérebro e pode ser prontamente alargado para estudar outros radiomarcadores de PET (por exemplo, marcadores de neuroinflama�o) e sequências de ressonância magnética, assim como o impacto de estratégias de intervenção durante ou logo após o desafio isquémica.
Do sucesso da execução simultânea PET / MRI durante provocação hipóxica no modelo de HI cerebral, a logística deve ser considerado e os métodos ajustados em conformidade. Factores que afectam potencialmente a disposição temporal da experiência incluem, mas não estão limitados a: 1) origem da radioactividade - dependendo da RAdiotracer utilizado, meia-vida do radionuclídeo, e requisitos específicos de actividade, isto pode afectar o eventual número total de animais fotografada; 2) disposição da sala - isto pode afectar os comprimentos de tubagem utilizado e, portanto, a dose injectada, ou pode requerer etapas adicionais para manter a dose injectada. Isto pode também ter um pequeno efeito sobre o tempo para alcançar o equilíbrio de misturas de gases no tubo de anestesia; 3) peso do animal - algumas instituições podem impor um limite para o volume total injetado para os procedimentos de sobrevivência (por exemplo, menos de 1% do peso corporal), por sua vez, potencialmente afetando as configurações de comprimento da tubulação e de taxa de bomba de infusão; 4) entrega traçador - um bolus, infusão ou bolus mais infusão de entrega podem ser utilizados, como determinado por uma farmacocinética radiofármaco e alterações observáveis esperado - os dois últimos são especialmente úteis para seguir alterações dinâmicas 24.
Projecção dos protocolos de aquisição de imagem PET e ressonância magnética, em particularly dado o tempo limitado com a qual trabalhar, é outro fator crucial neste experimento. Se estiver usando uma imagem eco-planar (EPI) seqüência DWI baseado (EPI-DWI), como apresentado aqui, considerações importantes incluem a duração, campo de visão, e difusão de gradiente de ponderação e direções digitalizar. Ao ajustar esses parâmetros, as questões inerentes com EPI-DWI também devem ser abordadas, incluindo fantasmas, queda de sinal, e as limitações do ciclo de dever de gradiente. O uso de gating respiratório pode ser utilizado para tratar problemas devido ao movimento. A Tabela 1 descreve os parâmetros de aquisição de ressonância magnética utilizadas juntamente com os dados do hardware de PET, os parâmetros de aquisição, e os parâmetros de distribuição do marcador. Para a quantificação dos dados de PET, detector de normalização deve ser aplicada. Apesar de não ser feito em nosso caso, podem ser tomadas outras medidas para alcançar quantificação mais precisa, incluindo a correção de atenuação usando dados de RM segmentadas e correção de dispersão. O primeiro pode não ser necessário em animais pequenos como tele grau de atenuação é pequena e pode ser contabilizado usando objetos de calibração de tamanho similar. Dependendo da sequência de ressonância magnética utilizada, também pode ser necessário ter em conta quaisquer efeitos significativos sobre NEGRITO T2 * 25. Além disso, o efeito de anestésico e gás transportador da glicose no sangue podem ter de ser considerados quando utilizando [18F] FDG 26.
As verificações devem ser realizados para assegurar que não há interferência mútua significativa entre os sistemas de PET e de ressonância magnética, ou entre os sistemas de imagem e outros instrumentos utilizados na experiência. Na nossa experiência, não houve diferença significativa na qualidade de imagem PET ou ressonância magnética quando adquirido individualmente ou simultaneamente, embora se tenha observado perda momentânea da contagem no sistema de PET, devido aos sinais espúrias nos detectores de PSAPD induzidas pela rápida comutação de gradiente, um efeito que foi referido por outros 12. Outra questão observada foi de RF nãoise da fonte de alimentação da bomba de infusão perturbar aquisição detector PET, resultando em perda de dados. Isto foi resolvido, substituindo o adaptador AC original com uma fonte de alimentação de laboratório-qualidade. Mais configurações de hardware PET / MRI são descritas na literatura, e adaptações do presente protocolo pode ser necessária para acomodar configurações únicas 12,27.
O fluxo de trabalho de imagem pode ser modificado, a fim de otimizar as condições para diferentes sequências de pulso MRI ou marcadores de PET e sistemas de aquisição. Por exemplo, a gravidade da lesão no modelo de HI cerebral tem sido mostrado para ser modulada por, entre outras condições, a duração de hipoxia 11. O aumento do comprimento da provocação hipóxica pode permitir a aquisição de dados DWI na resolução temporal mais fina, ou para permitir comparações absorção hemisféricas mais robustos para marcadores de PET. Outros aspectos do protocolo pode ser ajustada com base em recursos e pessoal disponíveis. Paraexemplo, cirurgias podem ser escalonada e paralelamente a sessões de imagem, a fim de reduzir a variabilidade no tempo entre CCA ligadura e hipóxia.
Neste protocolo, PET e simultânea aquisição de ressonância magnética, além do desafio fisiológico, impõe limites mútuos uns sobre os outros em termos de calendário. Na optimização da sequência de EPI-DWI, descobriu-se que tendo de difusão instruções adicionais mantendo a qualidade de imagem que aumentaria o tempo de aquisição para além de limites aceitáveis para a execução de várias aquisições durante a provocação hipóxica. Assim, gradientes de difusão foram aplicados apenas ao longo do eixo z. Além disso, a adaptação de modelos animais para um protocolo de imagens pode requerer algumas modificações - no nosso caso, o modelo de hipoxia-isquemia cerebral padrão foi alterada pela injecção de fluido adicional (0,2 ml de o traçador radioactivo) durante a provocação hipóxica.
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Disclosures
JM e SW são funcionários da Genentech.
Acknowledgments
Os autores gostariam de agradecer o Center for Molecular e Genômica de imagem na UC Davis e Imaging Departamento Biomédica da Genentech. Este trabalho foi apoiado por um dos Institutos Nacionais de Pesquisa em Parceria Bioengenharia Saúde número de concessão 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) |
References
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