Summary
Метод, представленный здесь использует одновременное позитронно-эмиссионной томографии и магнитно-резонансной томографии. В коре головного модели ишемии-гипоксии, динамические изменения в диффузионной и метаболизма глюкозы происходят во время и после травмы. Развивающейся и неповторимы повреждения в этой модели требует одновременного приобретения, если значимые мультимодальных данных изображений будут приобретены.
Abstract
Динамические изменения в ткани диффузии воды и метаболизма глюкозы происходят во время и после гипоксии в коре головного гипоксии-ишемии, отражающей нарушение биоэнергетический в пораженных клеток. Диффузия взвешенных магнитно-резонансная томография (МРТ) выявляет области, которые были повреждены, потенциально необратимо, гипоксией-ишемией. Изменения в утилизации глюкозы в пораженной ткани может быть обнаружено с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) из 2-дезокси-2- (18 F), фтор-ᴅ-глюкозы ([18 F] FDG) поглощения. В связи с быстрым и переменного характера травмы в этой модели на животных, приобретение обоих режимах данных должны выполняться одновременно для того, чтобы осмысленно соотносятся ПЭТ и МРТ данных. Кроме того, изменчивость между животными в гипоксически-ишемической травмы из-за сосудистых различий ограничивает способность анализировать мультимодальных данные и наблюдать изменения в групповой мудрый подход, если данные не приобрел одновременно в отдельных предметов. Метод рвозмущение здесь позволяет приобретать как диффузионно-взвешенных МРТ и [18 F] FDG данные поглощения в том же животного до, во время и после гипоксической вызов для того, чтобы опрашивать непосредственные физиологические изменения.
Introduction
Во всем мире, инсульт является второй ведущей причиной смерти и одной из основных причин инвалидности 1. Каскад биохимических и физиологических событий, которые происходят во время и остро следующих событие хода происходит быстро и с последствиями для жизнеспособности тканей и в конечном счете исход 2. Церебральный ишемии-гипоксии (HI), что приводит к гипоксически-ишемической энцефалопатией (HIE), по оценкам, затрагивает до 0,3% и 4% доношенных и недоношенных новорожденных, соответственно 3,4. Смертность у детей с ГИЭ примерно 15% до 20%. В 25% выживших HIE, постоянные осложнения возникают в результате травмы, в том числе умственной отсталости, дефицит моторных, церебральный паралич и эпилепсия 3,4. Прошедшие терапевтические вмешательства не доказано достойным принятия в качестве стандарта лечения, и консенсус еще не достигнут, что самые передовые методы, основанные на переохлаждение, эффективно снижение заболеваемости 3,5. Другие вопросы выводае утверждение включают способ введения гипотермии пациента и выбора 6. Таким образом, стратегии для нейропротекции и neurorestoration еще плодородная область для исследований 7.
Крыса модели головного HI были доступны с 1960-х годов, а затем были адаптированы к мышам 8,9. Из-за характера модели и расположения труб, существует присуща вариабельность результата из-за разницы в коллатерального между животными 10. В результате, эти модели, как правило, более изменчивым по сравнению с аналогичными моделями, такими как окклюзии средней мозговой артерии (МСАО). В режиме реального времени измерения физиологических изменений была продемонстрирована лазерной допплеровской флоуметрии, а также диффузионно-взвешенной МРТ 11. Наблюдаемое вариабельность внутри животного в мозгового кровотока во время и сразу после гипоксии, а также при острых результатов, таких как объем инфаркта и неврологическихДефицит, предполагают, что одновременное приобретение и корреляция данных мультимодальных бы быть полезным.
Последние достижения в области одновременного позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) позволили новых возможностей в доклинической визуализации 12-14. Потенциальные преимущества этих гибридных, комбинированных систем для доклинических приложений были описаны в литературе 15,16. В то время как многие доклинические вопросы могут быть решены с помощью визуализации индивидуальный последовательно животных или визуализации отдельных групп животных, в определенных ситуациях - например, когда каждый экземпляр события, такие как инсульт проявляется однозначно, с быстро развивающейся патофизиологии - делают желательным и даже необходимым использовать одновременное измерение. Функциональный нейровизуализация обеспечивает один такой пример, в котором одновременное 2-дезокси-2- (18 F), фтор-ᴅ-глюкозы ([18 F] FDG) ПЭТ и Блуд-кислород-зависит от уровня (выделены жирным шрифтом) МРТ недавно было продемонстрировано в крыс усов стимуляции изучает 14.
Здесь мы демонстрируем одновременно ПЭТ / МРТ во время наступления гипоксии-ишемии инсульта, в котором мозг физиология не в стационарном состоянии, но вместо этого быстро и необратимо меняется в течение гипоксического вызов. Изменения в диффузии воды, измеренные с помощью МРТ и количественно по коэффициента диффузии (ADC), полученного из диффузионно-взвешенной визуализации (DWI), был хорошо характеризуется инсульта в клинических и доклинических данных 17,18. В моделях животных, таких как MCAO, диффузия воды в пораженной ткани мозга быстро падает из-за биоэнергетической каскада, ведущей к отеку цитотоксической 18. Эти острые изменения в АЦП также наблюдается в моделях грызунов мозговой ишемии-гипоксии 11,19. [18 F] ФДГ ПЭТ используется в пациентов, перенесших инсульт, чтобы оценить изменения в местной глucose метаболизм 20, и небольшое количество в естественных исследованиях на животных также используются [18 F] FDG 21, в том числе в коре головного гипоксия-ишемия модели 22. В общем, эти исследования показывают, уменьшилось утилизацию глюкозы при ишемических регионах, хотя исследование с использованием модели с реперфузией не обнаружили корреляцию этих метаболических изменений с развитием инфаркта позже 23. Это в отличие от изменений диффузии, которые были связанные с непоправимый ущерб сердечника 21. Таким образом, важно, чтобы иметь возможность получить дополнительную информацию, полученную из [18 F] FDG ПЭТ и ДВИ в одновременном образом в процессе эволюции инсульта, так как это может принести существенную информацию о прогрессировании повреждения и воздействия терапевтические вмешательства. Способ описывается здесь легко поддаются использовать с различными ПЭТ индикаторов и последовательностей МРТ. Например, [15 О] H 2 O ПЭТизображений вместе с ДВИ и перфузии-взвешенных изображениях (ИЭС) от МРТ могут быть использованы для дальнейшего изучения развития ишемической полутени и проверить текущие методы в пределах поля изображения инсульт.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Вся обработка животных и процедуры, описанные в данном документе, и в соответствии с исследований животных: Отчетный In Vivo эксперименты (приехать) руководящих принципов, были выполнены в соответствии с протоколами, утвержденными ассоциацией по оценке аккредитации лабораторных животных (AAALAC) Международная аккредитованных Уходу за животными и использование комитета при Университете Калифорнии в Дэвисе. Правильное хирургия не должны приводить к любой признаков боли или дискомфорта у животного, но надлежащие меры должны быть приняты, если эти признаки наблюдаются, в том числе администрации анальгетиков или в некоторых случаях, эвтаназии. На правой стороне животных была выбрана произвольно в одностороннем порядке, описанном.
1. Одностороннее общей сонной артерии (ССА) Лигирование
- Подготовьте стерильную поле с стерилизованных хирургических инструментов и материалов, расположенных удобно. Обеспечить грелку нагревают до 37 ° С с датчиком температуры размещены надежно на площадку. & #160; Будьте уверены, чтобы использовать стерильную драпировку, чтобы покрыть хирургического сайт.
- Обезболить животное (изофлуран, 1-3% в воздухе при 0,5-1 л / мин), и поместите животное в положении лежа на спине с хвостом спиной. Проверьте обезболивания, зажимая палец - это не должно вызывать никакой реакции, если животное правильно наркозом является. Применить глазной мази для глаз.
- Применить депиляции крем для декольте в верхней части грудной клетки, используя ватные тампоны 1-2. Подождите 1-3 мин, а затем удалить волосы с помощью крема и влажные марлевые тампоны или спиртовые. Тампон разрез площадь бетадином по кругу изнутри наружу, а затем изменить в стерильные хирургические перчатки.
- Использование хирургические ножницы, сделать надрез около 1 см по средней линии нижней шеи. Аккуратно отделите наружную оболочку из окружающих фасции с помощью хирургических ножниц.
- Использование двух McPherson микро диафрагмы наложения швов щипцов, отделить правую общую сонную артерию от фасции, заботясь, чтобы не повредить вены или disturBing блуждающий нерв.
- Используя пинцет справа, экстериоризоваться правильный CCA в устойчивом положении. Нанесите несколько капель физиологического раствора, чтобы предотвратить высыхание. Пройдите подходящую длину (2-3 см) 6-0 шелковой нити под правой ОСА, и перевязывать, используя двойную квадратный узел. При желании, лигировать раз с помощью второй длины 6-0 шелковой нити.
- Повторно правильный CCA и очистить лишнюю жидкость из открытия с помощью стерильного тампона губка наконечником. Закрыть разрез с 6-0 шелковой нити. Применение лидокаина местно до 7 мг / кг.
- Разрешить животное, чтобы оправиться от наркоза до амбулаторного (примерно 30 мин) и выполнить пост-хирургического мониторинг до животных не готов к визуализации.
2. Подготовка к визуализации: системы и комплектующие Проверки
- Настройка оборудования и программного обеспечения для систем МРТ и ПЭТ и проверить их функциональность следующим образом. Убедитесь, что все физические соединения надежно закреплены и настройки программного обеспечения, соответствующим образом выбирают.
- Система Гора ПЭТ внутри ствола МРТ, совместив поле ПЭТ и МРТ зрения (FOV) с использованием известных центров осевых смещений. Установите катушку МРТ внутри ствола системы ПЭТ и в центре катушки с системой ПЭТ и магнит центров МРТ.
- Включите ПЭТ электроники для мощности и напряжения смещения (Примечание: шаги варьироваться в зависимости от инструмента). Выполните быстрый (5 мин) сканирование с использованием 68 Ge цилиндр и проверить результат синограмм, чтобы обеспечить все детекторы находятся в рабочем состоянии.
- При желании приобрести данные для использования на матрице преобразования ПЭТ / МРТ для целей совместного регистрации: Заполните трехмерную фантом (например, три заполненные сферы) 200 мкКи 18 F водном растворе и приобрести в течение 15 мин с ПЭТ. Приобретать анатомические данные МРТ: в окне управления Scan, выберите мульти-ломтик несколько эхо-(ММСП) последовательность (см таблицу 1
- Проверьте настройки инфузионный насос и операции. Установите насос 4,44 мкл в минуту, что в 45 мин инфузии постоянной обеспечивает общий объем 200 мкл, типичной рекомендуемый предел для внутривенной инъекции в 20 г животного.
- Проверьте работу нагревателя и подтвердить, что выход температура достаточна, чтобы сохранить животных теплой (37 ° С). Убедитесь, что температура и мониторинг дыхания функционирует в рамках подготовки к размещению животных на кровати животных.
- Проверьте работу О 2 и Н 2 расходомеров (для 0,5 л / мин: O 2 на 57,2 мг / мин и N 2 в 0,575 г / мин) путем подачи питания на обоих с источником сжатого воздуха выходные и O 2 и N 2 Источники на. Чтобы избежать риска повреждения расходомеров, не включайте их на достаточном давлении без ввода.
- Убедитесь, что ИФ Vaporizer достаточно заполнены. До изображений, начать ИФ поток анестезии на 1-2% и от 0,5 до 1 л / мин.
- Подготовка животных кровать, гарантируя, что анестезия, респираторная площадку и систем отопления расположены надежно и функционально. За дополнительной ПЭТ / МРТ точности корегистрацию, координатных меток (например, капиллярных трубок, наполненных РФП в той же концентрации, как для работы с изображениями вводимого) могут быть присоединены к кровати животных в поле зрения.
3. изображений документооборота
После того как все необходимые проверки оборудования будут завершены, перейти к визуализации следующим образом:
- Обезболить животное с изофлуран и вставить в хвостовую вену катетер (28 г игл, ПЭ-10 трубки меньше, чем 5 см), заполненную физиологическим раствором гепарина (0,5 мл гепарина, 1000 USP / мл, в 10 мл физиологического раствора). Потепление животное и / или хвост может повысить точность ввода катетера. При желании поместить каплю клея цианакрилатного на сайте вставкичтобы обеспечить капельницу.
- Перевести животное в подготовленное ложе животных. Убедитесь, что голова животного является безопасным, с верхних резцов обеспечены бар и уха баров зубов на месте, если используется.
- Применить глазной мази для глаз, чтобы предотвратить высыхание. Вставьте ректального термометра зонда. Убедитесь, что температура и показания дыхания функциональны.
- Draw дозу радиотрейсера (около 600 мкКи в 200 мкл), который будет введен в гепаринизированной ПЭ-10 трубки соответствующей длины - около 3 м на 10 ПЭ-трубы и объемом 200 мкл. Подключите один конец этой трубки к шприцу инфузионного насоса, а другой в хвостовую вену катетер линии, заботясь, чтобы не создавать проколы в трубки.
- Слайд кровать животных вперед в отверстие магнита, убедившись, чтобы не нарушить позиционирование катушки МРТ и любые линии или кабели, особенно трубки анестезии. Убедитесь, что центр мозга выравнивается с центрами МР. катушка, ПЭТ системы и МРТ магнит.
- Выполните настройку и согласование катушки МРТ при вращении ручек регулировки на катушке, минимизируя сопротивление (проверьте спецификации катушки) и частоту (300 МГц течение 1 ч при 7 Тесла) несоответствия, наблюдая отображение высокой мощности усилителя.
- (МРТ) После настройки и согласования, приобретают разведчик изображение: выберите редкий последовательность tripilot и запустить последовательность из окна управления Scan. Проверка позиционирование животного, повторяя этапы 3.5 и 3.6, как это необходимо. Сброс прокладки к нулевому значению.
- (МРТ) приобретать локализованный, точка разрешением спектроскопического сканирования (прессе) в объеме в пределах мозга: Запустите последовательность печати (см таблицу 1) в прямоугольный объем с размерами 3,9 мм × 6 мм × 9 мм. Проверьте ширину линии воды, используя команду CalcLineWidth макросъемки. Если полная ширина на половине максимального значения (FWHM) является приемлемым (например, 0,2 частей на миллион), перейдите к шагу 3.10. Если нет, перейдите к шагу 3.9.
- (МРТ) Приобретите поле Карта: Запустите последовательность FieldMap (см таблицу 1). Используйте полученные данные для нескольких ракурсов проекции прокладки в (MAPSHIM), выполнив команду MAPSHIM макро- и выбора линейных и второго порядка (г) 2 местных коррективы. Повторите шаг 3.8.
- (МРТ) Расположите план ломтик для DWI сканирования (см таблицу 1): с помощью геометрии редактора, убедитесь, что приобретение FOV позиционируется получить необходимый объем интерес в головном мозге. Если в результате план ломтик выравнивается по желанию, скопируйте этот план ломтик в окне управления Scan для всех последующих DWI сканирования. Начните приобретения.
- (ПЭТ) С приобретением ПЭТ подготовлены и готовы начать, начать инфузионный насос. После предопределенного задержки, в котором солевой из катетера был введен, начать сбор ПЭТ (см таблицу 1) для того, чтобы захватить ввод РФП. Монитор скорости счета и искать постепенным увеличениемрассчитывает свидетельствует о успешной инъекции.
- После 10-15 мин, инициировать вызов гипоксического одновременно с шагом 3.12. Чтобы начать гипоксического вызов, выключить медицинской воздушный поток и сразу же питание О 2 и Н 2 расходомеров с заранее заданными настройками, чтобы доставить 8% кислорода и 92% азота, а также снизить изофлуран до 0,8%. Не власть на расходомеров без давления на входе.
- (МРТ) В то же время, как шаг 3.12, начинают сбор ДВИ, полученного на стадии 3.10 (сканировать "H1").
- (МРТ) Начало сбора ДВИ (сканировать "H2"), полученного на стадии 3.10, сразу после сканирования H1 завершена. Конец гипоксического вызов, выключения расходомеры, восстановление медицинской воздушный поток, и возвращение ИФ концентрацию до подходящего значения, основанного на физиологическом мониторинге.
- (МРТ) приобретать пост-гипоксия ДВИ сканирование полученного на стадии 3.10. Выключите инфузионный насос после этого завершения осмотра.
- (МРТ) Приобретение Анатomical изображения в осевой и сагиттальной плоскостях. В окне управления Scan - выберите ММСП последовательность (см таблицу 1). Использование геометрии редактора, убедитесь, что приобретение FOV охватывает мозг.
- Удалить животное, вернуться к клетке, когда амбулаторное и отслеживать признаки заболеваемости, эвтаназии, если это необходимо с администрацией СО 2 с последующим смещением шейных позвонков в качестве вторичного метода.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Рисунок 1 демонстрирует результат правильного перевязки общей сонной артерии, до закрытия раны с 6-0 шелковой нити.
В этом способе данные, полученные из изображений сильно зависит от временной постановке эксперимента, который в свою очередь диктует и диктуется экспериментальных ограничений в том числе схем захвата изображений и настройки оборудования. Эти и другие соображения дальнейшего изучения в разделе обсуждения. С протоколу, описанному в данном документе, физическое установки оборудования (фиг.2А) позволяет обеспечить непрерывное приобретение мультимодальный изображения до, во время и после (фиг.2В) быстрое введение гипоксической вызов (фиг.2с).
В этой модели на животных, как и у многих моделей ишемических инсульта, изменения в диффузии обнаруживаются быстро после оскорбление (рис 3A для предстив пример). Как наш метод принципиально не изменит головного HI модели, изменения диффузии могут быть воспроизведены в прочном порядке - 3В демонстрирует растущие процентные различия в АЦП Z (АЦП в Z-направлении) между контралатеральной (не окклюзии, слева) и на той же стороне (окклюзии, справа) стороны мозга,% LR, (N = 6 для сканирования Н2, N = 5 для всех других временных точках). Как и ожидалось, значения АЦП на закупоренной части снижения мозга, травмы прогрессирует. 3С показан пример корональной кусочек из последовательности ДВИ, а также сагиттальный срез, демонстрирующий ограниченного осевого степень FOV (8 мм) Для последовательность, используемая. Подробнее об ограничениях, налагаемых на эхо плоская томография (EPI) последовательности, используемой для DWI описаны в разделе обсуждения. Короче говоря, качество изображения получены с предложенной рамках изображения зависит от характеристик системы и EPI-DWI основе последовательности в particulAR может подвергнуть неоптимальным условия аппаратные или параметры сбора (рис 5B). Это существенные различия наблюдались между базовой и последующих АЦП значений% LR (р <0,05, непарный т Испытайте) предполагает, что это надежный параметр, чтобы допросить, используя нашу экспериментальную установку.
Наряду с изменениями в АЦП, полусферические различия наблюдались в поглощении [18 F] FDG после начала гипоксического вызов и во H2 сканирования (% 11 средняя разность LR, N = 3). В двух из трех случаев, ипсилатерального поглощение [18 F] FDG уменьшилось по сравнению с контралатеральной поглощения после гипоксии (смотри рисунок 4 для типичного примера), хотя это не так во всех случаях, вероятно, из-за изменчивости животных. 5А показан пример, где относительная разница в [18 F] FDG поглощения между двумя полушариями не как ожидалось в одного животного (синий). Рис5A также показывает пример, в котором, в то время как [18 F] FDG поглощение было ожидать следующие качестве гипоксии, животное умерло на конце H2 сканирования.
Рисунок 1. Пример правой общей сонной артерии лигировали с 6-0 шелковой нити. Животное спине с его голова указал на нижней части изображения. Территория вокруг разреза была депилированной, и разрез проводится открытым щипцами для визуализации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2. (А) представитель схема физического расположения оборудование. ПЭТ вставка расположена в отверстии магнита и катушки МРТ, в свою очередь, расположенным в отверстии вставки ПЭТ. Кровать животных, наряду с физиологической мониторинга (дыхание площадки не показаны), анестезии линии, и внутривенный катетер проходит в отверстие, как показано. Пунктирная кольцо обозначает запас прочности для магнитного поля рассеяния -. Это может быть необходимо разместить оборудование с магнитными компонентами за пределами этого региона, но в пределах комнаты МРТ (после всех мер безопасности) (Б) Схема подведения итогов временной прогрессии эксперимента . (С) Типичные результаты начальных изменений в уровне 2 O, доставленных животного сразу после начала гипоксии вызов. В примерно 1 мин, гипоксии может быть достигнуто, как измерено O 2 метра, помещенного в 0,5 л индукции коробки (не показан), на одной линии с системой анестезии. rge.jpg "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3. (А) Пример параметрических АЦП г карты приобретенных в начале и через пост-гипоксии. (Б) график, показывающий разницу LR% в АЦП г от исходного уровня до пост-гипоксии. Звездочки указывают на значительную разницу (р <0,05, непарный т -тесту) по сравнению с исходным значением. Усы означают +/- одно стандартное отклонение. (C) Пример приобретения EPI-DWI (осевых, сагиттальной и 3D видом, чтобы показать степень FOV). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
/ftp_upload/52728/52728fig4.jpg "/>
Рисунок 4. (А) корональной и поперечной кусочек животного показа [18 F] FDG поглощения. ПЭТ изображения на переднем плане, и регистрируются и сливаются с анатомической МРТ изображения в фоновом режиме для визуализации. Данные ПЭТ суммируются для всех кадров. (B) и того же животного, [18 F] FDG время активности кривой для контралатерального полушария (синий) и ипсилатеральном полушарии (красный). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры ,
Кривые Рисунок 5. (А) время активности противоположной (твердой) и ипсилатеральном (пунктирная) полушария [18 F] ФДГ поглощения - показано на той же оси являются примерами неожиданное время [18 F] FDGКривая деятельность (синий) и гибели животных в конце H2 (на 45 мин, зеленый). (Б) ореолов артефактов из-за потенциальных неисправностей РФ аппаратных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
| Параметры изображений Acquistion и приобретение оборудования для | |
| Диффузия МРТ (EPI-DWI) | |
| Время Acqusition | 15 мин |
| Размер матрицы | 256 х 64 |
| Ломтики | 10 |
| FOV | 30 х 14 х 8 мм |
| Размер Voxel | 0,117 х 0,219 х 0,8 мм |
| Эффективное спектральная полоса | 150 кГц |
| TE | 41 мс |
| TR | 3000 мс |
| Средние | 6 |
| К-пространства сегменты | 16 |
| б-значения | 0, 400, 800 сек / мм 2 |
| Анатомические МРТ (ММСП) | |
| Время сбора | 5 мин |
| Размер матрицы | 256 х 256 |
| Ломтики | 16 |
| FOV | 30 х 22 х 12,8 мм |
| Размер Voxel | 0,117 х 0,086 х 0,8 мм |
| TE | 14 мс |
| TR | 1000 мс |
| Средние | 1 |
| Повторения | 1 |
| Точка Решено Спектроскопический Сканирование (ПРЕСС) | 15 лет |
| Размер Voxel | 3,9 х 6 х 9 мм |
| TE | 20 мс |
| TR | 2500 мс |
| Средние | 6 |
| FieldMap | |
| Время сбора | 1 мин 21 сек |
| 1-й ТЕ | 1.49 мс |
| 2-й ТЕ | 5.49 мс |
| TR | 20 мс |
| Средние | 1 |
| ПЭТ Приобретение, гистограмма, Параметры реконструкции и | |
| Изотопный индикатор | [18 F] FDG |
| Скорость инфузии | 4,44 мкл / мин |
| Время сбора | 60 мин |
| Размер изображения на срезе | 128 х 128 |
| Ломтики | 99 |
| Размер Voxel | 0,4 х 0,4 х 0,6 мм |
| Динамический обрамление | 12 х 300 сек |
| Тип Реконструкция | ОС-MLEM (6 подмножества, 6 итераций) |
Таблица параметров импульсной последовательности 1. МРТ для сканирования, описанных в протоколе, и приобретение ПЭТ, гистограммы и параметров реконструкции.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Одновременное анатомическая МРТ, и динамический ДВИ-МРТ и [18 F] Данные ФДГ ПЭТ успешно приобрела у экспериментальных животных во время гипоксического вызов следующей перевязки общей сонной артерии. Это представляет собой мощный экспериментальный парадигму мультимодальных визуализации быстро развивающейся патофизиологии, связанной с ишемическими оскорблений в мозге и может быть легко расширена для изучения других ПЭТ радиоактивные индикаторы (например маркеров нейровоспаление) и последовательностей МРТ, а также влияние интервенционных стратегий во время или вскоре после ишемического вызов.
За успешное выполнение одновременного ПЭТ / МРТ-визуализации при гипоксической вызов в коре головного модели HI, логистика должны быть рассмотрены и методы соответствующим образом скорректированы. Факторы, влияющие на потенциально временную расположение эксперимента, включают, но не ограничиваются ими: 1) источника радиоактивности - в зависимости от РАdiotracer используется, период полураспада радионуклида, и специфические требования активности, это может повлиять на возможное общее число животных отображаемого; 2) расположение номер - это может повлиять на длину трубки, а таким образом введенной дозы, или могут потребоваться дополнительные меры для поддержания вводимую дозу. Это также может иметь небольшое влияние на время достижения равновесия для газовых смесей в трубопроводе анестезии; 3) вес животных - некоторые учреждения может наложить ограничение на общее введенного объема для процедур выживания (например, менее чем 1% от массы тела), в свою очередь, могут повлиять настройки длины трубы и скорости инфузионный насос; 4) трассирующими доставки - болюс, настой или болюс плюс доставка настой можно использовать, как определено радиоиндикаторные фармакокинетики и ожидается, наблюдаемые изменения - последние два особенно полезно следовать динамические изменения 24.
Дизайн протоколов получения изображений ПЭТ и МРТ, особенноLY учитывая ограниченное время, с которой можно работать, является еще одним важным фактором в этом эксперименте. При использовании эхо-планарной томографии (EPI) основе последовательности ДВИ (EPI-DWI), представленная здесь, важные соображения включают в себя сканирование, продолжительность поле зрения, и градиент диффузии взвешивание и направления. При настройке этих параметров, присущих проблемы с РПИ-ДВИ также должны быть решены, в том числе ореолов, сигнал отсева и ограничений рабочего цикла градиент. Использование дыхательных стробирования может быть использован для решения проблем в связи с движением. Таблица 1 описывает параметры, используемые на приобретение МРТ вместе с информацией о ПЭТ оборудования, параметров приобретения и доставки трассирующими параметров. Для количественного определения данных ПЭТ, детектор нормализации должен быть применен. Хотя это и не сделано в нашем случае, дальнейшие шаги могут быть предприняты для достижения более точного количественного, в том числе с использованием коррекции ослабления сегментированные данные МРТ и коррекции разброса. Бывший не могут быть необходимы в небольших животных, как тон Степень ослабления мала и может быть объяснено с помощью аналогичного размера объектов калибровки. В зависимости от последовательности, используемой МРТ, оно также может быть необходимо учитывать любые значительные BOLD воздействие на Т2 * 25. Кроме того, эффект анестезии и газа-носителя на уровень глюкозы в крови, возможно, потребуется учесть при его использовании [18 F] FDG 26.
Проверки должны проводиться для обеспечения нет никаких существенных взаимных помех между системами ПЭТ и МРТ, или между системами обработки изображений и другой аппаратуры, используемых в эксперименте. По нашему опыту, не было никакого существенного различия в качестве изображения ПЭТ или МРТ при приобретении по отдельности или одновременно, хотя мы наблюдали временной потере в отсчетов в системе ПЭТ из-за паразитных сигналов в PSAPD основе детекторов, вызванных быстрым переключением градиента, эффект, который был отмечен другими 12. Другой вопрос был наблюдается РФ нетISE от инфузионного насоса питания нарушая ПЭТ приобретение детектора в результате потери данных. Эта проблема была решена путем замены оригинального адаптера переменного тока с лабораторией качества питания. Еще аппаратные конфигурации ПЭТ / МРТ описаны в литературе, и корректировки этого протокола может потребоваться для размещения уникальных установок 12,27.
Рабочий процесс формирования изображения может быть изменена с целью оптимизации условий для различных последовательностей импульсов МРТ или ПЭТ индикаторов и схем сбора. Например, тяжесть травмы в коре головного модели HI было показано, модулировать, среди прочих условий, продолжительность гипоксии 11. Увеличение длины гипоксического вызов может позволить приобретение данных DWI в тонкой временным разрешением, или обеспечить более надежные полусферических сравнений поглощения для ПЭТ индикаторов. Другие аспекты протокола может быть скорректирован на основе имеющихся ресурсов и персонала. ДляЭкземпляр, операции могут быть расположены в шахматном и идут параллельно сессий визуализации, чтобы уменьшить вариабельность в период между ОСО перевязки и гипоксии.
В этом протоколе, одновременное ПЭТ и МРТ приобретения, в дополнение к физиологической проблемой, накладывает взаимные ограничения друг на друга с точки зрения времени. При оптимизации последовательности EPI-DWI, было установлено, что наличие дополнительных направления диффузии при сохранении качества изображения приведет к увеличению времени захвата за допустимые пределы для выполнения нескольких поглощений во время гипоксического вызов. Таким образом, диффузия градиенты были применены исключительно по оси. Кроме того, адаптация животных моделях с протоколом изображения может потребоваться некоторые модификации - в нашем случае стандартного головного мозга модель ишемии-гипоксии был изменен путем инъекции дополнительной жидкости (0,2 мл) в течение РФП гипоксической вызов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
JM и SW являются сотрудниками компании Genentech.
Acknowledgments
Авторы хотели бы признать Центр молекулярной и геномной изображений Калифорнийского университета в Дэвисе и визуализации отдел биомедицинских в Genentech. Эта работа была поддержана Национальными Институтами Партнерство Исследования Биоинженерия Здоровье номер гранта R01 EB00993.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Surgery | |||
| Surgical scissors | Roboz | RS-5852 | |
| Forceps | Roboz | RS-5237 | |
| Hartman mosquito forceps | Miltex | 7-26 | |
| 2x McPherson suturing forceps, 8.5 cm | Accurate Surgical & Scientific Instruments | 4473 | It is useful to reduce the opening width with a band on the forceps used to hold the carotid artery |
| 6-0 silicone coated braided silk suture with 3/8 C-1 needle | Covidien Sofsilk | S-1172 | |
| Homeothermic blanket system | Harvard Apparatus | 507220F | |
| Super glue | (Generic) | ||
| Hypoxia | |||
| Flowmeter for O2 | Alicat Scientific | MC-500SCCM-D | |
| Flometer for N2 | Alicat Scientific | MC-5SLPM-D | |
| O2 meter | MSA | Altair Pro | |
| Imaging | |||
| 7.05 Tesla MRI System | Bruker | BioSpec | 20 cm inner bore diameter with gradient set. Paravision 5.1 software. |
| Volume Tx/Rx 1H Coil, 35 mm ID | Bruker | T8100 | |
| PET system | (In-house) | 4x24 LSO-PSAPD detectors, 10x10 LSO array per detector, 1.2 mm crystal pitch and 14 mm depth. 14 x 14 mm PSAPD. FOV: 60x35 mm. 350-650 keV energy window. 16 nsec timing window. |
|
| Vessel cannulation Dumont forceps | Roboz | RS-4991 | |
| PE-10 polyethylene tubing | BD Intramedic | 427401 | |
| Infusion pump | Braintree Scientific | BS-300 | |
| Animal monitoring & gating equipment | Small Animal Instruments Inc. | Model 1025 | Only respiration monitoring used |
| Animal bed with temperature regulation | (In-house) |
References
- Donnan, G. A., et al. The Lancet. 371, 1614-1623 (2008).
- 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).
- Vannucci, R. C., Perlman, J. M. Interventions for perinatal hypoxic ischemic encephalopathy. Pediatrics. 100, 1004-1014 (1997).
- Chicha, L., et al. Stem cells for brain repair in neonatal hypoxia–ischemia. Childs Nervous System. 30, 37-46 (2014).
- Barks, J. D. Current controversies in hypothermic neuroprotection. Seminars in Fetal and Neonatal. 13 (1), 30-34 (2008).
- Jantzie, L. L., et al. Neonatal ischemic stroke a hypoxic ischemic injury to the developing brain. Future Neurology. 3, 99-102 (2008).
- James, A., Patel, V. Hypoxic ischaemic encephalopathy. Paediatrics and Child Health. 24 (9), (2014).
- Levine, S. Anoxic ischemic encephalopathy in rats. The American Journal of Pathology. 36 (1), (1960).
- Vannucci, S. J., et al. Experimental stroke in the female diabetic db db mouse. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 21, 52-60 (2001).
- Sheldon, R., et al. Strain related brain injury in neonatal mice subjected to hypoxia ischemia. Brain Research. 810, 114-122 (1998).
- Adhami, F., et al. Cerebral ischemia hypoxia induces intravascular coagulation and autophagy. American Journal of Pathology. 169 (2), 566-583 (2006).
- 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).
- Judenhofer, M. S., et al. Simultaneous PET MRI a new approach for functional and morphological imaging. Nature Medicine. 14, 459-465 (2008).
- 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).
- Judenhofer, M. S., Cherry, S. R. Applications for preclinical PET MRI. Seminars in Nuclear Medicine. 43 (1), 19-29 (2013).
- Wehrl, H. F., et al. Preclinical and Translational PET/MR Imaging. Journal of Nuclear Medicine. 55, Suppl 2. 11S-18S (2014).
- Heiland, S. Diffusion and Perfusion Weighted MR Imaging in Acute Stroke Principles Methods and Applications. Imaging Decisions MRI. 7, 4-12 (2003).
- 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).
- 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).
- 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).
- Planas, A. M. Noninvasive Brain Imaging in Small Animal Stroke Models MRI and PET. Neuromethods. 47, 139-165 (2010).
- Marik, J., et al. PET of glial metabolism using 2-18F-fluoroacetate. Journal of Nuclear Medicine. 50 (6), 982-990 (2009).
- 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).
- Carson, R. E. PET physiological measurements using constant infusion. Nuclear Medicine and Biology. 27, 657-660 (2000).
- Greve, J. M. The BOLD effect. Methods in Molecular Biology. 771, 153-159 (2011).
- 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).
- Delso, G., Ziegler, S. PET MRI system design. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 36, 86-92 (2009).
