Summary
この手順の全体的な目標は、非侵襲的位相コントラスト磁気共鳴イメージングを用いたラットの総頸動脈の血流を測定することです。
Abstract
位相コントラスト mri (PC-) は、血流などの流れ関連パラメーターを定量化することができる非侵襲的アプローチです。以前の研究では、異常血流が全身の血管リスクと関連しているかもしれない示されています。したがって、PC MRI は、適切な臨床研究に心血管疾患の動物モデルから得られたデータの翻訳を促進できます。このレポートでは、シネ ゲート PC MRI を用いたラットの総頸動脈 (CCA) の血流を測定する手順を説明し、関連する分析方法について説明します。この手順では、ライブ、麻酔動物で行うことが、手順の後に安楽死を必要としません。スキャンに提案されたパラメーターは、再現性のある測定結果の優れた再現性を示す血流をもたらします。この資料に記載されている PC mri 検査の手順は、薬理学的試験、病態生理学的評価、および脳循環動態の評価に使用できます。
Introduction
磁気共鳴画像 (MRI) は、体内構造と生理に関する詳細情報を提供し、前臨床動物実験、臨床診断のためにますます使用されている汎用性の高いアプローチです。動物モデルがかなり臨床的意義1の理解を深めるために不可欠です。麻酔の要件および生理学的なパラメーターに関して人間と動物モデルはかなり異なる、このような動物の mri 検査手順の最適化は、重要性を想定しています。
位相コントラスト MRI (PC-MRI) は、血流などの流れ関連パラメーターの定量化に流れるスピンの速度を使用して MRI の特殊なタイプです。PC-MRI、モデル動物を用いた主要な動脈の流れパターンのマッピングに助けることができる心臓血管病理2に光を当てる必要があります。また、PC mri 検査は非侵襲的病態生理学的条件3の血流固有の交替を監視できます。PC MRI が心血管疾患の動物モデルで使用することができます貴重なアプローチであることが示唆されました。
本報告では、ラットの総頸動脈 (CCA) における血流量の定量化手法について述べる。2 つの CCAs 供給酸素を含んだ血液を頭頸部と頚動脈疾患は脳卒中の主な原因。したがって、CCA の初期病理を検出は極めて重要です。この手順は、約 15 分の期間を持って、潜在的血行動態変化、このような動脈硬化や脳卒中との状況に適用できます。
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Protocol
制度的ケアおよび使用委員会 (IACUC) 中国医科大学は、すべてのプロシージャを承認しました。
1. 動物の準備と監視
- 動物用 MRI スキャンを開始する前にスキャナーの部屋の外などの財布、鍵、クレジット カードなど磁気の影響受けやすいオブジェクトはすべてを残します。
- 最初麻酔ラット (2 ヶ月歳雄 Sprague-dawley (SD) ラット, 280-350 g) に応じて、3-5 分間 5% イソフルラン (ISO) と酸素 (2 L/分) の混合物を使用して誘導ボックス。
- 動物はリカンベントと尻尾や足指のピンチに応答を示さない、ISO 管理を中止し、動物をスキャニング ルームに転送します。
- 先頭の腹臥位での MRI ベッドでラットを置き、麻酔を維持するための鼻の円錐形のデバイスを介して 2 〜 3% の ISO を提供します。
- 動物の胴体の下で呼吸器枕センサーを配置することによって呼吸を監視します。
- 呼吸器系と 40-50 ビート/分 (bpm) の間の呼吸のチェック センサーを接続します。
- シネ ゲート PC MRI 買収、右の前足に 1 つの電極を配置し、左後肢足、それぞれ (図 1 a)。
- 心電図検査 (ECG) ケーブルを一緒にねじる。
- 頭部の動きを制限するのには、動物を保護するのに耳バーと一口バー ヘッド ホルダーを使用します。
- 磁石の中に体温を維持するために暖かい空気暖房システムやガーゼのパッドを使用します。
- R 波が (図 1 b)、心電図モニターを明確ことを確認し、スキャナーに動物を配置します。ボリューム コイルによって画像を取得するように動物の首の上に表面コイルを配置する必要はありません。
2. MRI 買収
- イメージ作成手順の全体の間に麻酔を維持するために 2-3% の ISO を使用します。生理反応および可能な限り一定に維持を継続的に監視します。
- 動物はスキャナー内部に配置し、生理学的安定を続けている一度 MRI スキャンを開始します。本研究では 630 mT/m、勾配の強さで 7 T 小動物の MRI 装置を使用、小動物 MRI システムの他の電界強度を使用できます。
- MRI スキャナーのコンソール モニターから「ローカライザー」シーケンスを選択し、高速アクイジション ・ シーケンスがすべて例えば、高速スピンエコー法を使用してコロナ軸、を作成するすべての 3 つの向きに沿ってスカウト画像と矢状面画像を取得.これらの目的のスカウト画像撮像面を決定することです。
- 動物の頭と首の中心は磁石の中心にことを確認します。正しい位置に到達するまで、必要に応じて動物の位置を調整します。動物が移動した場合は、スカウトの画像を得るためにスキャンを繰り返します。
- MRI スキャナーのコンソール モニターから「飛行時間 (tof 型) 血管造影」シーケンスを選択し、CCA の正確な解剖学的位置を確認するために最初の 2D TOF 血管造影を取得します。次のスキャン パラメーターを使用: 繰り返し時間 (TR)/時間 (TE) をエコー = 22/4.87 ms、反転の角度 90 °、視野 (FOV) を = = 40 × 40 mm2、マトリックス サイズ = 256 × 256、スライス厚 0.6 mm、励起 (NEX) の数 = 1。
注: TOF シーケンスの名前は、ベンダー固有かもしれません。ユーザーは、これらのパラメーターを監視コンソールに挿入できます。 - 飽和帯が「オン」、静脈の信号からの干渉を避けるために上に配置ことを確認します。
メモ: 彩度バンドのそれ通常付属 TOF シーケンス。飽和帯は、モニターに表示されない、サービス担当者に連絡してください。 - TOF 血管造影を用いた CCA が見つかったら、CCA のセンターに PC MRI のイメージ面をターゲットし、スライスが (図 2 a) の血流の方向と直角になるように合わせます。
- 呼吸と心電図のゲートの両方のモニター コンピューター (図 1 b) に明確なシグナルを示す MRI 装置に接続され MRI スキャナーのコンソール モニターから"on" 「トリガー モード」にするトリガー モジュールを設定を確認します。
- (図 1 b) 監視コンピューターから PC MRI スキャンを開始する前に、動物の生理が安定していることを確認します。ゲート選択をモニター コンピューターおよび MRI スキャナーのコンソール モニターの両方で「オン」を確認します。
注: 本研究で使用されるシステムを監視する生理学は、ベンダーによって提供されます。ほとんどの動物のスキャナーと同様生理モニタリング システムが提供およびベンダー固有です。 - MRI スキャナーのコンソール モニターから PC MRI シーケンスのシーケンスを選択し、次のパラメーターを使用してゲート PC MRI スキャンを実行: TR/TE=15.55/4.51 ms (最小値 TR と TE)、反転角度 = 30 °、FOV = 40 × 40 mm2、マトリックス サイズ 192 × 192、スライスを =厚さ 2 mm、(VENC) のエンコード速度を = = 120 cm/s、NEX = 8。単一指向性 VENC を面内方向で取得されます。
注: スキャン時間は約 8.5 分ですが実際のスキャン時間は心臓周期の変化による動物の間で異なる場合があります。 - 利益 (率 ROI) の領域が分岐4など、CCA の別の場所に変更する場合は、画像集録の 2.6-2.9 手順を繰り返します。
- スキャナーから動物を削除し、スキャンが完了するとその回復ケージにそれを返します。
- 体温を維持するために加熱ランプ、動物、暖かい。過熱を防ぐためには、動物からランプ、少なくとも 15 cm を保ちます。
- 動物が移動を開始して尻尾や足指のピンチに応答を展示、加熱ランプが消えます。
3. データ処理
- デジタル画像と通信医学 (DICOM) 形式または他のベンダー固有の書式で MRI データを保存します。シネ画像の 2 種類のシリーズを生成: (解剖画像) の大きさの画像と位相画像 (図 2 b)。
注: いくつかのスキャナーの大きさ × 相イメージまたは複雑な違い (異なる流速エンコーディング グラデーションと 2 つの買収の間で複雑な減算) ことができる、画像の 3 番目のタイプが生成されます。3 番目のイメージは、ベンダーによって異なります。 - イメージ データの事前処理します。ひそかな位相速度マップにイメージし、位相オフセット エラー 5を修正します。
注: 位相画像が真の速度値の代わりに信号強度の任意氏ユニットが、MR 信号強度は速度に正比例。位相画像から最大の MRI 信号が通常 VENC の値として割り当てられ、最小信号 VENC の反対の値が割り当てられます。Matlab スクリプトの例の補足コード ファイル 1 を参照してくださいし、「実行」のボタンを押します。 - CCA の境界をトレースして慎重に投資収益率を描きます。動脈が拡張、心臓のさまざまなフェーズ中に構築、各時間枠の Roi を描きます。動脈投資収益率、すなわち速度 × エリアを統合することによって血流量を計算します。各動脈の結果血流は mL/秒の単位であった。Matlab スクリプトの例の補足コード ファイル 2 を参照してくださいし、「実行」のボタンを押します。
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Representative Results
ジオメトリを正しいスライス PC MRI 実験の成功を確保するために極めて重要です。「ラウンド」動脈の形状 (図 3 a) をもたらす正確な平面位置と湾曲が増加、すなわち、それが動脈の小さい垂直のとき結果動脈ジオメトリと卵形、リード部分の大きいボリュームになります。効果 (図 3 b)。重度の部分容積効果血流6、7の過大評価に 。したがって、私たちは動脈の形が卵形の場合、像面の再配置を提唱します。
図 4に代表的なラットから心臓のサイクルが表示されます 1 つの内で血流の時間のコースの内スキャン再現性を変更します。見ることができる血流シストリック段階に達した、両方のセクションの拡張期のフェーズを基準に返します。図 5aと5b継ぎプロット、散布図にそれぞれ表示、同じセッションで 2 つの血液測定測定の間に良い相関を示す間 (R2= 0.7 P < 0.001)。提案のスキャン パラメーター血流結果の優れた再現性を発揮、反復可能な測定を実現します。この特徴は主要な動脈8,9の薬理学的効果をテストで有利かもしれない。
PC MRI は、血流を測定する非侵襲的アプローチは、縦断的監視が必要なプロトコルで有利なことです。図 6時間コースの表示動物の心拍は 2 歳と 4 ヶ月でスキャンし、CCA の血流が大幅年齢に依存することを示すラットの急速な発展を示唆します。血流の定量的評価は循環器系の理解に不可欠な脳卒中や動脈硬化の臨床研究に潜在的に有用なツールになる可能性があります、したがって。
図 1: 動物監視します。右の前足に (、) 心電図の電極と左後肢の足、呼吸枕センサーが動物の胴体下に置かれます。(b)、心電図と呼吸信号がモニターにはっきりと見えます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2: PC, MRI スキャンと代表的な画像の位置の図。TOF 造影像から再構築した矢状面と冠状ビュー上に配置 (、) のスライス。青い線は、CCA の中間点のレベルでイメージ プレーンを示します。(b) 代表的な動物からシネ シリーズの画像の 1 つ時間枠から振幅と位相の画像。赤い矢印は、CCA の位置を示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3: 代表的な大きさのイメージ。(、) イメージング平面が動脈に対して垂直と (b) 画像の平面は垂直非動脈。動脈の形状は、画像平面が動脈に垂直ではない場合、ラウンドから卵形に変わります。赤いボックスで、CCA を含む領域は増幅されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4:代表のラットからの血流内スキャン テストします。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 5:CCA 血流量測定の内セクションの再現性。セクション間を取得 2 血流量測定の比較 (、) 継ぎのプロット。実線破線を描く 95% 信頼区間、2 つの測定の平均値の差を表します。2 血流量測定 (b) 散布プロット。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 6: CCA の血流年齢依存性の変化を示す 2 ヶ月と 4 ヶ月の古い動物で縦方向にスキャンします。
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Discussion
PC MRI は、血流の非侵襲的・縦断的評価の包括的なアプローチです。ラット CCA の PC MRI を実行するためのプロトコルを提案します。この手順は、任意の動物の MRI スキャナーを実行するは簡単です、良い再現性を示します。
PC MRI 技術は人間10,11として動物実験4,12の増加する人気を得ています。これらの研究は、鵬らの結果4彼らのアプローチの類似性のための特に興味深いが現在の仕事の主な違いは、前述の報告 0.31 mm と比べると、0.21 mm の空間分解能の使用。限られた空間分解能スキャン時間を大幅に短縮、結果部分容積効果が特に小さい船6、7のためのフロー定量化を歪むことがあります。測定精度は、もはや 0.21 mm の空間分解能の優先順位のリストに提案された将来の動物研究は、スキャン時間。
非ゲート PC MRI は、そのかなり低いスキャン時間6,13,14,15のため多くの人間研究で血流量測定の代替方法として使用されています。ただし、非ゲート PC MRI 提案されていないラットの心拍数は 400 bpm の高することができます、前臨床試験に使用される動物のシストリックおよび diastolic 段階間の高速交代に 。非ゲート PC MRI は収縮期の段階では、重要な情報を見落とす可能性があります比較的低いフロー値と高いバリエーション7;したがって、前臨床試験に使用される動物の概算の到着のためのみ使用することができます。
多くのスキャン パラメーター PC MRI データの正確な数量にリンクされ VENC はそれらの 1 つ。VENC 過小評価フェーズ エイリアス16が、VENC 価値の高い画像品質17の悪化に 。我々 は通常の SD ラットのために適切である 120 cm/s の VENC 値を使用しました。4種など、血管緊張の変化が予想される場合 VENC 値を最適化してより良いイメージや評価を得ることができるようにください。
特に注目は、信頼性の高い結果を得るためプロトコルの重要なステップに支払わする必要があります。まず、心電図信号による共振回路と MRI の共振周波数の破損を避けるために心電図のケーブルを撚り合わせて勧めします。第二に、小動物の MRI スキャナーの大半はマグネット中の動物の体の温度を維持するために循環温水回路を組み込みます。しかし、流れる水はノイズを紹介し、したがって、ECG 信号と干渉します。したがって、このゲートの PC MRI 研究で、暖かい暖房代わりにゲーティングの品質を改善するために暖かい水循環システムを使用してシステムまたはガーゼのパッドを使用することをおすすめしますします。
それは、この作品は、2 D の PC MRI シーケンスのみ採用されたデータ集録のため注意してください。シネ ・ ゲート 2 D PC MRI の基本技術は、定量化のため血の流れの利点のためスキャン時間の短縮と簡単に標準的なスキャナーで実装する有望なツールとして浮上しています。ただし、2 D の PC MRI 技術によって得られるデータは体積の買収、信頼性の高いストリーム ラインの追跡、乱流などいくつかの重要な情報をそれにより行方不明の不足のために限られました。圧縮センシングとパラレル イメージング18,19 PC MRI をする必要があります高速シネなど詳細の最新技術と 3 D PC MRI パルス シーケンスを時間分解はラット CCA 実験を将来的に実装されています。この改善には、速度分布と流動構造の空間的な特徴への洞察力の提供が可能になります。それにもかかわらず、動物の準備をし、このレポートに表示されるプロトコルの監視は、これらの 4 D PC MRI 技術のまだ適用されます。
結論としては、CCA の非侵襲的な PC MRI を用いたラットの血流を測定するシンプルで信頼性の高い手順を示します。このイメージング法のそれ以上の適用は、薬理、病態生理学的評価、および脳循環動態の評価のテストを含めます。
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Disclosures
開示するものがあります。
Acknowledgments
この作品は、省の科学と技術、台湾、MOST-105-2314-B-039-044-MY2 の許可番号の下からの補助金によって支えられました。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 7T small animal MRI system | Bruker | ||
| Isoflurane | Baxter | 1001936040 | anesthetic |
| ECG lead | 3M | 2269T | |
| Matlab | MathWorks | sofeware for image processing | |
| Monitoring and gating system | SA instruments, Inc | Model 1030 |
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