Summary
El objetivo general de este procedimiento es medir el flujo sanguíneo en la arteria carótida común de rata mediante el uso de resonancia magnética nuclear contraste fase no invasiva.
Abstract
Fase contraste RMN (PC-) es un método no invasivo que puede cuantificar parámetros relacionados con el flujo como flujo de sangre. Estudios previos han demostrado que el flujo anormal de sangre puede estar asociado con riesgo vascular sistémico. Así, PC-MRI puede facilitar la traducción de los datos obtenidos de modelos animales de enfermedades cardiovasculares para las investigaciones clínicas pertinentes. En este informe, describir el procedimiento para medir el flujo sanguíneo en la arteria carótida común (CCA) de ratas usando MRI de PC cine cerrado y discutir los métodos de análisis pertinentes. Este procedimiento se puede realizar en un animal vivo, anestesiado y no requiere la eutanasia después del procedimiento. Los parámetros de análisis propuestos producen mediciones repetibles para el flujo de sangre, que indica la excelente reproducibilidad de los resultados. El procedimiento PC-MRI que se describe en este artículo puede utilizarse para la prueba farmacológica evaluación fisiopatológica y evaluación de la hemodinámica cerebral.
Introduction
La proyección de imagen de resonancia magnética (MRI) es un método versátil que proporciona información detallada sobre fisiología y estructuras internas del cuerpo y cada vez más se está utilizando para el diagnóstico clínico y en los estudios preclínicos en animales. Los modelos animales son vitales para una mejor comprensión de la importante implicación clínica 1. Como modelos animales difieren considerablemente de los seres humanos con respecto a los requisitos de la anestesia y parámetros fisiológicos, optimización de procedimientos de MRI para estos animales adquiere importancia.
MRI de contraste de fase (PC-MRI) es un tipo especializado de resonancia magnética que utiliza la velocidad de flujos tiradas para cuantificar parámetros relacionados con el flujo como flujo de sangre. Con PC-MRI, el mapeo de patrones de flujo en las arterias principales usando los modelos animales puede ayudar a arrojar luz sobre patologías cardiovasculares 2. Además, PC-MRI no invasiva puede monitorizar las alteraciones inherentes en el flujo sanguíneo en condiciones patofisiológicas 3. Estas observaciones sugieren que PC-RM es un método valioso que puede utilizarse en modelos animales de enfermedades cardiovasculares.
En este informe, describimos un método para la cuantificación del flujo sanguíneo en la arteria carótida común (CCA) de las ratas. Los dos sistemas de la fuente la cabeza y el cuello con sangre oxigenada, y la enfermedad de la arteria carótida es una causa importante de accidente cerebrovascular. Por lo tanto, es fundamental detectar la patología temprana en el CCA. Este procedimiento tiene una duración de unos 15 min y puede ser potencialmente aplicado a condiciones con alteraciones de la hemodinámica, tal arterioesclerosis o un accidente cerebrovascular.
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Protocol
El cuidado institucional y comités del uso (IACUC) de la Universidad de Medicina China aprobó todos los procedimientos.
1. animal, preparación y seguimiento
- Dejar todos los objetos magnéticamente sensibles tales como carteras, llaves, tarjeta de crédito, etc. fuera de la sala de escáner antes de comenzar la preparación de animales para la exploración de MRI.
- Inicialmente anestesiar la rata (rata de Sprague-Dawley (SD) macho de 2 meses, 280 – 350 g) en una caja de inducción utilizando una mezcla de 5% isoflurano (ISO) y oxígeno (2 L/min) por 3-5 min, según sea necesario.
- Cuando el animal está recostado y no exhibe respuesta a una pizca de cola o dedo del pie, deje de administración ISO y traslado del animal a la sala de exploración.
- Colocar la rata en la cama de MRI en una posición propensa cefálico y el ISO 2-3% a través de un dispositivo de cono nariz para el mantenimiento de la anestesia.
- Monitor de respiración mediante la colocación de un sensor de almohadilla respiratoria bajo el torso del animal.
- Conecte el sensor a un cheque para la tarifa de respiración entre 40-50 latidos por minuto (bpm) y las vías respiratorias.
- Para adquisición de PC-MRI cine cerrado, colocar un electrodo en la forepaw derecha y pata trasera izquierda, respectivamente (Figura 1a).
- Tuerza los cables de electrocardiografía (ECG).
- Utilice un soporte con barras de oreja y una barra de bocado para fijar el animal para restringir el movimiento de la cabeza.
- Utilice un aire caliente calefacción almohadillas de sistema o una gasa para mantener la temperatura corporal mientras que en el imán.
- Asegúrese de que la onda R es evidente en el monitor de ECG (Figura 1b) y coloque el animal en el escáner. No hay necesidad para colocar la bobina de superficie en la parte superior de cuello del animal como imágenes son adquiridas por la bobina de volumen.
2. resonancia magnética adquisición
- ISO de 2 – 3% de uso para mantener la anestesia durante el procedimiento entero de la proyección de imagen. Monitorear respuestas fisiológicas y mantener lo más constante posible.
- Iniciar las exploraciones de MRI una vez que el animal se coloca en el escáner y sigue siendo fisiológicamente estable. En este estudio, utilizar un animal pequeño de T 7 sistema de MRI con una fuerza del gradiente de 630 mT/m, pero pueden utilizarse otras fuerzas del campo de sistemas de MRI de animales pequeños.
- Seleccione la secuencia de "Localizador" del monitor de la consola del explorador de MRI y adquirir imágenes de scout a lo largo de los tres orientaciones con cualquier secuencia de adquisición de imagen rápido, por ejemplo, el eco de la vuelta rápida, para crear coronal, axial y sagital . El propósito de estas imágenes del explorador es determinar los planos de proyección de imagen.
- Asegúrese de que el centro de la cabeza y el cuello del animal está en el centro del imán. Si es necesario, ajuste la posición del animal hasta alcanzar la posición correcta. Si el animal es colocado de nuevo, repetir la exploración para obtener imágenes de scout.
- Seleccione la secuencia de "tiempo de vuelo (TOF) angiograma" del monitor de la consola del explorador de MRI y adquirir un angiograma TOF 2D para determinar la localización anatómica exacta del CCA. Utilice los siguientes parámetros de análisis: repetición tiempo (TR) / eco tiempo (TE) = 22/4.87 ms, flip ángulo = 90°, campo de visión (FOV) = 40 × 40 mm2, tamaño de matriz = 256 × 256, rebanada de espesor 0,6 mm, con la cantidad de excitación (NEX) = 1.
Nota: El nombre de la secuencia TOF podría ser vendedor-específicas. El usuario puede insertar estos parámetros en el monitor de la consola. - Asegúrese de que la banda de saturación es "on" y se coloca en la parte superior para evitar interferencias de señales venosas.
Nota: Para la banda de saturación, normalmente viene con la secuencia TOF. Si la banda de saturación no aparece en el monitor, por favor notifique a la persona de servicio. - Después de localizar la CCA con el angiograma de la TOF, orientar el plano de la imagen de la PC-resonancia magnética para el centro de la CCA y orientar tales que el segmento es perpendicular a la dirección del flujo de sangre (Figura 2a).
- Asegúrese de que tanto la respiración como gating ECG son conectados al sistema de MRI, mostrando la clara señal en el monitor del ordenador (Figura 1b) y configurar el módulo de disparo que "on" en el "modo de disparo" del monitor de la consola del explorador de MRI.
- Confirman que las respuestas fisiológicas del animal son estables antes de iniciar la exploración de MRI de PC desde el equipo de monitoreo (Figura 1b). Comprobar que bloquea las selecciones "a" en el monitor del ordenador y el monitor de la consola del explorador de MRI.
Nota: La fisiología sistema utilizado en este estudio es proporcionada por el vendedor. Escáneres más animales, los sistemas de vigilancia similar fisiología son proporcionados y vendedor-específicas. - Seleccione la secuencia de secuencia de MRI de la PC desde el monitor de la consola del explorador de MRI y realizar análisis de PC-RM cerradas usando los siguientes parámetros: TR/TE=15.55/4.51 ms mínimo TR y TE, tapa ángulo = 30°, FOV = 40 × 40 mm2, tamaño de matriz = 192 × 192, rebanada espesor = 2 mm, velocidad de codificación (VENC) = 120 cm/s, con NEX = 8. VENC unidireccional es adquirida en la dirección a través de avión.
Nota: El tiempo de exploración es de aproximadamente 8,5 min, pero el tiempo real de exploración pueden variar entre animales debido a la variación en los ciclos cardiacos. - Repita los pasos 2,6 – 2,9 de adquisición de la imagen si la región de interés (ROI) es cambiarse a otra ubicación en el CCA, como a las 4de la bifurcación.
- Quitar el animal del explorador y volver a su jaula de recuperación cuando la exploración haya terminado.
- Caliente al animal con una lámpara de calefacción para mantener la temperatura corporal. Mantenga la lámpara al menos 15 cm del animal para evitar el sobrecalentamiento.
- Cuando el animal empieza a moverse y exhibe una respuesta a una pizca de cola o dedo del pie, apague la lámpara de calefacción.
3. procesamiento de datos
- Guardar datos de MRI en imagen Digital y comunicaciones en medicina (DICOM) formato o cualquier otro formato de vendedor-específicas. Generar series de cine con dos tipos de imágenes: una imagen de magnitud (imagen de la anatomía) y una imagen de fase (figura 2b).
Nota: En algunos exploradores, el tercer tipo de imagen, que podría ser la magnitud x fase de la imagen o el complejo-diferencia (la resta compleja entre las dos adquisiciones con diferentes gradientes de codificación de velocidad), se genera. La tercera imagen es dependiente del proveedor. - Procesamiento previo de los datos de imagen. Encubierta la fase de la imagen en el mapa de la velocidad y corregir el error de offset de la fase 5.
Nota: La imagen de fase tiene una unidad arbitraria de Señor de intensidad de la señal en lugar de valores de velocidad verdadera, pero la intensidad de la señal del Señor es linealmente proporcional a la velocidad. La máxima señal de MRI de la imagen de fase normalmente se asigna como el valor del VENC, y la mínima señal se le asigna el valor opuesto de VENC. Ver archivo de código adicional 1 para un ejemplo de la secuencia de comandos de Matlab y presione el botón de "Ejecutar". - Delinear el ROI cuidadosamente trazando el límite de la CCA. La arteria puede dilatar y construir durante las distintas fases cardiacas, delinear ROIs para cada plazo. Calcular el flujo de sangre mediante la integración sobre el retorno de la inversión, es decir, velocidad x área de la arteria. El flujo de la sangre resultante de cada arteria fue en las unidades de mL/seg. Ver archivo de código suplementario 2 un ejemplo de la secuencia de comandos de Matlab y presione el botón de "Ejecutar".
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Representative Results
Geometría de corte correcta es fundamental para asegurar el éxito del experimento PC-MRI. El posicionamiento del plano de imagen precisa da una forma "redonda" de la arteria (figura 3a), y forma angular aumenta, es decir, cuando es menos perpendicular a la arteria, la geometría resultante de la arteria se convierte en ovoide, llevando a mayor volumen parcial efectos (figura 3b). Efectos de volumen parcial severa daría lugar a la sobrestimación de sangre flujo 6,7. Por lo tanto, abogamos por operaciones de reposicionamiento del plano de imagen si la arteria forma es ovoide.
Reproducibilidad intra-exploración del curso del tiempo los cambios en el flujo sanguíneo dentro de una ciclo cardiaco de una rata representativa se muestra en las figuras 4. Como puede verse, el flujo sanguíneo alcanza su máximo durante la fase sistólica y devuelve a los valores basales durante la fase diastólica para ambas secciones. Figura 5a y 5b muestran un diagrama Bland-Altman y un diagrama de dispersión, respectivamente, entre dos mediciones de sangre en la misma sesión, demostrando una buena correlación entre mediciones (R2= 0,7, P < 0.001). Con los parámetros de análisis propuestos, flujo sanguíneo alcanza mediciones repetibles, demostrando la excelente reproducibilidad de los resultados. Esta característica podría resultar beneficiosa en las pruebas de efectos farmacológicos sobre las arterias principales 8,9.
Como PC-MRI es un enfoque no invasivo para medir el flujo de sangre, puede ser ventajoso en protocolos que requieren seguimiento longitudinal. Figura 6 muestra el curso del tiempo un ciclo cardiaco de un animal analizado a los meses 2 y 4 años de edad y muestra que el flujo de sangre en el CCA es significativamente dependiente de la edad, lo que sugiere un desarrollo rápido en ratas. Estas evaluaciones cuantitativas del flujo de sangre son esenciales para una mejor comprensión del sistema circulatorio y por lo tanto, pueden convertirse en una herramienta potencialmente útil en estudios preclínicos en accidente cerebrovascular y la aterosclerosis.
Figura 1 : Control de animales. (un) ECG electrodos se colocan en la forepaw derecha de la pata trasera izquierda y el sensor de almohadilla respiratoria se coloca bajo el torso del animal. (b) señales respiratorias y el ECG son claramente visibles en el monitor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Ilustración de la posición del PC-IRM e imágenes representativas. (un) segmento posicionamiento en la reconstruida vistas sagitales y coronales de la angiografía TOF. La línea azul indica el plano de imagen a nivel del punto medio de la CCA. (b) imágenes de magnitud y fase de un marco de tiempo de las imágenes de cine de la serie de un animal representativo. Flechas rojas indican ubicación CCA. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : Imágenes de magnitud representativa. (un) plano de la proyección de imagen es perpendicular a la arteria y (b) proyección de imagen plano no perpendicular a la arteria. La forma de la arteria cambia de redonda a ovoide si el plano de proyección de imagen no es perpendicular a la arteria. El área que contiene el CCA se amplifica en la caja roja. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Prueba de Intra-análisis del flujo de sangre de una rata representante. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 : Reproducibilidad Intra-sección de mediciones de flujo de sangre CCA. (un) Bland-Altman parcela comparar dos mediciones de flujo de la sangre adquiridas entre secciones. La línea continua representa la diferencia media entre dos mediciones mientras que líneas discontinuas representan el intervalo de confianza de 95%. parcela (b) dispersión de las mediciones de flujo de dos sangre. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6 : Exploración longitudinal en un animal de 2 meses y 4 meses - de edad mostrando cambios dependientes de la edad en el flujo sanguíneo en el CCA.
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Discussion
PC-MRI es un enfoque integral para la evaluación no invasiva y longitudinal del flujo de sangre. Presentamos un protocolo para realizar PC-MRI de la rata CCA. Este procedimiento es fácil de realizar en cualquier animal explorador de MRI y demuestra buena reproducibilidad.
La técnica de PC-RM ha ganado creciente popularidad en humano 10,11 , así como los estudios en animales de 4,12. Entre estos estudios, resultados de Peng et al. 4 es de particular interés debido a la semejanza de su enfoque, pero la gran diferencia en el trabajo actual es el uso de la resolución espacial de 0,21 mm, comparada con la de 0,31 mm en el citado informe. La limitada resolución espacial reduce significativamente el tiempo de exploración, pero el efecto de volumen parcial resultante puede sesgar la cuantificación de flujo, especialmente para los más pequeños vasos 6,7. Puesto que la exactitud de la medida está en la lista de prioridades, una resolución espacial de 0,21 mm con largo tiempo de exploración es sugerido los estudios en animales en el futuro.
PC-MRI cerrado no está siendo utilizado como un método alternativo de medición de flujo de sangre en muchos estudios en humanos debido a su mucho menor exploración tiempo 6,13,14,15. Sin embargo, PC-MRI no cerrada no se sugiere en los animales utilizados para los ensayos pre clínicos como el ritmo cardíaco de las ratas puede ser tan alto como 400 bpm, llevando a la rápida alternancia entre fases de sístole y diástole. PC-RM cerrada no puede pasar por alto información crucial durante la fase sistólica, dando por resultado relativamente más bajos valores de flujo y variaciones más 7; por lo tanto, sólo se puede utilizar para llegar a valoraciones ásperas en los animales utilizados para los ensayos pre clínicos.
Muchos parámetros de digitalización están vinculados a cuantificaciones precisas de datos PC-MRI y VENC es uno de ellos. Subestimación de VENC causa fase aliasing 16 pero un valor VENC conducirá a un deterioro en la calidad de imagen 17. Se utilizó un valor VENC de 120 cm/s, que es apropiado para ratas adultas normales del SD. Cuando se esperan cambios en el tono vascular, tales como diferentes especies 4, el valor VENC debe optimizarse que mejores imágenes o evaluaciones pueden ser adquiridas.
Debe prestarse especial atención a los pasos importantes del protocolo para obtener un resultado confiable. En primer lugar, para evitar circuitos resonantes y la corrupción de frecuencia resonante de MRI de la señal ECG, se sugiere a trence los cables de ECG. En segundo lugar, la mayoría de escáneres de MRI animales pequeños incorporan un circuito de agua caliente circulante para mantener la temperatura corporal del animal mientras que en el imán. Sin embargo, el agua que fluye introduce ruido y, por lo tanto, interfiere con la señal de ECG. Así, en este estudio PC-RM cerrada, se sugiere utilizar un aire caliente calefacción almohadillas sistema o gasa en lugar de utilizar el sistema de circulación de agua caliente para mejorar la calidad bloquea.
Cabe señalar que, en este trabajo, sólo una secuencia de PC-RM 2D fue empleada para adquisición de datos. La técnica básica de PC 2D barrio cerrado cine-RM se ha convertido en una herramienta prometedora para la cuantificación del flujo de la sangre debido a las ventajas de reducción del tiempo de escaneo y fácil de implementar en escáneres estándar. Sin embargo, datos obtenidos por la técnica de MRI PC 2D son limitados debido a la falta de adquisiciones volumétricas y optimizada confiable de seguimiento, lo que falta información importante como flujo turbulento. Tiempo-resolved 3D PC-pulso secuencias de RM con técnicas de vanguardia más acelerado cine QUE PC-RMN con comprimidos de detección paralela de 18,imagen19 debe ser implementan en un futuro experimentos CCA de rata. Esta mejora permitirá el suministro de información sobre aspectos espaciales de la distribución de velocidad y estructuras de flujo. Sin embargo, la animal, preparación y seguimiento de protocolos presentados en este informe son todavía aplicables en estas técnicas de PC-MRI 4D.
En conclusión, demostramos un procedimiento sencillo y fiable que mide el flujo de sangre en la rata usando PC-MRI no invasivo de la CCA. Otros usos de este método de proyección de imagen incluyen pruebas de efectos farmacológicos, evaluación fisiopatológica y evaluación de la hemodinámica cerebral.
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Disclosures
No hay nada que revelar.
Acknowledgments
Este trabajo fue financiado por becas del Ministerio de ciencia y tecnología de Taiwán, bajo el número de MOST-105-2314-B-039-044-MY2.
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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