Summary
마이크로코일을 이용한 초고장 자기 공명 현미경검사법(MRM)을 이용하여 고공간 분해능에서 생물학적 조직을 연구하는 프로토콜이 제시된다. 마이크로코일을 특성화하기 위한 단계별 지침이 제공됩니다. 마지막으로, 이미징의 최적화는 식물 뿌리에서 입증됩니다.
Abstract
이 프로토콜은 MR 현미경(MRM)이라고도 하는 고해상도 자기 공명 영상(MRI)을 위해 설계된 생물학적 샘플과 결합된 솔레노이달 마이크로코일을 위한 신호 대 잡음 비(SNR) 교정 및 샘플 준비 방법을 설명합니다. 그것은 메디카고 트런카툴라 뿌리 샘플에서 입증 된 전 임상 MRI 분광기에서 사용될 수있다. 마이크로코일은 RF 공진기의 크기를 관심 샘플 크기와 일치시켜 감도를 높여 주어진 데이터 수집 시간에 더 높은 이미지 해상도를 가능하게 합니다. 비교적 간단한 설계로 인해 솔레노이드 마이크로코일은 간단하고 저렴하며 시료 요구 사항에 쉽게 적응할 수 있습니다. 체계적으로, 우리는 참조 솔루션을 사용하여, 새로운 또는 가정 내장 마이크로 코일을 보정하는 방법을 설명합니다. 교정 단계는 다음과 같습니다: 견과류 곡선을 이용한 펄스 전력 결정; RF 필드 균질성의 추정; 표준 펄스 시퀀스를 사용하여 볼륨 정규화된 신호 대 잡음 비율(SNR)을 계산합니다. 작은 생물학적 시료에 대한 샘플 준비에 중요한 단계뿐만 아니라 자기 감수성 차이와 같은 가능한 완화 인자를 논의합니다. 최적화된 솔레노이드 코일의 응용 은 루트 샘플의 고해상도(13 x 13 x 13 μm3, 2.2 pL) 3D 이미징으로 입증됩니다.
Introduction
자기 공명 화상 진찰은 인간에서 단세포1,2,3에구역 수색하는 다양한 생물학적 표본을 비침습적으로 이미지화하는 다목적 도구이다. 의료 영상 응용 프로그램에 대한 MRI 스캐너는 일반적으로 1.5 T ~ 3 T의 필드 강도를 가진 자석을 사용하지만, 단일 셀 응용 프로그램은 훨씬 더 높은 필드 강도1,3,4에서이미지된다. 백 마이크로미터 이하의 해상도에서 표본을 연구한 연구는 자기 공명 현미경 검사법(MRM)5라고합니다. 그러나 MRM은 다른 사용 가능한 현미경 검사법 또는 이미징 기술(예: 광학 현미경 검사법 또는 CT)에 비해 낮은 신호 대 잡음 비(SNR)를 앓고 있습니다. SNR6을최적화하기 위해 몇 가지 방법을 추구할 수 있습니다. 한 가지 방법은 더 높은 자기장 강도를 사용하는 반면, 상호 보완적인 접근 방식은 개별 샘플에 대한 신호 검출기를 최적화하는 것입니다. 후자의 경우 감지기의 치수를 관심 샘플의 치수에 맞게 조정해야 합니다. 직경이 ≈0.5-2mm인 작은 샘플(예: 루트 조직)의 경우, 마이크로코일은 SNR이 코일 직경6,7에반비례하기 때문에 유용합니다. 전용 마이크로코일8을사용하여 동물 세포에서 7.8 x 7.8 x 15 μm3의 해상도를 달성하였다. 다양한 마이크로코일 유형이 존재하며, 평면 및 솔레노이드 코일은 응용 및 조직 형상9에따라 가장 일반적으로 사용된다. 평면 코일은 표면에 가까운 높은 감도를 가지므로 얇은 조각의 응용 제품에 유용합니다. 예를 들어, 이미징 을 위해 특별히 설계된 방법은 평면 마이크로코일(10)에대해 설명되었다. 그러나 평면 코일은 감도가 높고 잘 정의된 기준 펄스 전력이 없습니다. 원통형인 솔레노이드 코일은 더 넓은 적용 영역을 가지며 두꺼운 시료에 더 선호됩니다. 여기서, 우리는 솔레노이드 코일의 특성, 마이크로코일 MRI에 대한 샘플을 준비하는 프로토콜뿐만 아니라 솔레노이드 마이크로코일(도1A)의보정을 설명한다.
솔레노이드 코일은 코르크 스크류와 같은 전도 와이어 코일로 구성되어 있으며, 샘플을 들고 있는 모세관주위(도 1B). 마이크로코일 어셈블리는 에나멜 구리 와이어, 커패시터 구색 및 부품을 납땜에 적합한베이스(도 1B)만사용하여 구성할 수 있다. 가장 큰 장점은 단위 볼륨 당 SNR 및 B1 필드 균질성 측면에서 좋은 성능 특성과 결합 된 단순성과 저렴한 비용입니다. 시공의 용이성은 코일 설계 및 형상을 빠르게 반복할 수 있게 해줍니다. 솔레노이드 마이크로코일 설계 및 프로브 특성화(즉, 다양한 코일 기하학에 대한 전자이론, 워크벤치 측정 및 분광계 측정)의 특정 요구 사항은7, 11,12,13,14에서광범위하게 설명되었다.
솔레노이드 코일은 다른 곳에서 설명된 지침에 따라 원하는 치수에 대한 설계 규칙을 염두에 두어 제작할 수 있다15,16. 이 특정 한 경우, 코일은 1.5 mm의 내경으로 사용되었으며, 에나멜 구리 와이어로 만들어졌으며 직경 0.4mm, 외경 1.5mm의 모세관 주위에 반복되었습니다. 이 솔레노이드는 튜닝 커패시터(2.5 pF), 가변 매칭 커패시터(1.5-6 pF) 및 구리 연결와이어(도 1A, 1C)로구성된 회로가 만들어지는 베이스 플레이트에서 유지된다. 튜닝 커패시터는 950MHz의 원하는 공진 주파수를 달성하기 위해 선택되며, 일치하는 커패시터는 50 옴의 임피던스에서 최대 신호 전송을 달성하기 위해 선택된다. 커패시터가 클수록 더 미세한 조정이 가능합니다. 정기적인 동작에서는 프로브 베이스의 커패시터를 사용하여 튜닝 및 매칭이 수행됩니다. 조립된 마이크로코일은 자석에 삽입할 수 있도록 프로브에 장착해야 합니다. 시스템에 따라 추가 홀더가 필요할 수 있습니다. 여기에서는 22.3 T 자석 조합과 브루커 콘솔 Avance III HD를 Micro5 프로브와 결합하여 사용합니다. 이 경우, 프로브의 1H채널(도 1A)에연결하는 데 필요한 연결을 갖춘 수정된 지지 인서트를 사용했습니다.
코일의 감수성 매칭 설계에는 침윤성 불일치를 줄이기 위해 침윤액이 있는 저수지가 포함되어 있으며, 구리 코일에서 발생하는 것은샘플(17)에근접한 것으로 발생한다. 저수지는 코일을 감싸고 포블린으로 채워진 플라스틱 주사기로 만들어졌습니다. 불피성 액체가 코일을 둘러싸야 하므로 시료의 사용 가능한 직경은 외지름을 1mm로 감소시킵니다. 시료 의 변화를 용이하게 하기 위해, 시료는 외지 1mm, 내경 700 μm의 모세관에서 제조하였다. 샘플 준비에 필요한 도구는 그림 2A에표시됩니다.
기본 실험 MR 매개 변수는 그라데이션 시스템, 필드 강도 및 콘솔을 포함하여 사용되는 시스템의 하드웨어에 크게 의존합니다. 여러 매개 변수는 시스템 성능을 설명하는 데 사용할 수 있으며, 그 중 90° 펄스 길이와 전력, 단위 부피당 B1-균질성 및 SNR(SNR/mm3)이가장 실질적으로 관련이 있습니다. SNR/mm3은 동일한시스템(18)에서다른 코일의 성능을 비교하는 데 유용합니다. 시스템 간 하드웨어 차이가 존재할 수 있지만 벤치마킹 프로토콜을 균일하게 적용하면 시스템 성능 비교도 용이하게 됩니다.
이 프로토콜은 교정 및 샘플 준비에 중점을 둡니다. 솔레노이드 마이크로코일의 성능의 단계별 특성이 표시됩니다: 90° 펄스 길이 또는 전력을 보정; RF-필드 균질성 평가; 단위 볼륨당 SNR 계산(SNR/mm3). 팬텀을 이용한 표준화된 스핀 에코 측정은 코일 설계의 비교를 용이하게 하기 위해 설명되어 있어 고유한 응용 분야의 최적화를 가능하게 합니다. 마이크로코일에 특이적인 팬텀 및 생물학적 표본 샘플 제제가 설명되어 있습니다. 이 프로토콜은 시판되는 마이크로이미징 시스템을 갖춘 적합한 좁은 보어(≤60mm) 수직 자석에 구현될 수 있다. 다른 시스템의 경우 지침역할을 할 수 있으며 일부 조정과 함께 사용할 수 있습니다.
MRI 측정을 위한 생물학적 표본 준비는 일반적으로 표본이 가능한 한 온전한 것으로 심계되기 때문에 매우 광범위하지 않습니다. 그러나, 생물학적 조직의 공기 공간은 자기감수성(19)의차이로 인해 이미지 아티팩트를 유발할 수 있다. 자기장강도(20)가증가함에 따라 효과가 증가한다. 따라서, 공기 공간은 높은 필드 강도에서 피해야 하며, 조직 주위의 공기를 피하고 조직 구조 내의 공기 공간을 제거하기 위해 액체에 샘플의 침수를 요구할 수 있다. 특히, 마이크로코일이 사용될 때, 원하는 견본 조직의 절제가 필요할 지도 모릅니다, 적당한 액체에 그것을 잠수하는 선행. 이것은 미리 절단된 모세관에 견본의 삽입에 선행되고, 마지막으로 모세관 왁스로 모세관을 밀봉합니다. 접착제, 화염 밀봉 또는 대안 대신 실란트로 왁스를 사용하면 샘플을 쉽게 추출할 수 있습니다. 이 절차는 메디카고 트런카툴라, 작은 콩류 식물의 뿌리에 입증된다. 이 프로토콜의 장점은 MRI 측정 중에 샘플이 파괴되지 않기 때문에 광학 현미경 검사법을 사용하여 MRI 데이터를 후속 공동 등록할 가능성이 있습니다.
제시된 프로토콜은 시투 측정에서 높은 공간 해상도에 적합하며, 보다 정교한 설계를 통해 생명 유지 시스템과 관련된 문제를 해결해야 하는 생체 내 샘플을 이미징할 수 있습니다.
Protocol
참고: 이 프로토콜은 1.5mm 내지름(ID) 솔레노이드 코일(그림1)의코일 특성의 사용 및 평가 절차를 설명합니다. 프로토콜을 입증하는 데 사용되는 코일은 감수성과 일치하는 저장소에 보관되지만 프로토콜은 타의 추종을 불허하는 코일에 동일하게 적용됩니다. 프로토콜은 다른 크기와 다른 분광계 설정에 적응될 수 있다.
1. 참조 샘플 준비
- 감도 기준 용액의 100mL를 준비하려면 156.4 mg의 CuSO4∙5 H2O를 D2O의 80mL로 100mL GL45 플라스크에 함유한다. 구리 황산염은 T1과 T2 휴식 시간을 모두 감소시켜 더 빠른 측정을 가능하게 하며, D2O는 방사선 감쇠 및 포화 효과를 방지합니다. 고체가 완전히 녹을 때까지 수동으로 저어줍니다.
- 1 g/L CuSO 4(무수, 6.3 mMM)의 최종 농도를 위해 탈이온화된 물을 사용하여 100mL로 부피를 조절합니다. 이 농도는 T1과 T2 이완을 단축하기에 충분하지만 강수량에 의해 영향을받을 너무 높지 않습니다. 참조 샘플을 밀봉하여 H2O: D2O의 비율을 변경하지 않도록 합니다.
- 선택적으로 프로브를 네트워크 분석기에 연결하여 코일이 원하는 공명 주파수에서 공명하는지 테스트합니다. S11 반사도 테스트를 수행하여 Haase 외14에의해 상세히 설명된 바와 같이 튜닝 및 Q-계수 측정에 의해 달성된 주파수 범위를 측정한다. 마이크로코일을 공동 축 케이블을 사용하여 네트워크 분석기에 연결합니다. 필요한 경우 BNC 어댑터 케이블을 사용합니다.
- 코일이 설계되는 의도된 자기장 강도에 따라 네트워크 분석기의 중심 주파수를 원하는 공진 주파수로 설정합니다. 다음으로, 스윕 폭을 10MHz로 설정합니다.
- -7 dB 수준에서 중심 주파수및 주파수 f1 및 f2에서 반사도 레벨을 기록합니다. 하세 외14에 따라 -7 dB 수준에서 Q 계수를 계산하려면 이것들을 사용하십시오.
2. 샘플 준비
- 코일 교정을 위한 기준 샘플을 준비하는 경우, CuSO4 용액 1mL을 스테레오현미경으로 시계 유리 접시에 옮기.
- 생물학적 시료를 준비하는 경우, 1mL의 퍼플루오로데칼린(PFD)을 스테레오현미경아래 시계 유리로 옮기면 시료를 침수하는 데 사용된다. PFD는 생물학적 세포에 들어가지 않고 시편의 공기 공간을 채울 수 있는 것으로 사용된다. 그것은 또한 양성자 MRI에 의해 관찰 할 수 없습니다. PFD가 필요하기 전에 증발 손실을 방지하기 위해 페트리 접시 뚜껑으로 시계 유리를 즉시 덮습니다.
참고 : PFD는 매우 휘발성이 높고 강력한 장기 온실 가스(21)입니다. 산소 용해 특성과 낮은 점도가 필요하지 않은 경우 관찰 가능한 1H 신호를 제공하지 않지만17으로빨리 증발하지 않는 퍼플루오로에테르인 Fomblin으로 대체 될 수 있습니다. - 크기에 적합한 외부 직경의 모세 혈관을 잘라, 마이크로 코일 홀더 (18mm)의 직경 내부에 맞게 재배치(도 1C). 세라믹 커터를 사용하여 10-12mm마다 절개를 하고 절개 지점에서 조심스럽게 분해합니다.
- 기준 샘플을 준비하는 경우 핀셋과 스테레오 현미경을 사용하여 시계 유리 내부의 CuSO4 용액표면과 접촉하여 미리 절단된 모세관을 가져와 모세관 작용이 모세혈관을 채우도록 합니다.
- 생물학적 샘플을 준비하는 경우 핀셋과 스테레오 현미경을 사용하여 시계 유리 내부의 PFD 표면과 접촉하여 미리 절단된 모세관을 가져와 모세관 작용이 모세관을 완전히 채울 수 있게 합니다. 모세관을 시계 유리에 놓아 완전히 물에 잠기게 됩니다.
- 조심스럽게 허라이트 토양 교체와 같은 성장 기판에서 5 주 된 전체 뿌리 시스템을 추출합니다. 뿌리 샘플을 조심스럽게 청소하십시오. 핀셋을 사용하여 큰 토양 입자를 제거하고 작은 입자가 있는 경우 증류수로 뿌리 시스템을 세척하여 제거하십시오. 사진: 향후 참조에 필요한 경우 사진. 메스를 사용하여 리조시스가 없는 섬유질 뿌리의 작은 부분을 선택하고 절제합니다.
- 진공 처리를 위해 적절한 고정 용액을 포함하는 1.5 mL 튜브에 샘플을 배치하십시오. 튜브 캡을 꺼뜨린 다음 튜브의 개구부를 밀봉하기 위해 파라필름으로 튜브를 밀봉합니다. 그런 다음 튜브의 환기를 허용하는 날카로운 도구로 필름에 구멍을 뚫습니다.
- 샘플 튜브를 진공 챔버에 놓고 챔버를 밀봉하고 실험실 멤브레인 진공 펌프를 챔버에 연결합니다. 생물학적 샘플 내에서 공기 포켓의 존재를 줄이기 위해 시료를 최대 30분 동안 진공 처리하도록 합니다. 시료에서 기포가 보이지 않을 때 진공 처리를 중단합니다.
- 스테레오 현미경을 통해 보는 동안, 핀셋을 사용하여 이전에 준비된 침투 매체에 샘플을 잠수하십시오. 잠재적인 파편 샘플을 세척합니다.
- 핀셋을 사용하여 모세관에 샘플을 삽입하고 모세관과 시료는 모두 완전히 침수되어 기포가 포함되지 않도록 합니다. 푸시로드(도2B)로작은 모세관 또는 주사기 바늘 끝을 사용한다.
- 핀셋을 사용하여 중간 시계 유리에서 샘플 모세관을 가져 가라. PFD의 경우 페트리 접시 뚜껑을 덮습니다.
- 티슈 페이퍼를 미세한 점으로 모양을 만들고 모세관의 양쪽 끝에서 액체 의 약 1mm를 제거하는 데 사용합니다.
- 왁스 펜을 사용하여 소량의 모세관 왁스를 녹입니다. 양쪽에 왁스를 바르습니다. 왁스가 굳어지면 불투명하게 변합니다. 모세관(도2C)에서기포를 제외하십시오.
참고: 완제품이 냉각될 때 캐비테이션 포켓뿐만 아니라 폭발성 끓는 원인이 될 수 있으므로 왁스 나 모세관과 과열되지 마십시오. - 그 후, 메스를 사용하여 모세관의 외부에서 여분의 왁스를 긁어 미세 한 티슈 페이퍼로 깨끗하게 닦아.
3. 샘플 장착
- 스테레오현미경 아래에 마이크로코일을 놓고 핀셋을 사용하여 샘플을 삽입하면서 마이크로코일을 안정적으로 유지합니다(도2D).
- 막대를 사용하여 솔레노이드 코일 내부의 모세관을 슬라이딩하여 마이크로코일의 샘플을 중심으로 합니다.
- 선택적으로 접착제 테이프를 적용하여 모세관의 위치를 수정합니다.
- 유두를 검사하여 유창물 코일 내부에 기포가 보이지 않도록 검사하여 감수성 차이로 인한 MR 신호 파괴를 방지합니다.
- 마이크로코일을 똑바로 유지하면서 프로브 베이스의 소켓에 마이크로코일을 부착한다(도3A,3B).
- 그라데이션의 수냉 커넥터를 프로브베이스(그림 3C)와일치시키면서 마이크로코일 위로 삼중축 그라데이션 코일을 조심스럽게 밀어낸다. 프로브 베이스의 나사 스레드를 돌려 그라데이션을 제자리에 고정합니다.
참고: 이 단계는 Micro5 프로브에만 적용됩니다. Micro2.5 또는 Biospect와 같은 다른 시스템의 경우 그라데이션은 코일보다 별도의 소켓에 있습니다.
4. 코일 특성 결정
- 코일이 처음으로 테스트되는 경우 참조 샘플 솔루션을 사용하여 전력 보정 및 B1 균질성 테스트에 유용한 균일한 샘플을 만듭니다. 코일 와이어로 인한 잠재적 감수성 문제는 이 참조 샘플로 쉽게 테스트될 수 있습니다.
- 프로브를 자석에 삽입하고 필요한 케이블을 연결하십시오: RF 전송/수신 케이블, 수냉선, 써모커플 케이블 및 공기 냉각 라인.
- 물 냉각 장치에 원하는 수냉 온도(권장 298K)를 설정합니다.
- 목표 온도(298K)와 대상 가스 흐름(300 L/h)을 설정합니다. 다른 코일 설계 또는 샘플 부피의 경우 가스 흐름이 다를 수 있습니다. 이는 온도 제어 시스템이 있는 시스템에만 적용됩니다.
참고: 다음 단계는 새로운 코일(홈 내장) 코일을 테스트할 때만 필요합니다. - 50 Ω 공진 주파수를 중심으로 적절한 폭폭(400MHz)을 가진 네트워크 분석기에 50 Ω 공동 축 케이블을 사용하여 프로브를 연결합니다.
- 프로브 베이스에 존재하는 가변 일치 및 튜닝 커패시터를 조정하여 공진 모드를 관찰합니다.
- 공진 모드를 원하는 주파수와 조정하고 일치시려면 조정합니다.
- 선택적으로 네트워크 분석기에서 코일 품질 계수(Q-factor)를 결정합니다. 품질 계수를 얻는 한 가지 방법은 -7 dB(즉, Q =fc/(f 1 - f2)14에서반사 딥의 폭으로 중앙 주파수(fc)를결합하고 분할하는 것이다. FC를 자석의 작동 주파수로 설정하고 f1 및 f2는 각각 f c의-7 dB 포인트와 오른쪽으로 설정됩니다. 일부 네트워크 분석기에는 Q-factor 결정이 내장되어 있습니다.
- 일반적으로 흔들림 곡선이라고 하는 스캐너에서 반사검사를 시작하고 필요에 따라 튜닝 및 일치를 조정합니다. 튜닝 및 일치 커패시터를 새로운 코일에 대한 범위의 중간점에 설정하는 것이 좋습니다. 따라서 높은 스펙트럼 스윕 너비로 시작합니다. 경우에 따라 네트워크 분석기에서 자석 외부의 코일을 조정하고 일치하는 것이 더 편리할 수 있습니다.
- 사용 가능한 경우 이미징 프로브의 가장 큰 볼륨 코일에 대한 심 파일을 선택합니다. 이전에 사용되었던 코일에서 시작하는 경우 사용 가능한 심 파일을 사용합니다. 두 옵션을 모두 사용할 수 없는 경우 0으로 설정된 모든 심 값부터 시작합니다.
- 이미징 소프트웨어(예: ParaVision)에서 사용할 수 있는 경우 마이크로코일에 대한 올바른 코일 구성을 선택합니다. 그렇지 않으면 시스템 설명서에 따라 코일의 사양(예: 단일 튜닝 또는 이중 조정)과 일치하는 새 코일 구성을 만듭니다. 이 연구에서 사용되는 이 솔레노이드 마이크로코일에 대한 안전 한계에 대한 추정은 1.5mm 의 내경을 가진 1W 피크 파워와 1mW 연속 전력에서 1 ms입니다.
주의: 마이크로코일에 필요한 소형 커패시터(일반적으로 크기 1mm)는 고전압에 의해 매우 민감하고 쉽게 손상됩니다. 자동화된 펄스 전력 측정은 비표준 코일과 함께 작동하지 않을 수 있으며, 너무 높은 힘은 코일 또는 분광계의 다른 부분에 손상을 줄 수 있습니다. 따라서 수동 조정이 권장됩니다. - 코일에 대한 올바른 RF-전원의 표시를 얻기 위해 새로운 코일에 대한 견과류 곡선을 기록(도 4). 코일에 대한 안전 한계가 알려지지 않은 경우 0.6W의 낮은 펄스 전력에서 10 μs로 시작하여 신호가 나타날 때까지 펄스 길이를 한 번에 1 μs씩 천천히 증가시합니다.
- 그라데이션 인코딩이 없는 경우 FID 실험을 사용하면 펄스 전력을 일정하게 유지하면서 RF 펄스 길이를 체계적으로 다릅니다. 이상적인 펄스 길이는 신호 강도가 최대값에 도달하는 펄스 길이입니다. 새 코일을 테스트하는 경우 먼저 매우 낮은 전력으로 10 μs 펄스를 사용하고 펄스 전력을 점차적으로 증가시시작합니다.
참고: 코일 특성과 분광계의 조합에 대해 전력이 예상보다 훨씬 높은 경우 이미 잘못된 공진 모드가 선택되었음을 나타냅니다. - 솔레노이드 코일과 같은 균일한 B1-필드가있는 코일의 경우 신호 강도가 022로감소하는 180° 펄스를 결정합니다.
- 그라데이션 인코딩이 없는 경우 FID 실험을 사용하면 펄스 전력을 일정하게 유지하면서 RF 펄스 길이를 체계적으로 다릅니다. 이상적인 펄스 길이는 신호 강도가 최대값에 도달하는 펄스 길이입니다. 새 코일을 테스트하는 경우 먼저 매우 낮은 전력으로 10 μs 펄스를 사용하고 펄스 전력을 점차적으로 증가시시작합니다.
- 결정된 90° 펄스 전력을 생성된 스터디의 조정 카드에 설정합니다. ParaVision에서, 기준 전력 조정 카드는 하드 펄스 전력을 입력하는 데 사용될 수있다.
- 3개의 슬라이스가 있는 로컬라이저 스캔을 사용하여 3개의 기본 축 각각에 한 조각씩 자석 내에서 코일의 위치를 찾습니다. 이렇게 하려면 분광기의 기본 라이브러리에서 로컬라이저 스캔을 로드합니다. 오프셋이 없는 넓은 시야로 시작하는 것이 좋습니다. 자동 수신기 게인 조정을 수행하고 수동으로 측정을 시작합니다.
참고: 샘플이 그라데이션 시스템의 중심에 정확히 있는 경우 로컬라이저 스캔에 샘플이 표시됩니다. 코일 또는 샘플이 이미지 슬라이스 또는 누락에 중심이 되지 않으면 로컬라이저 검사를 조정해야 하며, 이 경우 4.12 단계를 다시 수행해야 합니다. - 또는 상보적인 방법을 사용하여 이미지 평가에 따라 올바른 90° 펄스를 찾습니다. 견과류 곡선을 사용하여 대략적인 펄스 전력이 발견되면 펄스 힘을 점진적으로 조정하여 B1-필드균질성에 대한 이미지를 확인합니다. 불균일 한 B1 필드를 가진 일부 코일의 경우, 견과류 곡선을 사용하여 결정된 90° 펄스 전력이 과대 평가될 수 있으며, 이는 코일의 원하는 스위트 스팟에서 과다 팁으로 이어집니다. 이 경우 참조 펄스 전력을 줄이고 이전 이미지에 대해 새 이미지를 확인합니다(그림5).
- FID 신호를 기반으로 자기장을 수동으로 심습니다. 초기 쉬밍에 권장되는 주문은 Z-Z2-Z-X-Y-Z-Z2-Z-XY-XZ-YZ-Z입니다. 솔레노이드의 경우 주요 대칭 축은 XY 평면에 있습니다. 따라서, 다른 방향으로 심은 이 코일 구성에 대한 B0 균질성을 더 강하게 보정하게 될 수 있다. 고차 심은 거의 영향을 미치지 않으며 무시될 수 있습니다.
- 제조 업체의프로토콜(18)에서조정된 다양한 시스템에서 마이크로코일 특성을 비교할 수 있도록 볼륨 정규화된 SNR을 계산합니다. 여기에 사용되는 마이크로코일의 경우, 우리는 다음과 같은 매개 변수와 스핀 에코 시퀀스를 사용: 필드 오브 뷰 (FOV) 6 mm x 6mm, 반복 시간 (TR) 1000 ms, 에코 시간 (TE) 7 ms, 매트릭스 256 x 256 및 슬라이스 두께 = 0.5 mm. 수신기 게인이 단일될 때까지 슬라이스 두께를 조정합니다. 그런 다음 슬라이스 수가 B1-필드균질성을 초과할 수 있도록 조정합니다. 가능하면 신호 평균 없이 이미지를 기록합니다.
- 두 단계로 정규화된 볼륨(SNR/mm3)을결정합니다. 먼저 복셀 볼륨(V복셀)(Eq.1)을 계산합니다.
(1)
참고: D x, Dy 및 D슬라이스의 단위는 mm에 있습니다. 이 계산도 마찬가지로 일련의 조각에 대해 수행 될 수 있습니다. - 시료의 신호강도(μROI)와시료 외부 영역(즉, 노이즈)에 대한 신호강도(μ잡음)및 표준 편차(σ잡음)을결정하기 위한 관심영역을 선택한다. 평균 신호는 이미지의 중심에서 촬영되며 노이즈 신호는 코너패치(그림 6)에서계산됩니다. 분광계 제어 소프트웨어 또는 범용 이미지 처리 소프트웨어가 이러한 계산에 사용될 수 있습니다. 가능하면 단일 반복을 사용하여 다른 코일 간의 비교가능성을 유지합니다.
- 값을 사용하여 정규화된 볼륨을 계산합니다(Eq. 2):
(2)
참조 솔루션과 함께 여기에 사용되는 코일의 경우 Eq. 2를 사용하면 다음 솔루션이 생성됩니다.
(3)
참고: 코일의 SNR을 서로 다른 자기장 강도로 비교할 때, 매우 긴 반복 시간과 매우 짧은 에코 시간이 사용되지 않는 한 팬텀의 이완 특성을23으로측정해야 합니다.
- 두 단계로 정규화된 볼륨(SNR/mm3)을결정합니다. 먼저 복셀 볼륨(V복셀)(Eq.1)을 계산합니다.
- 자기장 불균일성으로 인한 감수성 문제를 확인합니다: 여러 그라데이션 에코(MGE) 서열(그림7)을로드하고 실행한다. 감수성 차이로 인한 자기장 불균일성은 그라데이션 에코가 회전을 다시 초점을 맞추지 않기 때문에 에코 시간이 길어지는 이미지에서 볼 수 있으며, 이는 정적 필드 불동성으로 인해 분해됩니다. 이러한 방식으로, 샘플내의 불동성(시료 내의 공기 공간으로 인한) 뿐만 아니라 코일 재료에 의해 도입된B0 필드 불균일성등이 가시화될 수 있다. 다음과 같은 매개 변수를 사용하여 사용되는 분광계 및 코일의 사양에 따라 조정하십시오 : TR 200 ms, 48 개의 에코가있는 TE 3.5 ms, 플립 각도 30도. 매트릭스 크기 128 x 128.
참고: 공진(wobble) 곡선에서 여러(잠재적) 공진 모드 또는 반사 딥이 관찰된 경우 각 공진 모드에 대해 위의 단계를 반복하여 가장 민감한 모드를 결정합니다. 마이크로코일에 따라 마이크로코일 어셈블리의 상이한 부분은 의도하지 않은 공명 모드가 발생하기 쉽습니다.
(1)
(2)
(3)5. 고해상도 이미징
- TR 70 ms, TE 2.5 ms, 매트릭스 크기 128 x 64 x 64, FOV 1.6 x 0.8 mm, 플립 앵글 30°, 수신기 대역폭 50kHz 와 같은 3D-FLASH 실험을 실행합니다.
- 앞서 결정된 기준 펄스 전력으로부터 펄스 전력을 도출하는 행위; 이것은 대부분의 이미징 소프트웨어에서 자동입니다. 자동 조정을 사용하여 수신기 게인을 결정합니다. 필요한 경우 FOV를 조정하여 두 단계 인코딩 방향으로 전체 개체를 덮어 별칭을 방지합니다. 시스템에서 사용할 수 있는 경우 그라데이션 듀티 사이클 시뮬레이션을 실행하여 실험의 듀티 사이클이 그라데이션 코일의 사양 내에 있는지 확인합니다.
참고: 이러한 매개 변수는 데모에 사용되는 코일에 만드십시오. 로컬 시스템 세부 사항에 최적화하는 것이 중요합니다.
6. 추가 연구 또는 저장을 위한 샘플 복구
- 마이크로코일에서 시료 모세관을 제거합니다.
- 핀셋을 사용하여 스테레오 현미경으로 왁스 플러그를 제거합니다.
- 주사기를 사용하여 모세관에서 샘플을 선택용으로 씻어내세요. 또는 유리 푸셔 로드를 사용하여 샘플을 배출하십시오.
- 시료의 탈수를 방지하기 위해 보관에 적합한 매체에 보관하십시오.
Representative Results
코일 특성화
코일의 성공적인 튜닝 및 일치시 코일 Q-팩터, 90° 기준 펄스 및 SNR/mm3의성능이 특징일 수 있습니다. 여기서 입증된 1.5mm ID 감수성 매치 솔레노이드 코일의 경우 측정된 Q-계수(언로드)는 244로, 5mm 새장 코일에 대해 561에 비해 측정하였다.
기준 90° 펄스는 0.6W의 전력 수준에서 12 μs; 5mm 새장 코일(그림 4 및 그림 5)에대한 45 W에서 5 μs. 이는 RF 펄스 필드강도(B1)와동일하며, 
마이크로코일에 대해 0.53mT, 조류코일(1.17 mT)을 사용하여 야자성 비인 새장코일(14)에 대해, 타우는 펄스 지속시간이다. 펄스 전력수준(P)이다르기 때문에 코일은 송신 효율 측면에서 비교될 수 
있다: 0.69 mT/W1/2 및 0.18 mT/W1/2 마이크로코일 및 새장에 대해 각각14. 90° 펄스로 비교하면 마이크로코일은 새장 코일보다 4배 더 민감하게 ≈ 것으로 나타났습니다.
감수성 매칭의 효과
초고장 강도에서, 샘플 및 코일 감수성은 도 7A,7B에서 볼 수 있듯이, 이미지 품질에 대한 지배적 인 요소가된다. 유체 저장소와 일치하는 감수성이 결여된 코일과 비교하여, 신호는 기준 샘플에서 더 길고 균일하게 유지됩니다. 그러나 감수성 저수지로 인해 저장소가 없는 코일에 대하여 최대 샘플 치수가 감소합니다.
고해상도 이미징
메디카고 트런카툴라 뿌리 표본의 13 x 13 x 13 μm3의 고해상도는 20시간 23분(그림8)에서달성되었다. 뿌리 의 표면에서 시작, 뿌리 피질은 루트의 외부에 약간의 잔류 물과 함께 볼 수 있습니다. 또한, 자일렘은 플록을 둘러싸고 있는 어두운 밴드로 관찰된다. 일부 에어 포켓은 완전한 신호 손실과 어두운 반점으로 관찰된다.
M. 트런카툴라의 공생 뿌리 결절은 또한 이 프로토콜을 사용하여 이미지될 수있다(도 9). 약간 더 큰 타의 추종을 불허하는 코일 (길이 3500 μm, 내경 1500 μm)을 사용하여 최대 16 x 16 x 16 μm3의 해상도를 가진 이미지를 33 분 만에 획득했습니다.
그림 1: 솔레노이드 마이크로코일. (A)솔레노이드 코일 디자인은 전신적으로 모세관을 감싸는 와이어 루프 헬이셜로 구성된다. 그 두께, 직경, 권선 수 및 와이어 간격과 같은 와이어의 형상은 코일 특성에 영향을 미칩니다. (B)감수성 매칭 유체(Fomblin)를 위한 저수지가 있는 홈내장 솔레노이드 마이크로코일. 0.4mm 두께의 코팅 된 구리 와이어로 구성되어 있으며, 외지 1500 μm과 3500 μm의 코일 길이로 모세관 주위에 6 번 감겨 있습니다. 코일은 주사기로 만들어진 저수지에 잠겨 있습니다. 1000 μm의 외부 직경까지의 시료 모세혈관을 삽입할 수 있습니다. 두 개의 커패시터가 사용되며, 인덕터와 함께 1.5 pF 커패시터가 연재되고 두 번째 가변 1.5-6 pF 커패시터는 인덕터와 병행하여 배치된다. 모든 구성 요소는 유리 섬유 보드(노란색)로 납땜됩니다. 저수지를 지지하도록 변형되는 상업용 홀더(grey polymer)에 장착된다. (C)솔레노이드 코일 설계 성분: 솔레노이드 코일, 2. 샘플 모세관, 3. 1.5 pF 튜닝 커패시터, 4. 가변 매칭 커패시터, 5. 유리 섬유 베이스 플레이트, 6. 구리 와이어 리드. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 스테레오현미경하에서 샘플 준비. (A)마이크로코일 의 준비에 필요한 항목. 왼쪽에서 오른쪽으로: 1. CuSO4 참조 솔루션, 2. 퍼플루오로데칼린, 3. 마이크로코일, 4. 메스, 5. 긍정적 인 긴장 핀셋, 6. 핀셋, 7. 모세 혈관 외부 직경 = 1000 μm, 8. 왁스 펜, 9. 모세 혈관 왁스, 10. 니트릴 장갑, 11. 스테레오 현미경, 12. 페트리 접시 커버가 있는 시계 유리, 13. 성장 기판에 식물 재료. 표시되지 않음: ø 0.8 x 40mm 바늘과 미세 티슈 페이퍼가 있는 2mL 주사기. (B)핀셋을 사용하여 모세관에 시료 삽입을 닫고 둘 다 침수된 채 유지된다. (C)용융 왁스를 사용하여 모세관의 밀봉. (D)제조된 모세관을 마이크로코일에 삽입한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 마이크로 이미징 프로브의 구성 요소입니다. (A)마이크로5 프로브 베이스는 물 냉각, 난방, 온도 센서, 그라데이션 전력, RF(공동 축 커넥터 가시) 및 선택적으로 프로브 식별(PICS)에 필요한 모든 연결을 포함합니다. 프로브 베이스 아래에는 가변 튜닝 및 일치 커패시터를 조정하고 스크러를 유지하여 분광기 내부에 프로브를 고정할 수 있는 노브가 있습니다. (B)프로브 베이스 위에 홈 내장 마이크로코일 장착. 튜닝 및 일치를 허용하는 프로브 베이스에 장착된 가변 커패시터(흰색 세라믹)를 유의하십시오. (C)그라데이션 접지를 위한 수냉식 리셉터클 및 금 도금 접점이 있는 프로브 베이스에 장착된 통합 된 3 축 그라데이션. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 너트 커브. 측두곡선을 획득하여 기준 펄스 전력을 결정한다. 기준 펄스 전력(90° 펄스)은 z 방향으로 사용 가능한 모든 자화를 횡면 평면으로 뒤집는 B1 필드를 생성하는 데 필요한 전력 및 펄스 길이의 조합으로 정의됩니다. 그라데이션 인코딩이 없는 경우 일련의 펄스가 기록됩니다. 각 펄스를 사용하면 펄스 길이 또는 펄스 전력이 증가합니다. 여기서 펄스 전력은 0.6W로 설정되고 펄스 길이는 매번 1 μs씩 증가합니다. 최대 신호 강도는 90° 펄스, 약 12 μs를 나타냅니다. 180° 펄스는 또한 최소 강도를 사용하여 이 방법으로 결정될 수 있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 90° 펄스 전력의 시각적 측정. 대략적인 기준 펄스 전력이 견과류 곡선을 사용하여 발견되면 펄스 길이를 변화시킴으로써 시각적으로 검사될 수 있다. 코일에 따라 B 1 필드는 변화에 다소 민감할 수 있습니다. (A)11 μs 펄스 길이. (B)12 μs 펄스 길이, 이 코일에 최적. (C)13 μs 펄스 길이. (D)20 μs 펄스 길이. 펄스 전력이 너무 높게 설정되면 과다 팁이 발생할 수 있어 코일(arrowhead)의 중심에서 이미지 강도를 줄일 수 있습니다. 증가된 B1 필드는 또한 코일의 범위를 증가시킵니다, 이미지의 폭에서 관찰될 수 있는 바와 같이. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6: 관심 지역 배치. 볼륨 정규화 SNR 계산에 대한 관심 영역(ROI)을 볼 수 있습니다. 평균 샘플 강도는 참조 용액 샘플 내에 속하는 ROI에서 채취됩니다. 평균 노이즈 및 표준 편차는 이미지 모서리에 있는 하나 이상의 ROI에서 계산됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7: 그라데이션 에코 이미징에 의해 평가된 RF 균질성. 여러 그라데이션 에코(MGE) 서열은 일련의 그라데이션 에코를 사용하여RF(B1-Field) 균질성을 평가하는 데 사용됩니다. 기본 매개 변수는 : 반복 시간 200 ms, 에코 시간 3.5 ms 에코 의 수와 에코 시간 3.5 ms 48, 에코 간격 3.5 ms, 64 평균, 취득 시간 27 m 18 s, 플립 각도 30 °. 시야는 5 x 5mm, 매트릭스 128 x 128, 해상도 39 x 39 x 200μm(A)감수성 일치 코일이었다. RF 코일을 둘러싼 감수성 일치 유체(Fomblin)는 코일 와이어로 인한 감수성 효과를 감소시킵니다. 작은 기포는 에코 시간이 증가함에 따라 신호손실을 발생시킵니다. (B)코일 직경이 동일한 코일(감수성이 일치하지 않음). 더 긴 에코 시간에 B0 필드 불균일성으로 인한 아티팩트가 증가하는 것이 관찰됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 8: 메디카고 트런카툴라 루트 섹션의 3D 이미징. (상단)플래시 이미지. 표피(e), 피질(c), 플록(ph) 및 자일렘(xy)을 포함하여 루트 섹션의 여러 특징을 구별할 수 있다. 공기 포켓 (a)은 근본 원인 완전한 신호 손실을 일으킬 수 있습니다. 기본 매개 변수는 다음과 같습니다 : 반복 시간 70 ms, 에코 시간 2.5 ms, 256 평균, 취득 시간 20 h 23 m. 해상도 13 x 13 x 13 μm3. 매트릭스 크기는 128 x 64 x 64및 시야 1.6 x 0.8 x 0.8 mm였습니다. 수신기 대역폭 50 kHz. (하단) MSME 이미지. 기본 매개 변수는 다음과 같습니다 : 반복 시간 500 ms, 에코 시간 5.2 ms, 28 평균, 취득 시간 15 h 55 m. 해상도 13 x 13 x 13 μm3. 매트릭스 크기는 128 x 64 x 64및 시야 1.6 x 0.8 x 0.8 mm였습니다. 수신기 대역폭 70 kHz. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 9: 메디카고 트런카툴라 루트 결절의 3D 이미징. (상단)저해상도 이미지. 기본 매개 변수는 다음과 같습니다 : 반복 시간 60 ms, 에코 시간 2.3 ms, 4 평균, 취득 시간 4m. 해상도 31 x 31 x 31 μm3. 매트릭스 크기는 64 x 32 x 32 및 시야 2 x 1 x 1mm였습니다. 수신기 대역폭 50 kHz. (하단) 고해상도 이미지. 기본 매개 변수는 다음과 같습니다 : 반복 시간 60 ms, 에코 시간 2.3 ms, 8 평균, 취득 시간 33m. 해상도 16 x 16 x 16 μm3. 매트릭스 크기는 128 x 64 x 64및 시야 2 x 1 x 1mm였습니다. 수신기 대역폭 50 kHz. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
이 프로토콜은 많은 재료와 지질 학적 샘플이 여기에서 사용되는 서열에 의해 이미지 될 수없는 T2 이완 시간을 상당히 짧기 때문에 생물학적 샘플에 가장 적합합니다. 높은 시료 자기 감수성을 나타내는 일부 생물학적 조직조차도, 그 효과가 필드강도(24)와상관관계가 있기 때문에 초고장에서 이미지화하기 어려울 수 있다. 이 프로토콜은 새로운 코일에 유용할 뿐만 아니라 잠재적인 문제의 문제 해결 및 진단에도 도움이 될 수 있습니다. 새 또는 알 수 없는 샘플을 테스트할 때 이 프로토콜은 참조 솔루션에서 사전에 수행하여 실험 설정이 사양에 따라 작동하는지 확인할 수 있습니다. 이는 분광기가 아티팩트 및 오작동의 원인으로 제외될 수 있기 때문에 문제 해결에 도움이 됩니다. 또한 프로브의 튜닝 및 일치 커패시터를 마이크로코일의 일반적인 값으로 설정합니다.
첫 번째 실험시 신호가 기록되지 않으면, 시료가 보이는지 확인하기 위해 국소화 스캔의 시야를 확대할 수 있다. 다음으로 코일이 올바르게 조정되었는지 다시 확인하고 다른 로컬라이저 스캔을 시도합니다. 코일이 의도하지 않은 추가 공진 모드를 나타낼 수 있으며, 이 경우 올바른 공진 모드를 결정해야 합니다. 여전히 이미지를 얻을 수 없는 경우 샘플을 제거하여 마이크로코일 어셈블리 내의 위치를 확인하고 샘플이 손상되지 않았는지 확인합니다(즉, 씰의 기포 나 누출이 없음). 마지막으로, 샘플은 PFD 대신 물로 제조될 수 있다. 시료가 국소화 스캔에서 감지 가능한 신호를 거의 제공하지 않으면 모세관의 주변 물을 여전히 감지할 수 있습니다.
마이크로코일은 시료에 이상적으로 매우 가깝기 때문에, 공기와 와이어 사이의 자기 감수성 차이는 도 7B에서볼 수 있듯이 추가 신호 손실을 일으킬 수 있다. 잠재적인 아티팩트에는 공간 매핑 및 비정상적인 신호 강도 변화가 포함됩니다. 특히 그라데이션 에코 형 펄스 서열은 이러한 균일하지 않은 신호 손실의 영향을 받습니다. 이러한 이유로, 우리는 불소 액체 (Fomblin 또는 FC-43)에 와이어를 침수하여 감수성 일치 코일을 제시했다. 이 프로토콜에 포함된 B1 추정 방법은 B1 감수성 차이가 코일 어셈블리 설계에 감수성 매칭 전략의 포함을 보증하는지 여부를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 감수성과 일치하는 코일을 구성하는 또 다른 방법은 감수성 일치와이어(25)를사용하는 것입니다. 또한 코일로 인한 감수성 문제만 이 접근 법으로 해결됩니다. 샘플 내부의 감수성 불일치(예: 에어 스페이스로 인한)는 여전히 어려운 일입니다.
에어 포켓 또는 기포는 공기 와 유체 또는시편(19)의 인터페이스에서 감수성 차이로 인한 광범위한 신호 손실을 유발하는 실험적 과제를 제기합니다(그림5A). 성공적인 샘플 준비의 중요한 측면은 시료와 모세관 모두의 침수입니다. 그러나 작은 거품조차도 특히 그라데이션 에코 유형 시퀀스의 경우 신호 손실을 일으킬 수 있습니다. 이동식 기포는 샘플과 접촉할 때까지 모세관을 통해 이동할 수 있습니다. 이러한 효과 중 일부는 한쪽 끝이 다른 쪽 끝이 더 높을 수 있도록 모세관을 약간 기울임으로써 완화 될 수 있습니다. 기울기는 시료를 방해하지 않고 더 높은 쪽끝에 잠재적기거품이 제자리에 유지되도록 합니다. 탈수가 큰 기포가 형성될 수 있기 때문에 모세관 왁스가 좋은 밀봉을 형성한다는 것도 중요합니다.
샘플 내부의 공기 공간에 대해, PFD는세포막(26)을관통하지 않고 세포간 공기 공간을 채우는 데 사용되었다. 그러나, 이 접근 방식에도 불구하고, 우리는 모든 공기 공간을 제거 할 수 없었다. 또한,이 방법은 우리가 가능한 한 비 침습적으로 시스템을 연구하고자하는 욕망으로 인해 일반적으로 바람직하지 않은 추가 에이전트가 필요하다는 것을 의미합니다.
모세 혈관의 원통형 모양은 특히 생검이나 살아있는 뿌리 물질의 프로세스연구와 같은 부패에 취약한 조직을 위해 관류 설정이 실행 가능해야 한다는 것을 의미합니다. 두 단계는 관류 설정을 실현할 수 있습니다. 첫째, 미디엄 피드 튜브와 모세관의 양쪽에 배수관을 연결하는 것은 체모스타트(chemostat)를 만들기에 충분할 것이다. 둘째, 시료 모세관에 들여쓰기를 첨가하면 흐름 방향에 대한 샘플을 제자리에 고정시킬 수 있었다. 이것은 평면 마이크로코일(10)에대해 발표 된 프로토콜과 유사합니다.
MR 이미징의 비침습적 특성은 이 프로토콜(PFD 또는 Fomblin)에 사용된 불활성 액체와 결합되어 실험 완료 후, 추가 연구를 위해 모세혈관에서 샘플을 제거할 수 있습니다. 조합은 광학 또는 전자 현미경 검사법과 그밖 파괴적인 화상 진찰 기술을 포함합니다. 우리는 최근에 Medicago 트런카툴라 루트 결절27에광학 현미경 검사법과 조합을 시연했습니다.
우리는 초고장 NMR 분광계에 전용 마이크로코일을 사용하여 식물 물질을 이미징하는 방법을 시연했습니다. 상대적으로 큰 샘플 볼륨은 좋은 RF 균질성을 가진 고해상도에서 연구될 수 있습니다. 더욱이, 분광 화상 진찰은 그렇지 않으면 가능하지 않은 보다는 더 높은 해상도에서 수행될 수 있습니다. 마이크로코일 설계를 샘플에 적용하면 코일 성능 특성을 결정하는 효율적인 방법에 의해 촉진됩니다. 솔레노이드 코일 접근법은 또한 동물 조직을 포함한 식물보다 다른 샘플에 쉽게 적용될 수 있다.
Disclosures
저자는 공개 할 것이 없습니다.
Acknowledgments
950MHz 기기의 실험은 네덜란드의 NWO 지원 국가 로드맵 대규모 시설(프로젝트 184.032.207)인 uNMR-NL에 의해 지원되었습니다. R.S.는 바이오솔라셀 컨소시엄 프로젝트 U2.3의 지원을 받았습니다. J.R.K.는 네덜란드 의 자기 공명 연구 학교 (NMARRS) 대학원 [022.005.029]에 의해 지원되었다. 우리는 메디카고 트런카툴라 샘플을 제공 한 Defeng Shen과 톤 비셀링에게 감사드립니다. 또한, klaartje Houben, 마리 르노, 요한 반 데르 Zwan이 uNMR-NL 시설에서 기술 지원을 해 준 것에 대해 감사드립니다. 또한 볼커 레만, 헤니 얀센, 피터 드 와드에게 기술적인 도움을 주신 것에 대해서도 감사드립니다. 프랭크 버지블트, 존 필립피, 카르후드 비 사이 산카르 굽타에게 그들의 조언을 전해 주셔서 감사드립니다. 마지막으로, 우리는 비디오에 음성 해설을 제공 제시카 드 루이터 감사합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reference solution preparation | |||
| CuSO4 | Sigma-aldrich | 469130 | Crystalline powder for creating reference solution |
| D2O | Sigma-aldrich | 151882 | Liquid used to prepare reference sample |
| Weigh Scale | Sartorius | PRACTUM513-1S | Scale for weighing compounds |
| Sample preparation | |||
| Capillary 1000 μm (Outer diameter) | Hilbenberg GmbH | 1408410 | Sample capillaries |
| Capillary wax | Hampton Research | HR4-328 | Solid wax used to seal samples |
| Disposable Scalpel | Swann-Morton | No. 11 | Used to excise samples |
| Perfluorodecalin | Sigma-aldrich | P9900 | Liquid used for submerging sample |
| Stereo Microscope | Olympus | SZ40 | Tabletop binocular microscope |
| Syringe | Generic | - | Used to apply PFD and manipulate the sample |
| Vacuum Pump | Vacuubrand | MZ2C | Two-stage membrane vacuumpump used for removing air pockets from samples. |
| Wax pen | Hampton Research | HR4-342 | Handheld wax pen used to melt and apply capillary wax to samples |
| Imaging Hardware | |||
| 22.3 T Magnet | Bruker GmbH | 950 US2 | Narrowbore superconducting magnet |
| Air cooler | Bruker GmbH | - | Used to regulate probe temperature |
| Console | Bruker GmbH | Avance III HD | Controls operation of the spectrometer |
| Micro5 gradient coils | Bruker GmbH | Mic5 | Removable gradient coils mount on the Micro5 probe body |
| Micro5 Probe body | Bruker GmbH | Mic5 | Holds microcoils and gradient coils |
| RF microcoil | Home-built | - | contains Fomblin |
| Vector Network Analyzer | Copper Mountain Technologies | TR1300/1 | Used to perform S11 reflectance test, frequency range 300kHz to 1.3 GHz |
| Water cooler | Bruker GmbH | BCU-20 | Open loop watercooling to dissipate heat from gradient coil operation. |
References
- Ciobanu, L., Pennington, C. H. 3D micron-scale MRI of single biological cells. Solid State Nuclear Magnetic Resonance. 25 (1-3), 138-141 (2004).
- Aguayo, J. B., Blackband, S. J., Schoeniger, J., Mattingly, M. A., Hintermann, M. Nuclear magnetic resonance imaging of a single cell. Nature. 322, 190-191 (1986).
- Radecki, G., Nargeot, R., Jelescu, I. O., Le Bihan, D., Ciobanu, L. Functional magnetic resonance microscopy at single-cell resolution in Aplysia californica. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (23), 8667-8672 (2014).
- Lee, C. H., et al. Magnetic Resonance Microscopy (MRM) of Single Mammalian Myofibers and Myonuclei. Scientific Reports. 7 (1), 39496 (2017).
- Callaghan, P. T. Principles of nuclear magnetic resonance microscopy. , Oxford University Press. Oxford. (1994).
- Glover, P., Mansfield, S. P. Limits to magnetic resonance microscopy. Reports on Progress in Physics. 65 (10), 1489-1511 (2002).
- Peck, T. L., Magin, R. L., Lauterbur, P. C. Design and analysis of microcoils for NMR microscopy. Journal of Magnetic Resonance. Series B. 108, 114-124 (1995).
- Lee, C. H., Flint, J. J., Hansen, B., Blackband, S. J. Investigation of the subcellular architecture of L7 neurons of Aplysia californica using magnetic resonance microscopy (MRM) at 7.8 microns. Scientific Reports. 5, 11147 (2015).
- Fratila, R. M., Velders, A. H. Small-Volume Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. Annual Review of Analytical Chemistry. 4 (1), 227-249 (2011).
- Flint, J. J., Menon, K., Hansen, B., Forder, J., Blackband, S. J. Metabolic Support of Excised, Living Brain Tissues During Magnetic Resonance Microscopy Acquisition. Journal of Visualized Experiments. (128), 1-10 (2017).
- Minard, K. R., Wind, R. A. Solenoidal microcoil design. Part I: Optimizing RF homogeneity and coil dimensions. Concepts in Magnetic Resonance. 13 (2), 128-142 (2001).
- Vegh, V., Gläser, P., Maillet, D., Cowin, G. J., Reutens, D. C. High-field magnetic resonance imaging using solenoid radiofrequency coils. Magnetic Resonance Imaging. 30 (8), 1177-1185 (2012).
- Minard, K. R., Wind, R. A. Solenoidal microcoil design Part II: Optimizing winding parameters for maximum signal-to-noise performance. Concepts in Magnetic Resonance. 13 (3), 190-210 (2001).
- Haase, A., et al. NMR probeheads for in vivo applications. Concepts in Magnetic Resonance. 12, 361-388 (2000).
- Webb, A. G. Radiofrequency microcoils for magnetic resonance imaging and spectroscopy. Journal of Magnetic Resonance. 229, 55-66 (2013).
- Peck, T. L., Magin, R. L., Lauterbur, P. C. Design and Analysis of Microcoils for NMR Microscopy. Journal of Magnetic Resonance, Series B. 108 (2), 114-124 (1995).
- Olson, D. L., Peck, T. L., Webb, A. G., Magin, R. L., Sweedler, J. V High-Resolution Microcoil 1H-NMR for Mass-Limited, Nanoliter-Volume Samples. Science. 270 (5244), (1995).
- Oerther, T. Micro Imaging Manual for AV3 Systems. , Bruker Biospin GmbH. Rheinstetten, Germany. (2012).
- Callaghan, P. T. Susceptibility and Diffusion Effects in NMR Microscopy. Encyclopedia of Magnetic Resonance. , (2007).
- Donker, H. C. W., Van As, H., Snijder, H. J., Edzes, H. T. Quantitative 1H-NMR imaging of water in white button mushrooms (Agaricus bisporus). Magnetic Resonance Imaging. 15 (1), 113-121 (1997).
- Tsai, W. T. Environmental property modelling of perfluorodecalin and its implications for environmental fate and hazards. Aerosol and Air Quality Research. 11 (7), 903-907 (2011).
- Keifer, P. A. 90° pulse width calibrations: How to read a pulse width array. Concepts in Magnetic Resonance. 11 (3), 165-180 (1999).
- Vlaardingerbroek, M. T., den Boer, J. A. Magnetic Resonance Imaging: Theory and Practice. , Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg. 05252-05255 (2003).
- Schenck, J. F. The role of magnetic susceptibility in magnetic resonance imaging: MRI magnetic compatibility of the first and second kinds. Medical Physics. 23 (6), 815-850 (1996).
- Kc, R., Henry, I. D., Park, G. H. J., Aghdasi, A., Raftery, D. New solenoidal microcoil NMR probe using zero-susceptibility wire. Concepts in Magnetic Resonance Part B: Magnetic Resonance Engineering. 37 (1), 13-19 (2010).
- Littlejohn, G. R., Gouveia, J. D., Edner, C., Smirnoff, N., Love, J. Perfluorodecalin enhances in vivo confocal microscopy resolution of Arabidopsis thaliana mesophyll. New Phytologist. 186 (4), 1018-1025 (2010).
- van Schadewijk, R., et al. Magnetic Resonance Microscopy at Cellular Resolution and Localised Spectroscopy of Medicago truncatula at 22.3 Tesla. Scientific Reports. 10 (1), 971 (2020).
