Neuroscience
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轻度创伤性脑损伤大鼠海马学的高级扩散成像
Chapters
Summary August 14th, 2019
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这个程序的总体目标是获得轻度创伤性脑损伤大鼠海马的定量微结构信息。这是使用先进的扩散加权磁共振成像协议和基于兴趣区域的参数扩散图分析完成的。
Transcript
通过这种扩散成像方案，可以研究大鼠海马的微结构变化，而轻度创伤性脑损伤在解剖MRI上是不可见的。这种技术可以检测大脑的变化后，轻度和弥漫性创伤，无法检测CT或解剖MRI。这种技术使得在客观和定量地持续轻度创伤性脑损伤后更容易监测恢复过程。
这种扩散成像和分析技术也适用于影响大脑的其他疾病，如痴呆症和多发性硬化症，不仅用于临床前研究，而且应用于人类。在此协议中，扩散扫描和校正步骤的质量必须很高，因此建议由经验丰富的技术人员和分析师提供指导。将动物放在37摄氏度的加热垫上，确认12周大的雌性Wistar H大鼠脚趾捏没有反应，并将导管插入横向尾静脉。
将 100 微升的 2% 利多卡因局部注射到剃光和消毒的头皮中，并做一个中线切口来暴露头骨。使用一把小剪刀去除多余的膜，在头骨上擦一个棉芽，直到表膜不再存在，然后用一滴组织胶水来连接一个直径10毫米、厚3毫米的金属盘，大约1/3的前面和2/3的圆环后面。对于创伤性脑损伤诱导，将大鼠放在定制床上，用特定弹簧常数的泡沫床垫，将大鼠直接放在透明塑料管下，头盔重量为 450 克，头盔尽可能水平。
将重量拉至一米。在第二个实验者在场时，释放重量，让第二个实验者在撞击后立即将大鼠移离管子，以防止第二次伤害。轻轻地从头骨上拉出头盔，用纱布止血。
用缝合关闭皮肤，将局部镇痛凝胶涂抹到切口上。将大鼠放在CT扫描仪的床上，进行通用的低剂量CT扫描，以排除颅骨骨折，然后将大鼠放在37摄氏度的加热垫上的清洁笼子里，并监测直至完全恢复，然后再将动物返回到笼子。在创伤感应前和一天后，确认实验动物对手趾捏缺乏反应，将动物放在 MR 扫描仪床上，位于头部第一，容易放置位置。
将四边形体积线圈滑过头部，将扫描仪床推进到扫描仪孔中。为确保正确定位，获取默认的 3 平面侦察扫描。扫描完成后，在图像显示屏中加载扫描，并确保头部直卧，并且大脑位于磁铁和线圈的中心。
使用默认设置获取 T2 加权图像，但字段、视图和矩阵大小除外，这些大小应调整为 109 乘 109 微米的平面分辨率较高。打开几何编辑器，将切片包放在正确的位置，包括大脑和小脑的球茎，并加载三个新的回声平面、扩散加权、自旋回波序列，从 B_diffusion 文件夹加载到扫描控制协议中。使用默认设置获取扩散加权图像，然后打开"编辑扫描"选项卡。
将切片方向设置为轴向，将切片数设置为 25，以实现 500 微米的切片厚度和 600 微米的内片距离，并修改读出方向为左-右。在"几何"选项卡下，调整几何参数，将视野和矩阵大小调整为 105 乘 105，以确保分辨率为 333 乘 333 微米。单击三个扩散壳的"研究"选项卡中的"扩散"选项卡，将扩散方向数调整为第一个壳体的 32 个、第二个壳体的 46 个和第三个壳体的 64 个。
将 B0 图像数更改为第一个 shell 的 5 个，第二个 shell 的 5 个图像数，第三个 shell 的 7 个图像数，使用自定义渐变方向文件调整渐变方向。将 B 值调整为第一个壳体每方向 800 秒，第二个壳体每毫米平方 1，500 秒，第三个壳体每毫米平方 2，000 秒，然后打开几何编辑器，将仅包含脑的脑的球茎和小脑之间的视场放置，以减少伪影和扫描时间。在完成扫描协议后，将动物从扫描仪床转移到一个干净的笼子，并配有 37 摄氏度的加热垫，并监控直至完全保持。
对于扩散 MRI 图像处理，在 MRtrix3 中加载图像，对软件程序中的扩散加权图像执行噪声校正和吉布斯振铃校正。如所示，将 T2 图像中校正的扩散加权图像转换为 NIFTI 格式。要对回声平面成像、运动和涡流失真执行校正，请在 ExploreDTI 的插件菜单中选择对主体运动 EC/EPI 失真的校正，并选择预处理的扩散数据文件。
要计算每个大鼠的扩散张量成像指标，请单击插件并导出到 NIFTI，然后选择扩散张量成像模型的参数化贴图，并导出峰度和白物质区域完整性模型的参数图。要为每个大鼠的海马创建掩码文件，请加载 MRtrix 查看器中大鼠的小各向异性图像，然后单击加号按钮以创建新感兴趣区域。要提取大鼠海马体的扩散指标，请导入 AMIDE 软件中创建的掩码文件，然后打开大鼠的参数化贴图和掩码图像。
要将蒙版文件感兴趣的区域添加到 AMIDE 中，请选择蒙版文件图像，单击"编辑"，"添加感兴趣区域"和"3D 等值"，并为此感兴趣的区域命名有意义的名称。单击蒙版图像中显示的感兴趣区域，并确认此卷应仅包含值为 1 的体素。要计算海马区扩散指标的平均值，请单击"工具和计算感兴趣区域统计"，并指示要包括的图像和感兴趣区域。
单击"执行"后，将显示一个弹出窗口，该窗口具有可用于进一步统计分析的计算值。在这个具有代表性的实验中，没有CT成像评估的颅骨骨折的证据，T2图像在创伤发生一天后没有显示任何挫伤地点的异常。为了检查 T2 图像和扩散数据集之间的非刚性共注册步骤的质量，T2 图像的叠加添加到颜色编码的分各异性贴图中。
然后计算分数各向异性、平均扩散率、轴向扩散率和径向扩散参数图的参数映射。在感兴趣区域内，还可以计算轴向、均值和径向峰度值的平均值以及轴导水分数、轴向和径向外轴向扩散值以及白物质区域完整性的侵权度。在这个具有代表性的实验中，对扩散张量成像指标的分析表明，在轻度创伤性脑损伤组的影响之后，小各向异性值显著增加，扩散值降低。
扩散峰度指标还显示，撞击后径向峰度显著下降，同时未观察到轴向或平均峰度的变化。使用白物质区域完整性模型，径向外轴衍射率显著下降，其折磨性在撞击一天后显示轻度创伤性脑损伤组显著增加。在图像分析过程中，检查来自 MRtrix 的数据格式是否正确转换并导入到 ExploreDTI 中以及每个更正步骤是否正确执行非常重要。
可以应用体受体美的体美分析来研究全脑变化，而不是基于 ROI 的分析。这项技术在神经成像领域是非常有价值的，也可以应用于其他脑部疾病，例如痴呆症和多发性硬化症。
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