8,261 Views
•
10:33 min
•
August 14, 2019
DOI:
Med denne diffusionbilleddannelsesprotokol er det muligt at undersøge mikrostrukturelle ændringer i hippocampus af en rotte med en mild traumatisk hjerneskade, der ellers ikke er synlige på anatomisk MRI. Denne teknik kan detektere ændringer i hjernen efter et mildt og diffust traume, som ikke kan påvises med CT eller anatomisk MR. Denne teknik gør det lettere at overvåge helbredelsesprocessen efter at opretholde en mild traumatisk hjerneskade på en objektiv og kvantitativ måde.
Denne diffusion billeddannelse og analyse teknik kan også anvendes i andre lidelser, der påvirker hjernen, såsom demens og multipel sklerose, ikke kun i prækliniske undersøgelser, men også hos mennesker. I denne protokol er det vigtigt, at kvaliteten af diffusionsscanninger og korrektionstrin er høj, og derfor foreslås vejledning fra erfarne teknikere og analytikere. Placer dyret på en 37-grader Celsius varmepude efter at have bekræftet en manglende reaktion på tå knivspids i en 12-ugers gammel, kvinde, Wistar H rotte og indsætte et kateter i en lateral hale vene.
Injicer 100 mikroliter af 2% lidocain lokalt i den barberede og desinficerede hovedbund og lav et midterlinjeincision for at afsløre kraniet. Brug en lille saks til at fjerne eventuelle overskydende membraner og gnid en vatpind over kraniet, indtil periosteum ikke længere er til stede, derefter bruge en dråbe væv lim til at fastgøre en 10-millimeter diameter, tre-millimeter tyk, metallisk disk ca 1 / 3 foran og 2 / 3 bag bregma. For traumatisk hjerneskade induktion, placere rotten på en specialfremstillet seng med en skum madras af en bestemt fjeder konstant og placere rotten direkte under en gennemsigtig plastrør med en 450-gram messing vægt med hjelmen så vandret som muligt.
Træk vægten op til en meter. Med en anden eksperimentator til stede, frigive vægten og har den anden eksperimentator flytte rotten væk fra røret umiddelbart efter virkningen for at forhindre en anden skade. Træk forsigtigt hjelmen ud af kraniet og brug en gaze til at dæmme op for blødninger.
Luk huden med en sutur og anvende lokale analgesi gel til snittet. Placer rotten på sengen af en CT-scanner og administrere en generel formål, lav-dosis CT-scanning for at udelukke kraniebrud, derefter placere rotten i et rent bur på en 37-grader Celsius varmepude med overvågning, indtil fuld recumbency før du returnerer dyret til sit bur. Før og en dag efter traumet induktion, bekræfte en manglende reaktion på tå klemme i forsøgsdyret og placere dyret på MR scanner seng i en headfirst, tilbøjelige position.
Skub quadraturevolumenspolen hen over hovedet, og før scannersengen ind i scannerboringen. For at sikre en korrekt placering skal du anskaffe en standardscanning af spejder på 3 fly. Når scanningen er færdig, skal du indlæse scanningen i billeddisplayet og sikre, at hovedet ligger lige, og at hjernen er placeret i midten af magneten og spolen.
Hent T2-vægtede billeder ved hjælp af standardindstillingerne, bortset fra feltet, visningen og matrixstørrelsen, som skal justeres til en højere opløsning i plan 109 gange 109 mikrometer. Åbn geometrieditoren, og placer skivepakken i den korrekte position, herunder hjernens og lillehjernens pære, og indlæs tre nye ekkoplanar- og diffusionsvægtede spin-ekkosekvenser fra B_diffusion-mappen i scanningskontrolprotokollen. Hent diffusionsvægtede billeder ved hjælp af standardindstillingerne, og åbn fanen Rediger scanning.
Indstil skiveretningen til aksial og antallet af skiver til 25 for at opnå en skivetykkelse på 500 mikrometer og en indvendig skiveafstand på 600 mikrometer og ret udlæsningsretningen til venstre-højre. Juster de geometriske parametre under fanen Geometri, og juster synsfeltet og matrixstørrelsen til 105 med 105 for at sikre en opløsning på 333 gange 333 mikrometer. Klik på fanen Diffusion under fanen Forskning for hver af de tre diffusionsskaller, og juster antallet af diffusionsretninger til 32 for den første skal, 46 for den anden skal og 64 for den tredje skal.
Ændre antallet af B0-billeder til fem for den første shell, fem for den anden shell og syv for den tredje shell, og juster forløbsanvisningerne med brugerdefinerede forløbsretningsfiler. Juster B-værdien pr. retning til 800 sekunder pr. millimeter kvadreret for den første skal, 1, 500 sekunder pr. millimeter kvadreret for den anden skal og 2.000 sekunder pr. millimeter kvadreret for den tredje skal, åbn derefter geometrieditoren, og placer synsfeltet mellem pæren og cerebellum, der kun indeholder cerebrum for at reducere artefaktet og scanningstiden. Ved afslutningen af scanningsprotokollen skal dyret overføres fra scannersengen til et rent bur med en 37-grader Celsius varmepude med overvågning, indtil det er fuldt recumbency.
Til behandling af mr.diffusion skal du indlæse billederne i MRtrix3 og udføre støjkorrektion og Gibbs ringekorrektion på diffusionsvægtede billeder i softwareprogrammet. Konverter de korrigerede, diffusionsvægtede billeder i T2-billedet til NIFTI-formatet som angivet. Hvis du vil udføre rettelse for ekko-planar billeddannelse, bevægelse og eddy aktuelle forvrængninger, skal du i menuen Medfølsomme filer i ExploreDTI vælge Korrektion for emnebevægelse EC/EPI-forvrængninger og vælge den forarbejdede diffusionsdatafil.
For at beregne diffusion tensor imaging målinger for hver rotte, skal du klikke Plug-ins og Eksportere ting til NIFTI, derefter vælge parametriske kort over diffusion tensor imaging model og eksportere parametriske kort for kurtosis og hvide stof tarmkanalen integritet modeller. For at oprette en maske fil til hippocampus af hver rotte, indlæse fraktioneret anisotropi billede af rotten i MRtrix seeren og klik på plus-knappen for at skabe en ny region af interesse. For at udtrække diffusion målinger af hippocampus af rotten, importere den oprettede maske fil i AMIDE software og åbne parametriske kort og maske billede af rotten.
Hvis du vil føje maskefilens interesseområde til AMIDE, skal du vælge maskefilbilledet, klikke på Rediger, Tilføj interesseområde og 3D-isocontour og give interesseområdet et meningsfuldt navn. Klik på det interesseområde, der vises i maskebilledet, og bekræft, at denne diskenhed kun må indeholde voxels med en værdi på én. Hvis du vil beregne gennemsnitsværdierne for diffusionsmålingerne i hippocampus, skal du klikke på Værktøjer og Beregne interessestatistik for interesseområde og angive de billeder og det område af interesse, der skal medtages.
Når du har klikket på Udfør, vises et pop op-vindue med de beregnede værdier, der kan bruges til yderligere statistisk analyse. I dette repræsentative eksperiment var der ingen tegn på kraniebrud som vurderet af CT-billeddannelse, og T2-billederne viste ingen abnormiteter på kontusionstedet en dag efter traumet. For at undersøge kvaliteten af det ikke-stive co-registreringstrin mellem T2-billedet og diffusionsdatasættet blev der føjet en overlejring af T2-billedet til det farvekodede brøkisotropikort.
De parametriske kort for fraktioneret anisotropi, gennemsnitlig diffusivitet, aksial diffusivitet og radial diffusivitetsparametriske kort kunne derefter beregnes. Inden for interesseområdet kan der også udføres beregning af middelværdierne for de aksiale, middelværdi- og radiale kurtoseværdier samt værdier for aksonalvandfraktionen, aksial og radial eksaksonel diffusivitet og tortuositet af den hvide stofkanals integritet. I dette repræsentative eksperiment viste analyse af diffusions tensormaging-målingerne en betydelig stigning i fraktioneret anisotropiværdier og et fald i diffusivitetsværdierne efter virkningen i den milde traumatiske hjerneskadegruppe.
Diffusion kurtose målinger viste også et betydeligt fald i radial kurtose efter virkningen, mens ingen ændringer i aksial eller gennemsnitlig kurtose blev observeret. Ved hjælp af den hvide stof tarmkanalen integritet model, radiale ekstra-axonal diffusivitet viste et betydeligt fald og tortuosity viste en betydelig stigning i den milde traumatiske hjerneskade gruppe en dag efter virkningen. Under billedanalysen er det vigtigt at kontrollere, om dataformatet fra MRtrix blev korrekt konverteret og importeret til ExploreDTI, og at hvert korrektionstrin blev udført korrekt.
I stedet for ROI-baseret analyse, en voxel-by-voxel analyse kan anvendes til at undersøge hele hjernen ændringer. Denne teknik er meget værdifuld inden for neuroimaging området og kan anvendes til andre hjernesygdomme samt, for eksempel demens og multipel sklerose.
Det overordnede mål med denne procedure er at opnå kvantitative mikrostrukturelle oplysninger af hippocampus i en rotte med mild traumatisk hjerneskade. Dette gøres ved hjælp af en avanceret diffusion-vægtet magnetisk resonans imaging protokol og region-of-Interest baseret analyse af parametrisk diffusion kort.
Read Article
Cite this Article
Braeckman, K., Descamps, B., Vanhove, C. Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury. J. Vis. Exp. (150), e60012, doi:10.3791/60012 (2019).
Copy