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22 Tで 医薬トランカチュラ ルーツで実証MRMマイクロコイル性能キャリブレーションと使用
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Summary January 16th, 2021
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マイクロコイルを用いた超高磁場共鳴顕微鏡(MRM)を用いて、高空間分解能で生体組織を研究するプロトコルを紹介する。マイクロコイルの特徴付けについて、ステップバイステップの説明が提供されています。最後に、イメージングの最適化が植物根で実証されます。
Transcript
このプロトコルは、超高磁場磁気共鳴画像のためのマイクロコイルの特性評価と使用を可能にする。MRIは、生物学的標本の生理学、代謝、拡散特性を探索するためのユニークで非侵襲的なツールです。目的のサンプルに適合した高磁場強度とマイクロコイルを使用して、細胞分解能までの画像を得ることができます。
この方法では、イメージングアプリケーション用の商用または家庭用マイクロコイルの特性を判断する方法をステップバイステップで説明する。直径1ミリメートル未満の生物学的標本と超高磁場垂直ボアNMR分光計を使用しています。家庭用マイクロコイルを使用して、無線周波数コイルのサイズをサンプルのサイズに調整することができます。
この研究では、植物の根の小片を使用しています。コイルの感度はコイル径の減少に比例するため、この機能が役立ちます。そのため、小さいサンプルに対して、より高い信号対ノイズ比を持つ画像を得ることができます。
これらのマイクロコイルのサイズが小さく、脆弱な性質のため、例えば、90度のパルス長さやパルスパワー、安全な動作限界などの基本的なパラメータを確立し、最終的に異なるNMRシステム間で比較できる方法でコイル感度を計算することが重要です。ソレノイドマイクロコイルは、キャピラリーと2つのコンデンサの周囲に巻かれたワイヤで構成されています:チューニングとマッチングコンデンサ。チューニングコンデンサは、950メガヘルツの望ましい共振周波数を達成するために選択され、マッチングコンデンサは最大の信号伝送を達成することを選択しました。
それは50オームのインピーダンスです。大きいコンデンサはより細かい調節を可能にする可変である。コイルは、固定された固定ソケットのベースプレートに座っています。
場合によっては、感受性整合液用の貯蔵所を加えて、コイルワイヤからの感受性効果を低減することができる。時計ガラスにパーフルオロデカリンの1ミリリットルを転送します, またはPFD, これは、サンプルを水没するために使用されます.PFDは、生体細胞に入ることなく試料中の空気空間を満たすことができるので使用される。
また、プロトンMRIでは観察できません。すぐにそれが必要になる前に蒸発を防ぐためにペトリ皿のふたでPFDをカバーする。参考試料を調製する場合は、代わりに硫酸銅溶液を用いる。
次に、その成長基板から根系を慎重に抽出する。メスを使って小さなセクションを物品物品化します。真空処理のために、固定溶液を含むエペンドルフチューブにサンプルを入れる。
その後、フィラメントとパンチ穴でチューブを密封して換気を可能にします。サンプルを真空処理に供する。気泡がサンプルを逃げるのが見られる。
ステレオ顕微鏡を見ながら、ピンセットを使用して、以前に調製した溶液中のサンプルと毛細血管の両方を水没させます。次に、毛細血管と完全に水没したサンプルの両方を使用して、ピンセットを使用して毛細血管にサンプルを挿入します。より小さい毛細管または注射針の先端を押す棒として使用する。
ティッシュペーパーを細かい点に整え、毛細血管の両端から約1ミリメートルの液体を取り除きます。メルトは、ワックスペンを使用して毛細血管ワックスの少量。両面にワックスを塗ります。
ワックスは固化すると不透明になります。気泡を毛細血管から除外するように注意してください。その後、メスを使用して余分なワックスを削り取ります。
マイクロコイルを安定したまま、ピンセットを使用してサンプルをマイクロコイルに挿入します。ロッドを使用して、サンプルをコイルの中央に配置します。コイルが初めてテストされる場合は、パワーキャリブレーションとSNRとB1フィールドの均質性を決定するために硫酸銅参照サンプルを使用します。
このプロトコルは、1メートルあたり最大3テスラが可能な、統合された勾配コイルを備えたマイクロイメージングプローブを装備した垂直ボア22.3テスラ分光計で実証されています。マイクロコイルを直立したまま、マイクロコイルをプローブベースに取り付けます。次に、三軸勾配コイルの上をスライドします。
プローブベースのねじを回して、勾配を固定します。プローブを磁石に挿入し、必要な接続を行います。ウォブルカーブを開始し、必要に応じて調整とマッチングを調整します。
高いスペクトル スイープ幅から始めることをお勧めします。複数の共振モードが存在する場合があることに注意してください。正しい共振モードを決定するには、各モードの SNR テストが必要な場合があります。
マイクロコイルに適したコイル構成を選択します。コイルの安全限界が不明な場合は、0.6ワットの低パルス電力で10マイクロ秒から始め、信号が現れるまでパルス長を一度に1マイクロ秒ずつゆっくりと増やします。新しいコイルのナットカーブを記録して、90度パルスの正しいパルス長さと電力を得ます。
そのためにはパルス電力を一定に保ちながら、パルス持続時間を系統的に変化させ続ける。不均一なB1フィールドの場合、最大信号強度が得られる長さから90度パルスを推定することができます。大きな視野を持つローカライザスケールを使用して、磁石内のコイルの位置を特定します。
サンプルがグラデーションシステムの中心にある場合は、ローカライザースキャンでサンプルが表示されます。コイルまたはサンプルが中心外の場合は、ローカライザースキャンを調整します。ヌテネーション曲線を使用して近似パルスパワーが検出されると、一連の画像が最も均質な画像をチェックするためにパルスパワーを徐々に変化させます。
不等分のB1フィールドを有する一部のコイルでは、決定された90度パルスが、コイルの所望のスイートスポットでの転倒につながる過大評価される可能性があります。FID信号に基づいて磁界を手動でシムします。異なる向きのマイクロコイルシムの向きに応じて、B0均質性のより強い補正をもたらす可能性があります。
次に、正規化されたボリューム SNR を計算する必要があります。まず、X と Y の解像度にスライスの厚さを掛けてボクセルボリュームを計算します。SNRは平均信号から平均ノイズを引き、それをボクセルボリュームで乗算されたノイズの標準偏差で割ることによって計算されます。
平均信号は画像の中心から取得され、ノイズ信号はコーナーパッチから計算されます。複数のグラデーション エコー シーケンスを実行して、コイル ワイヤとサンプル自体に起因する潜在的な感受性の問題を確認します。水没コイルの場合、コイル線とその環境との間の感受性の差が大幅に減少します。
3Dフラッシュ実験で高分解能イメージングが実現した可能性があります。いくつかの根の特徴は、より大きなコイルを使用して解決することが困難である内皮、皮質、およびxylemのような区別され得る。マルチスライス、マルチエコー配列はまた、感受性の影響を低減するために使用され得る。
ただし、これは時間単位あたりの感度を低下させるコストで来る。メディカゴトランカトゥーラの根結節もこのプロトコルを用いて画像化されてもよい。4分で31マイクロメートルの等方性分解能が得られ、33分で16マイクロメートルの等方性分解能が得られた。
これにより、小さな根結節の様々な生理学的側面を詳細に研究することができます。サンプル調製を成功させるためには、サンプルと毛細血管の両方を液体に完全に沈下することが重要です。これにより、画質に悪影響を与える気泡の形成を防ぎます。
MRイメージングは非破壊的であるため、MRスキャン後に生体試料を除去し、例えば光学顕微鏡を用いたさらなる研究に使用することができます。このビデオを見た後、あなたは、イメージングアプリケーションのためのマイクロコイルの特性と動作の基本的な理解を持っている必要があります。これは、多種多様な生体試料に適用され得る。
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