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摘要

本程序的总体目标是采用无创相磁共振成像技术对大鼠颈总动脉血流进行测量。

摘要

相衬磁共振成像 (PC MRI) 是一种无创的方法, 可以量化流量相关参数, 如血流。以前的研究表明, 异常的血流可能与系统性血管危险有关。因此, PC MRI 可以促进从心血管疾病动物模型获得的数据的翻译到相关的临床调查。在本报告中, 我们描述了用电影门控电脑 MRI 测量大鼠颈总动脉血流量的方法, 并讨论了相关的分析方法。这一程序可以在活体, 麻醉动物, 不需要安乐死后的程序。所提出的扫描参数产生可重复测量的血液流量, 表明了优良的重现性的结果。本文所描述的 PC MRI 程序可用于药理试验、病理生理学评估和脑血流动力学评价。

引言

磁共振成像 (MRI) 是一种多功能的方法, 提供了有关内部身体结构和生理学的详细信息, 并越来越多地用于临床诊断和前期动物研究。动物模型是至关重要的, 以更好地了解相当多的临床意义1。由于动物模型在麻醉要求和生理参数方面与人类有很大的不同, 因此对这种动物的 MRI 程序进行优化具有重要意义。

磁共振成像 (mri) 是一种特殊类型的 mri, 利用流动旋转的速度来量化与流动相关的参数, 如血流。借助于 PC MRI, 利用动物模型对主要动脉中的流型进行映射可以帮助揭示心血管病理2。此外, PC MRI 可无创监测病理生理学情况下血液流动的内在变动3。这些观察表明, PC MRI 是一种有价值的方法, 可用于人类心血管疾病的动物模型。

在本报告中, 我们描述了一种定量的血流量在颈总动脉 (共同评估) 的大鼠。两种共同国家评估为头颈部提供含氧血, 颈动脉疾病是中风的主要原因。因此, 检测早期病理在共同国家评估中是至关重要的。这一过程的持续时间约为15分钟, 并可能适用于条件与血流动力学改变, 如动脉粥样硬化或中风。

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研究方案

中国医科大学的机构护理和使用委员会 (IACUC) 批准了所有的程序。

1. 动物准备和监测

  1. 在开始进行 MRI 扫描的动物准备之前, 在扫描仪室外留下所有磁性敏感物品, 如钱包、钥匙、信用卡等。
  2. 最初麻醉鼠 (2 月大的雄性大 (SD) 鼠, 280–350 g) 在一个感应箱中使用5% 异氟醚 (ISO) 和氧气 (2 升/分钟) 的混合物, 为3–5分钟, 必要时。
  3. 当动物处于卧位时, 没有对尾巴或脚趾捏的反应, 停止 ISO 管理并将动物转移到扫描室。
  4. 把老鼠放在 MRI 床上, 头先俯卧, 并通过鼻锥装置提供 2-3% ISO 以维持麻醉。
  5. 通过在动物躯干下放置呼吸枕传感器来监测呼吸。
  6. 将传感器连接到呼吸系统, 并检查每分钟40-50 次 (bpm) 的呼吸速率。
  7. 用于电影门控的 PC MRI 采集, 分别在右侧前爪和左后爪上放置一个电极 (图 1a)。
  8. 将心电图 (ECG) 电缆拧在一起。
  9. 使用带有耳棒和咬条的头持有人来保护动物以限制头部运动。
  10. 使用暖空气加热系统或纱布垫保持体温, 而在磁铁。
  11. 确保心电图显示器上的 R 波清晰 (图 1b), 并将该动物放在扫描仪中。没有必要将表面线圈放置在动物颈部的顶端, 因为图像是由卷线圈获取的。

2. MRI 采集

  1. 使用 2–3% ISO 在整个成像过程中保持麻醉。持续监测生理反应, 尽可能保持恒定。
  2. 一旦将动物放置在扫描仪内并继续保持生理稳定, 就开始 MRI 扫描。在本研究中, 使用 7 T 小动物 mri 系统的梯度强度为 630 mT/米, 但其他领域的优势, 小动物 MRI 系统可以使用。
  3. 从 MRI 扫描仪的控制台监视器中选择 "定位器"序列, 并使用任何快速的图像采集序列 (如快速旋转回波) 在所有三方向上获取侦察图像, 以创建冠状、轴向和矢状图像。.这些侦察图像的目的是确定成像平面。
  4. 确保动物头部和颈部的中心位于磁铁的中心。如有必要, 调整动物的位置, 直到达到正确的位置。如果动物被重新定位, 重复扫描以获取侦察图像。
  5. 从 MRI 扫描仪的控制台监控器中选择"飞行时间" 序列, 并首先获得2D 的脑血管造影, 以确定共同国家评估的精确解剖位置。使用以下扫描参数: 重复时间 (TR)/回波时间 (TE) = 22/4.87 ms, 翻转角度 = 90°, 视场 (FOV) = 40 x 40 毫米2, 基体大小 = 256 x 256, 切片厚度0.6 毫米, 与励磁的数量 = 1。
    注意: 飞行序列的名称可以是特定于供应商的。用户可以在控制台监视器中插入这些参数。
  6. 确保饱和带是 "on", 并放置在顶部, 以避免干扰静脉信号。
    注: 对于饱和带, 它通常带有飞行序列。如果显示器上没有显示饱和带, 请通知服务人员。
  7. 在使用飞行后血管造影定位共同国家评估后, 将 PC MRI 的图像平面对准共同国家评估和定向的中心, 使切片垂直于血流方向 (图 2a)。
  8. 确保呼吸和心电门连接到 mri 系统, 显示显示器计算机上的清晰信号 (图 1b), 并将触发模块设置为 "触发模式" , 从 mri 扫描仪的控制台监视器中 "启动"。
  9. 确认动物的生理反应是稳定的, 然后开始从监控计算机的 PC MRI 扫描 (图 1b)。验证显示器计算机和 MRI 扫描仪的控制台监视器中的门选择是否 "on"。
    注: 本研究使用的生理学监测系统由供应商提供。对于大多数动物扫描仪, 都提供了类似的生理监测系统和特定的供应商。
  10. 从 mri 扫描仪的控制台显示器上选择 pc mri 序列序列, 并使用以下参数执行门控 pc mri 扫描: tr = 15.55/4.51 ms (最小 TR 和 TE), 翻转 angle=30°, FOV = 40 x 40 毫米2, 矩阵大小 = 192 x 192, 切片厚度 = 2 毫米, 速度编码 (VENC) = 120 厘米/秒, 带 NEX=8。单向 VENC 是通过平面方向获取的。
    注: 扫描时间约为8.5 分钟, 但实际扫描时间可能略有不同的动物由于心脏循环的变化。
  11. 重复步骤2.6–2.9 图像获取如果要将感兴趣的区域更改为共同国家评估中的另一个位置, 例如在分岔4中。
  12. 在扫描完成后, 从扫描仪中取出该动物并将其返回到其恢复笼中。
  13. 用暖气灯保暖动物以保持体温。保持灯至少15厘米远离动物, 以防止过热。
  14. 当动物开始移动并表现出对尾巴或脚趾捏的反应时, 关掉暖气灯。

3. 数据处理

  1. 保存数字成像和医学通讯中的 MRI 数据 (DICOM) 格式或任何其他特定于供应商的格式。生成具有两种类型图像的电影系列: 震级图像 (解剖图像) 和相位图像 (图 2b)。
    注意: 在某些扫描仪中, 生成了第三种图像, 它可以是震级图像 x 相图或复数差分 (两种不同速度编码梯度的采集之间的复减法)。第三个映像是依赖于供应商的。
  2. 预处理图像数据。将相位图像隐蔽到速度图中, 并更正相位偏移误差5。
    注意: 相位图像有一个任意的 mr 单位的信号强度, 而不是真正的速度值, 但 mr 信号强度是线性比例的速度。相位图像的最大 MRI 信号通常被指定为 VENC 的值, 最小信号被分配为 VENC 的相对值。有关 Matlab 脚本的示例, 请参见补充代码文件 1, 然后按 "运行" 按钮。
  3. 通过跟踪共同国家评估的边界, 仔细地描绘 ROI。当动脉在不同的心脏阶段可以扩张和构造时, 为每个时间框架描绘 ROIs。通过对动脉 ROI (即速度 x 区域) 的积分来计算血流量。结果每个动脉的血流都在毫升/秒的单位内。有关 Matlab 脚本的示例, 请参见补充代码文件 2, 然后按 "运行" 按钮。

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结果

正确的切片几何是确保 PC MRI 实验成功的关键。准确的图像平面定位产生一个 "圆形" 的动脉形状 (图 3a), 随着角度的增加,即, 当它与动脉垂直较少时, 产生的动脉几何变成卵球形, 导致较大的部分体积效果 (图 3b)。严重的局部体积效应会导致对血流的高估6,7。因此, 如果动脉形状...

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讨论

MRI 是一种非侵入性和纵向评价血流的综合方法。本文提出了一种用于大鼠共同评价的 PC 磁共振成像的协议。本程序易于在任何动物 MRI 扫描仪中执行, 并显示良好的重现性。

PC MRI 技术在人类10、11以及动物研究中得到了越来越多的普及, 4、12。在这些研究中, 彭等的结果。

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披露声明

没有什么可透露的。

致谢

这项工作得到了台湾科学技术部授予的 MOST-105-2314-B-039-044-MY2 的赠款支持。

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材料

NameCompanyCatalog NumberComments
7T small animal MRI systemBruker
Isoflurane Baxter1001936040anesthetic
ECG lead 3M2269T
MatlabMathWorkssofeware for image processing
Monitoring and gating systemSA instruments, IncModel 1030

参考文献

  1. Zakszewski, E., Schmit, B., Kurpad, S., Budde, M. D. Diffusion imaging in the rat cervical spinal cord. J Vis Exp. (98), (2015).
  2. Wise, R. G., Al-Shafei, A. I., Carpenter, T. A., Hall, L. D., Huang, C. L. Simultaneous measurement of blood and myocardial velocity in the rat heart by phase contrast MRI using sparse q-space sampling. J Magn Reson Imaging. 22 (5), 614-627 (2005).
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  18. Kim, D., et al. Accelerated phase-contrast cine MRI using k-t SPARSE-SENSE. Magn Reson Med. 67 (4), 1054-1064 (2012).
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