Phase Kontrast Magnetresonanz-Bildgebung in der Ratte gemeinsame Halsschlagader

Zusammenfassung

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, den Blutfluss in der Ratte gemeinsame Halsschlagader Messen mithilfe nicht-invasive Phase Kontrast Magnetresonanz-Bildgebung.

Zusammenfassung

Phase Kontrast Magnetresonanz-Bildgebung (PC-MRI) ist eine nicht-invasive Ansatz, der Fluss-relevante Parameter wie Blutfluss quantifizieren kann. Frühere Studien haben gezeigt, dass abnormale Blutfluss mit systemischen vaskulären Risiko verbunden sein kann. So kann PC-MRI die Übersetzung der Daten aus Tiermodellen der Herz-Kreislauf-Krankheiten, relevante klinische Untersuchungen erleichtern. In diesem Bericht wir beschreiben das Verfahren für die Messung von Blutfluss in die gemeinsame Halsschlagader (CCA) von Ratten mit Cine-gated PC-MRI und entsprechenden Analysemethoden zu diskutieren. Dieses Verfahren kann in einem Leben, narkotisierten Tier durchgeführt werden und erfordert keine Euthanasie nach dem Eingriff. Die vorgeschlagenen Scanparameter liefern wiederholbare Messungen für Blutfluss, zeigt hervorragende Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Die PC-MRT-Verfahren in diesem Artikel beschriebenen kann für pharmakologische Tests, pathophysiologische Bewertung und zerebrale Hämodynamik Bewertung verwendet werden.

Einleitung

Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein vielseitiger Ansatz, der liefert detaillierte Informationen über interne Körperstrukturen und Physiologie, und wird zunehmend für die klinische Diagnose und in präklinischen tierexperimentellen Studien genutzt. Tiermodelle sind entscheidend für ein besseres Verständnis der erhebliche klinische Implikation ¹. Da Tiermodelle deutlich von Menschen im Hinblick auf die Anästhesie Anforderungen und physiologischen Parametern unterscheiden, nimmt Optimierung der MRI-Verfahren für solche Tiere Bedeutung.

Phase Kontrast MRI (PC-MRT) ist eine spezielle Art von MRI, die die Geschwindigkeit des fließenden Spins verwendet, um Fluss-relevante Parameter wie Blutfluss zu quantifizieren. Mit PC-MRI können mapping Strömungsmuster in den großen Arterien mit Tiermodellen Aufschluss über Herz-Kreislauf-Krankheiten ². Darüber hinaus kann PC-MRI nicht-invasiv die inhärente Wechsel des Blutflusses im pathophysiologischen Bedingungen ³überwachen. Diese Beobachtungen legen nahe, dass PC-MRI ist ein wertvoller Ansatz in Tiermodellen der menschlichen Herz-Kreislauf-Krankheiten verwendet werden kann.

In diesem Bericht beschreiben wir eine Methode zur Quantifizierung des Blutflusses in die gemeinsame Halsschlagader (CCA) von Ratten. Zwei CCAs Kopf und Hals mit sauerstoffreichem Blut zu versorgen, und die Halsschlagader-Krankheit ist eine der Hauptursachen für Schlaganfall. Nachweis der frühen Pathologie in der CCA ist daher entscheidend. Dieses Verfahren hat eine Laufzeit von ca. 15 min und kann potenziell auf Bedingungen mit Veränderungen der Hämodynamik, solche Arteriosklerose oder Schlaganfall angewendet werden.

Protokoll

Die institutionelle Pflege und Nutzung Ausschüsse (IACUC) von der China Medical University genehmigt alle Verfahren.

(1) tierische Vorbereitung und Begleitung

1. Lassen Sie alle magnetisch empfindlilch Objekte wie Geldbörsen, Schlüssel, Kreditkarte usw. außerhalb des Scanners Zimmers vor Beginn der tierischen Vorbereitung auf MRI Scan.
2. Zunächst die Ratte (2 Monate alten männlichen Sprague-Dawley (SD) Ratte, 280-350 g) in eine Induktion-Box mit einer Mischung aus 5 % Isofluran (ISO) und Sauerstoff (2 L/min) für 3 – 5 min, nach Bedarf zu betäuben.
3. Wenn das Tier Liegerad und keine Reaktion auf eine Rute oder Zehe Prise zeigt, ISO Verwaltung unterbrechen und das Tier in den Scan Raum zu übertragen.
4. Legen Sie die Ratte in die MRI-Bett in Bauchlage Kopf voran, und liefern Sie ca. 2-3 % ISO durch eine Nase Kegel-Gerät für die Aufrechterhaltung der Narkose.
5. Atmung zu überwachen, indem man einen Sensor Atemwege Kissen unter das Tier Torso.
6. Schließen Sie den Sensor an ein Atmungssystem und suchen Sie nach Atemfrequenz zwischen 40-50 Schlägen pro Minute (Bpm).
7. Cine-gated PC-MRI Akquisition, legen Sie eine Elektrode auf der rechten Vorderpfote und der linken hinteren Pfote bzw. (Abbildung 1a).
8. Verdrillen Sie die Elektrokardiographie (EKG) Kabel.
9. Verwenden Sie einen Kopf Halter mit Ohr-Bars und eine Snack-Bar, um das Tier um Kopfbewegungen einzuschränken zu sichern.
10. Verwenden Sie eine Warmluftheizung System oder Gaze-Pads, um Körpertemperatur während im Magneten.
11. Sicherzustellen Sie, dass der R-Zacke klar auf dem ECG Monitor (Abbildung 1 b ist), und legen Sie das Tier in den Scanner. Es gibt keine Notwendigkeit, die Oberfläche Spule oben auf den Hals des Tieres zu platzieren, wie Bilder von der Lautstärke-Spule erworben werden.

(2) MRI-Übernahme

1. Verwenden Sie 2 – 3 % ISO um Anästhesie während des gesamten bildgebenden Verfahrens beizubehalten. Ständige Überwachung physiologischen Reaktionen und möglichst konstant zu halten.
2. Die MRI-Scans zu starten, sobald das Tier im Inneren des Scanners platziert und weiterhin physiologisch stabil sein. In dieser Studie verwenden ein 7 T kleines Tier MRT-System mit einer Steigung Stärke von 630 m/m, aber andere Feldstärken von kleinen Tieren MRT-Systeme eingesetzt werden.
3. Wählen Sie die Sequenz "Localizer" aus der Konsole Monitor von der MRI-Scanner und erwerben Scout entlang aller drei Ausrichtungen mit schnelle Bildfolge Erwerb, z.B., die schnelle Spin-Echo, koronale, axial, erstellen und sagittale Bilder zu . Der Zweck dieser scout Bilder besteht darin, die bildgebende Flugzeuge zu bestimmen.
4. Stellen Sie sicher, dass das Zentrum von Kopf und Hals des Tieres in der Mitte des Magneten. Passen Sie ggf. das Tier Position, bis die richtige Position erreicht ist. Wenn das Tier neu positioniert ist, wiederholen Sie Scannen um Scout Bilder zu erhalten.
5. Wählen Sie die "Time-of-Flight (TOF) Angiogramm" Sequenz aus der Konsole Monitor von der MRI-Scanner und erwerben ein 2D TOF Angiogramm zunächst zu prüfen, die genaue anatomische Lage des CCA. Verwenden Sie die folgenden Scan-Parameter: Wiederholung Zeit (TR) / echo der Zeit (TE) = 22/4,87 ms, flipwinkel = 90°, Sichtfeld (FOV) = 40 × 40 mm², Matrixgröße = 256 × 256, Scheibendicke 0,6 mm, mit der Anzahl der Erregung (NEX) = 1.
   Hinweis: Der Name der TOF-Sequenz könnte Vender-spezifisch sein. Die Benutzer kann diese Parameter in der Konsole Monitor einfügen.
6. Stellen Sie sicher, dass die Sättigung Band ist "on" und sich auf der Oberseite zur Vermeidung von Interferenzen von venösen Signale befindet.
   Hinweis: Für die Sättigung Band kommt es in der Regel mit der TOF-Sequenz. Wenn die Sättigung Band nicht auf dem Monitor angezeigt wird, wenden Sie der Person.
7. Nach dem Auffinden der CCA mit TOF-Angiogramm, Ziel der Bildebene des PC-MRT in die Mitte des CCA und orientieren, so dass die Scheibe senkrecht zur Richtung des Blutflusses (Abbildung 2a).
8. Sicherzustellen Sie, dass Atmung und ECG Anspritzung angeschlossenen MRI, zeigen das klare Signal auf dem Monitor Computer (Abbildung 1 b), und Sie das Trigger-Modul legen "auf" in den "Trigger-Modus" aus der Konsole Monitor des Mr-Gerätes sein.
9. Bestätigen Sie, dass das Tier physiologischen Reaktionen stabil sind, vor Einleitung eines PC-MRT-Untersuchung von den Überwachungscomputer (Abbildung 1 b). Überprüfen Sie, ob gating Auswahlen "auf" in den Monitor-Computer und Konsole Monitor des MRT sind.
   Hinweis: Die Physiologie, die in dieser Studie verwendeten Überwachungssystem wird von dem Verkäufer bereitgestellt. Für die meisten tierischen Scanner sind die ähnlichen Physiologie-monitoring-Systeme und Vender-spezifische.
10. Wählen Sie die Reihenfolge der PC-MRT-Sequenz aus der Konsole Monitor von der MRI-Scanner und geschlossenen PC-MRI-Scans mit den folgenden Parametern ausführen: TR/TE=15.55/4.51 ms (minimale TR und TE), flip Winkel = 30°, FOV = 40 × 40 mm², Matrixgröße = 192 × 192, Scheibe Dicke = 2 mm, Geschwindigkeit Codierung (VENC) = 120 cm/s, mit NEX = 8. Unidirektionale VENC wird in der Richtung durch die Ebene erworben.
    Hinweis: Die Scan-Zeit ist etwa 8,5 min, aber die eigentliche Scan-Zeit möglicherweise geringfügig unter den Tieren durch die Variation der herzzyklen.
11. Wiederholen Sie die Schritte 2,6 – 2,9 der Bildaufnahme, wenn die Region of Interest (ROI) ist an einen anderen Speicherort in der CCA, wie z. B. an der Bifurkation ⁴geändert werden.
12. Das Tier aus dem Scanner zu entfernen und zu ihrer Erholung Käfig zurück, wenn der Scan abgeschlossen ist.
13. Wärmen Sie das Tier mit einer Wärmelampe auf Körpertemperatur zu halten. Halten Sie die Lampe mindestens 15 cm entfernt von dem Tier um eine Überhitzung zu verhindern.
14. Wenn das Tier beginnt sich zu bewegen und eine Antwort auf eine Rute oder Zehe Prise stellt, schalten Sie die Heizung-Lampe.

(3) die Verarbeitung der Daten

1. Speichern Sie MRT-Daten in Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) oder jede andere Vender-spezifische Format. Cine-Serie mit zwei Arten von Bildern zu generieren: eine Größenordnung Bild (Anatomie) und ein Phase-Bild (Abb. 2 b).
   Hinweis: Bei einigen Scannern die dritte Art von Bild, das die Größe Bild × Phase Bild oder den Komplex-Unterschied (die komplexe Subtraktion zwischen den beiden Akquisitionen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit Codierung Gradienten) sein könnte, wird erzeugt. Das dritte Bild ist Hersteller-abhängig.
2. Vorverarbeitung der Bilddaten. Verdeckte die Phase in der Geschwindigkeit-Karte Bild und korrigieren Phasenversatz Fehler ⁵.
   Hinweis: Die Phase-Bild hat eine willkürliche Herr Einheit der Signalintensität anstelle von true Velocity-Werte, aber der Herr Signalintensität ist linear proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. Die maximale MRT-Signal aus dem Phase-Bild ist in der Regel als Wert der VENC zugewiesen, und das minimale Signal erhält den entgegengesetzten Wert VENC. Finden Sie ein Beispiel für die Matlab-Skript-zusätzlicher Codedatei 1 und drücken Sie die TasteAusführen".
3. Skizzieren Sie den ROI sorgfältig Nachzeichnen der Begrenzung des CCA. Da die Arterie kann erweitern und in den verschiedenen Lebensabschnitten kardiale konstruieren, abzugrenzen ROIs für jeden Zeitrahmen. Berechnen Sie den Blutfluss durch die Integration über der Arterie ROI, d. h., Geschwindigkeit × Bereich. Die entstandenen Durchblutung jeder Arterie war in den Einheiten der mL/s. Sehen Sie zusätzlicher Codedatei 2 ein Beispiel für das Matlab-Skript zu, und drücken Sie die TasteAusführen".

Ergebnisse

Richtige Scheibe Geometrie ist von zentraler Bedeutung für den Erfolg des PC-MRI-Experiments. Das genaue Bild Flugzeug Positionierung ergibt sich eine "Runde" Arterie Form (Abbildung 3a), und mit zunehmender Winkelungen, d. h., wenn es weniger senkrecht auf die Arterie ist die resultierende Geometrie der Arterie wird eiförmig, führt zu größeren Teilvolumen Effekte (Abb. 3 b). Schwere Teilvolumen Wirkung führt zu di...

Diskussion

PC-MRI ist ein umfassender Ansatz für non-invasive und longitudinale Auswertung des Blutflusses. Wir präsentieren Ihnen ein Protokoll für die Durchführung von PC-MRI der Ratte CCA. Dieses Verfahren ist einfach, in jedem Tier MRT durchzuführen und zeigt gute Reproduzierbarkeit.

Die PC-MRI-Technik hat zunehmende Popularität in menschlichen ^10,11 , sowie Tierstudien ^4,12. Un...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
7T small animal MRI system	Bruker
Isoflurane	Baxter	1001936040	anesthetic
ECG lead	3M	2269T
Matlab	MathWorks		sofeware for image processing
Monitoring and gating system	SA instruments, Inc	Model 1030