עבודה זו היא חלק הדמיה עכבר המרכז (עכברים) בבית החולים לילדים חולים של אוניברסיטת טורונטו.

1. עכבר מרובות ב-vivo הדמיה מוחית: כאשר בעלי חיים הדמיה חיים, תכונות עיקריות מספר חייב להיות נוכח בכל הפגישה הדמיה: 1) שיטה בטוחה של הרדמה, 2) בקרה סביבתית 3) ניטור פיזיולוגי. יתר על כן, כאשר הנבדקים הדמיה מרובים בו זמנית, יש להוסיף המורכבות לגבי הקלות והמהירות של ההכנה ואת שחזור של תפקידים בעלי חיים כדי להקל על רישום התמונה. כתוצאה מכך, שלושת המרכיבים העיקריים אישית תוכננו מפוברק: מערכת טעינת להכניס את העכברים לתוך סלילי RF בתוך ה-MRI, תא אינדוקציה כדי להקל על הכנת פלטפורמה עם ניטור מוטבע מוביל לתקנן משרה. המערכת טוען: מערכת טעינת העכבר מורכב משני חלקים עיקריים: &quot;עכבר הכוורת &#39;ו&#39; מערך הטעינה&quot;. הפונקציה העיקרית כוורת של העכבר למצב seven מרבה רגליים סלילי RF (NMR וריאן מערכות, בפאלו אלטו, קליפורניה) במערך משושה בתוך המגנט לשעמם. מערך הטעינה נועד להחזיק תחבורה עכברים רבים שוכנו 50 מבחנות צנטריפוגה למיליליטר עם חורים שנקדחו באמצעות הטיפים שלהם כדי לאפשר כניסה של גז הרדמה. לאחר בעכברים מורדמים ו interfaced לציוד מעקב באזור הכנה בקרבת המגנט, הם מוכנסים לתוך צינורות צנטריפוגה שונה ועלה על מערך הטעינה. לאחר הרכבה כל העכברים, מערך הטעינה מועבר ונוסף המגנט ואת מיקומו על מערכת הרכבות. מערכת הרכבות מאפשר מערך לזוג עם הכוורת העכבר כאשר דחף את ילדה של המגנט. כאשר מוכנס במלואו לתוך המגנט, צינורות צנטריפוגה המזח אל מערכת המסירה הרדמה בתוך סלילי RF. Isoflurane מעורבב עם חמצן מסופק מסוף כוורת העכבר כדי הדגימה דרך צינור לאורך ציר של סליל בנפרד. זו תערובת גז ההרדמה זורם לתוך הצינורות, בעבר העכברים והוא נאסף על ידי יחידה הדחה פעיל המחובר לחלק האחורי של מערך טעינה (איור 1). לשכת אינדוקציה: מאז ימי הדמיה יכול להימשך עד שלוש שעות, צמצום זמן ההכנה חיים הוא חיוני כדי להגביל את החשיפה של העכבר כדי הרדמה. לכן, פיתחנו קאמרית אינדוקציה מותאמים אישית כדי לייעל את תהליך הכנה (איור 2). חדר אינדוקציה אישית יוצר סביבה יחיד והן לזירוז הטיפול בעכברים מרובים. נבנה מתוך אקריליק ברור, לשכת הגיוס תכונות selfclosing סיליקון יציאות איריס כדי למזער זליגת הרדמה מאפשר למשתמש לגשת הסביבה הפנימית ללא צורך כפפות מיוחדות. לעומת המסכה מעגלים קונבנציונלי עבור עכבר בודדת, לשכת הגיוס הוא גדול מספיק לבית עד עשרים עכברים מאפשר מניפולציה חינם של העכברים ללא הקובץ המצורף של צינורות ומסכות מסורבלת. היחידה מסופקת עם זרימה קבועה של גז הרדמה אשר נאסף באמצעות מערכת הדחה פסיבי. גופי חימום Resistive משמשים כדי לחמם את הרצפה של חדר כדי לשמור על טמפרטורת הגוף של בעלי החיים במהלך ההכנה. המזחלת: אחד ההיבטים המביכים ביותר זמן רב להכנת עכברים עבור ה-MRI הם יישום של electrocardiograph (אק&quot;ג) אלקטרודות בדיקות טמפרטורה רקטלית. בנוסף, רבים של אלקטרודות קונבנציונלי, כגון חפתים אלקטרודות מחט, נמצאו לעוות תנוחה של החיה ומקשה לתקנן מיצוב. לכן, אנו פיתח פלטפורמה אישית צורה מצויד עם מיצוב מוטבע א.ק.ג., הנשימה בדיקות טמפרטורה שנקרא &quot;מזחלת&quot; (פטנט אמריקאי 7146936) (איור 3). מגבלות תנועה עשויים מחברים סקוטש שימשו כדי להגביל את תנועת הראש. עכבר מרובה בתחום ההדמיה צעדים vivo המוח: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כל מחקר העכבר דורש המקומי ACC (ועדת טיפול בבעלי חיים), IACUC (Animal Care מוסדיים ועדת שימוש) או שווה ערך אישור הליכי הטיפול העכבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כל הנהלים כגון זיהוי במשקל של בעלי חיים צריכה להתבצע תחת הממשלה בטיחות ביולוגית (BSC) ו ביחידת ה-MRI. הקופים והחתולים מועברים לתוך מיכל פלסטיק autoclavable והובל לתא אינדוקציה MRI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עכברים מורדמים בתא prewarmed באמצעות אינדוקציה 4% isoflurane ו 4 L / min חמצן. בעלי חיים מורדמים לגמרי ברגע שהם אינם מגיבים לצבוט כפה. פרווה מהחזה מוסר באמצעות מסיר שיער (Nair) אם יש צורך לספק מגע טוב יותר עם א.ק.ג. ניטור טמפרטורה מכשירים שנבנו לתוך המזחלת מותאמת אישית. משחה חוה (דמעות Naturale PM) מוחל על העיניים כדי למנוע התייבשות, וכ 0.3 מ&quot;ל של תמיסת מלח מנוהל מתחת לעור לשמור על הלחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ה-DTPA-BMA (Omniscan) עשוילשמש אם הוא שיפור לעומת הרצוי. אם אלוקים-DTPA היא לשמש, זה יהיה מדולל (נפח סופי 300uL) מליחים מנוהל במנה אחת של 1 מילימול / ק&quot;ג לפני הפגישה MR דרך IP. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עכברים נטענים מכן לתוך מזחלות בודדים, משותקת עם רצועות הראש והחלק לשפופרת 50 מ&quot;ל פתוחות חרוטי (איור 3). עד 7 עכברים חיים ניתן לסרוק בבת אחת. לאחר כל בעלי החיים עמוסים ניטור פיזיולוגי קשור, להגדיר את רמת isoflurane בתוך המגנט ילדה 2% ורמת החמצן 8 L / min. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צינורות חרוטי מורכבים לתוך מערכת עגינה (איור 1) נועד עכברים עמדה אחידה לתוך סליל כל RF ממוקם במרכז המגנט לשעמם. טעון פעם, isoflurane ניתן לצמצם 0.9-2%. א.ק.ג. וטמפרטורה מנוטרים על כל חיה לאורך הקורס של הסריקה. בעלי חיים נשמרים חמים במהלך הסריקה עם האוויר התחמם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משך לסרוק כל אחד משלושת מימדי הוא כ 3 שעות. הפרטים הם כדלקמן: הד ספין מהיר עם TR של 2300 ms ו TEeff של 36 מילישניות. אקו אורך הרכבת של 8 עם ממוצע 1. רזולוציית התמונה המתקבלת היא 125 מיקרומטר (איור 4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר השלמת הסריקה, החיות יוסרו מן המגנט פרקו בתא אינדוקציה חמה מלא 100% חמצן. הקופים והחתולים מועברים לתוך מיכלים אטומים מפלסטיק מועבר תחת BSC. הן ממוקמות על כלוב טיוטה חם חופשי ואיפשר להתאושש מן ההרדמה. </li></ol> 2. מרובה עכבר לשעבר vivo הדמיה מוחית: מושפע ההצעה artifacts, קבוע MR הדמיה משיגה רזולוציה גבוהה יותר מאשר הדמיה לחיות. ברזולוציה גבוהה, תלת ממדי מערכי נתונים מספקים גמישות מקסימאלית של חילוץ מידע כמותי ולאפשר ניתוח התמונה אוטומטית. מערך סליל אישית RF פותחה במקביל לרכישת 16 מערכי נתונים של רזולוציה גבוהה של MR קבוע, גולגולת המוח העכבר טיפולים לילה. 16-Coil vivo לשעבר מערך דימות המוח: שהותקן 16-סליל מערך סולנואיד נוצר כדי 16 דגימות התמונה בו זמנית. עיצוב זה משפר על אב טיפוס מוקדם יותר בשימוש עד שלוש דגימות התמונה במקביל ערכה להכניס 60mm הדרגתי. 8 פרסה סלילי סולנואיד הם על הפצע בקצוות כדי לספק רגישות אחידה בתוך 10% לאורך של 26mm ו מוגן בנפרד בתוך תאים מודולרית (Idziak ו Haeberlen, 1982). 16 תאים סליל מורכבים למסגרת (איור 5), אשר ממקמת את הסלילים בתוך השיפוע ו מהדק אותו במקום באמצעות שלפוחית ​​השתן פנאומטי כדי למזער את התנועה. מרובה עכבר לשעבר הדמיה vivo המוח את הפעולות הבאות: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלל החזה הכנס פתח מחט (או עירוי מכונפת בטיחות להגדיר, 25 גרם X 3 / 4) אל תוך החדר השמאלי של הלב של העכבר הרדים (באמצעות הזרקה intraperitoneal של קטמין (150 מ&quot;ג / ק&quot;ג) ו xylazine (10 מ&quot;ג / ק&quot;ג) . חותכים את אפרכסת ימין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זלוף Transcardiac מיושר עם טמפ &#39;חדר 30 מ&quot;ל 1 + 1 X PBS μL / מ&quot;ל ​​הפרין (1000 יחידות USP / מ&quot;ל) + 2 ProHance mM בקצב הזרימה של כ 100 מ&quot;ל / שעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעבור קיבוע עם 30 מ&quot;ל PFA 4% (טמפרטורת החדר) + 2 ProHance מ&quot;מ 100 מ&quot;ל / שעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לערוף ולהסיר עור, הלסת התחתונה, האוזניים, האף קצה סחוסי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המקום הנותר מבנה הגולגולת ב 4% PFA + 2 mM ProHance לילה בשעה 4 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברה 1X PBS + אזיד הנתרן 0.02% + 2 ProHance מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רזולוציה גבוהה three סריקת MRI ממדי ב 7 טסלה מתרחשת בין 4 ימים ולא יותר מ 2.5 חודשים לאחר זלוף. המוח ממוקמים מערך 16 ערוצים סולנואיד הסליל (איור 5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפרמטרים הדמיה הן כדלקמן: הד ספין מהיר עם TR 325 ms ו TEeff של 30 אורך ms הד, רכבת של 6 עם 4 ממוצעים. התמונות הסופית יש איזוטרופיים ברזולוציה של 32 מיקרומטר (איור 6) ואת משך הסריקה הוא כ 12 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הסריקה, במקום גולגולת ב -10% פורמלין + 2 ProHance mM לשימור. </li></ol> 3. נציג תוצאות: <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig1.jpg" alt="איור 1" /> באיור 1. מערכת טעינת העכבר. &quot;מערך טעינה&quot; ו &quot;עכבר כוורת&quot; מחובר עם מערכת מסילה משותפת פיברגלס. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig2.jpg" alt="איור 2" /> איור 2. קאמרית אינדוקציה. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig3.jpg" alt="איור 3" /> איור 3.) מזחלת, מראה חיישני ניטור משובצים ו איפוק הראש. ב) עכבר הרדים על מזחלת באיפוק ראש המצורפת. הרכבה מזחלת בקלות שקופיות לתוך הצינור צנטריפוגות. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig4.jpg" alt="איור 4" /> איור 4. </strong&gt; נציג in vivo תמונות המוח מספר אחד 3 שעות סריקה תלת מימדי. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig5.jpg" alt="איור 5" /> איור 5. 16 ערוצים סליל סולנואיד מערך סריקה של 16 דגימות מוח קבוע. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig6.jpg" alt="איור 6" /> איור 6. הדימוי נציג לשעבר vivo המוח.

<ol>
	<li>Bock, N. A., Konyer, N. B., Henkelman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple-mouse+MRI.">Multiple-mouse MRI.</a> Magn. Reson. Med. 49, 158-167 (2003).</li><li>Dazai, J., Bock, N. A., Nieman, B. J., Davidson, L. M., Henkelman, R. M., Chen, X. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+mouse+biological+loading+and+monitoring+system+for+MRI.">Multiple mouse biological loading and monitoring system for MRI.</a> Magn. Reson. Med. 52, 709-715 (2004).</li><li>Spring, S., Lerch, J. P., Henkelman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sexual+dimorphism+revealed+in+the+structure+of+the+mouse+brain+using+three-dimensional+magnetic+resonance+imaging.">Sexual dimorphism revealed in the structure of the mouse brain using three-dimensional magnetic resonance imaging.</a> NeuroImage. 35, 1424-1433 (2007).</li><li>Idziak, S., Haeberlen, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+construction+of+a+high+homogeneity+rf+coil+for+solid-state+multiple-pulse+NMR.">Design and construction of a high homogeneity rf coil for solid-state multiple-pulse NMR.</a> J. Magn. Reson. 50, 281-288 (1982).</li></ol>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

הן in vivo לשעבר vivo עכבר מערכות הדמיה נושאים מספר תמונות בבת אחת כדי להגדיל את התפוקה של בדיקות הדמיה מבלי להגדיל במידה ניכרת את זמן הדמיה. התמונות מוח משני in vivo ו-ex vivo מרובים עכבר שיטות הדמיה הם באיכות גבוהה ומתאימים phenotyping מבנים ראשיות ומשניות במוח העכבר בהתאמה. כדי למזער את זמן הכנת החיה של דגימות מרובות, הקבלה של תהליכים הוא בעל חשיבות עליונה. לדוגמה, פיתוח של החדר אינדוקציה מותר לזירוז של דגימות מרובים בו זמנית, ועל מזחלת יש לסנכרן את היישום של בדיקות א.ק.ג. ואת הטמפרטורה בעוד סטנדרטיזציה מיקום הגוף. יתר על כן, המערכת שלנו לשעבר vivo הדמיה מאפשר לנו לרכוש תמונות ברזולוציה גבוהה three ממדי של 16 מוחות כל קבוע בכל זמן שבו הוא אידיאלי עבור תפוקה גבוהה מחקרים phenotyping. מגבלות אפשריות שלנו במערכת הדמיה vivo כוללים חוסר יכולת לשלוט בנפרד הרדמה טמפרטורה עבור כל עכבר. אם נדרש הפרט הרדמה מלאה יכול להיות מיושם עם תוספת של חומר הרדמה vaporizers בלעדי עכבר אחד. מגבלה נוספת של מערכת הדמיה vivo היא סריקה מוגבל עכברים, כי הם פחות כ 32 גרם. עם זאת, קיימת כיום תוכנית להגדיל את גודל סליל כדי להתאים בעלי חיים גדולים יותר.

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Isoflurane, USP (AErrane)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Baxter</td>
<td>CA2L9108</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>NAIR</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Church &amp; Dwight Canada Corp.</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Tears Naturale P.M.</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Alcon</td>
<td>DIN 02082519</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Omniscan (gadodiamide injection USP) </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>GE healthcare</td>
<td>J-110A</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Custom Sleds </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Dazai Research Instruments</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>PBS w/o Ca and Mg </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Wisent</td>
<td>311-010-CL</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Heparin 10000USP/10ml </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Pharmaceutical Partners of Canada</td>
<td>DIN 02264315</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>ProHance (gadoteridol injection USP)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Bracco Diagnostics</td>
<td>11181 </td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Parafolmadehyde (powder)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Sigma</td>
<td>P-6148-500g</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Sodium Azide</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fisher</td>
<td>S227-100</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Formalin 10%</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fisher </td>
<td>SF100-4</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

multiple-mouse neuroanatomical magnetic resonance imaging

תחום phenotyping עכבר עם תהודה מגנטית (MRI) הוא הולך וגדל במהירות, מונע על ידי הצורך של כלים משופרים לאפיון והערכה של מודלים העכבר של מחלות אנושיות. MRI הוא שיטת מצוין חוקרת בעלי חיים שינו גנטית. הוא מסוגל כיסוי המוח כולו, ניתן להשתמש in vivo, ומספקת מנגנוני בניגוד מרובים על חקירת היבטים שונים של neuranatomy ופיזיולוגיה. הופעת גבוהה בתחום סורקי יחד עם היכולת לסרוק עכברים מרובים בו זמנית מאפשר phenotyping מהיר של מוטציות חדשות. אפקטיבי עכבר מחקרים MRI דורשים תשומת לב להיבטים רבים של תכנון הניסוי. במאמר זה, נתאר שיטות כלליות לרכוש תמונות באיכות phenotyping העכבר באמצעות מערכת דימויים עכברים במקביל תדר לשדר / לקבל מוגן רדיו (RF) סלילי מגנט משותף (Bock et al., 2003). אנו מתמקדים בעיקר על phenotyping אנטומי, יישום חשוב ונגיש כי הראו פוטנציאל גבוה ההשפעה במודלים של העכבר רבים במרכז ההדמיה שלנו. לפני שנוכל לספק את הצעדים המפורטים לרכוש תמונות כאלה, ישנם שיקולים מעשיים חשובים הן in vivo המוח הדמיה (Dazai et al. 2004) לשעבר vivo המוח הדמיה (אביב et al. 2007) כי יש לציין. אלה הם בהמשך.

Watch this Scientific Journal Video about Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging at JoVE.com

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

דימות תהודה מגנטית (MRI) הפך לכלי פופולרי יותר ויותר לבחינת הפנוטיפ של עכברים שעברו שינוי גנטי. מאמר זה מדגים את שיטות הדרושים כדי להשיג תפוקה גבוהה phenotyping של עכברים שעברו שינוי גנטי באמצעות מרובות עכבר MRI.

מרובה עכבר Neuroanatomical תהודה מגנטית

The field of mouse phenotyping with magnetic resonance imaging (MRI) is rapidly growing, motivated by the need for improved tools for characterizing and ...

multiple-mouse-neuroanatomical-magnetic-resonance-imaging

Research

JoVE Journal

Neuroscience

15.7K Views.  Hospital for Sick Children. דימות תהודה מגנטית (MRI) הפך לכלי פופולרי יותר ויותר לבחינת הפנוטיפ של עכברים שעברו שינוי גנטי. מאמר זה מדגים את שיטות הדרושים כדי להשיג תפוקה גבוהה phenotyping של עכברים שעברו שינוי גנטי באמצעות מרובות עכבר MRI.

Video: Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

Magnetic Resonance Spectroscopy of live Drosophila melanogaster using Magic Angle Spinning

High-Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) is a novel non-destructive technique that improves spectral line-widths and allows high-resolution spectra to be obtained from extracts, intact cells, cell cultures, and more importantly intact tissue to investigate relationships between metabolites and cellular processes. In vivo HRMAS 1H-MRS studies have yet to be reported in the live fruit fly Drosophila melanogaster. Drosophila, as a simpler genetic organism, allows the multiple biological functions and various evolutionarily conserved signaling pathways to be examined at the whole organism level and it is a useful model for investigating genetics and physiology. To this end, we developed and implemented an in vivo HRMAS 1H-MRS method to investigate live Drosophila at 14.1 T. Here, we outline an HRMAS 1H-MRS protocol for the molecular characterization of Drosophila with a conventional MR spectrometer equipped with an HRMAS probe. This technique is a novel, in vivo, non-destructive Drosophila metabolite measurement approach, which enables the identification of disease biomarkers and thus may contribute to novel therapeutic development.

Magnetic Resonance Spectroscopy of live Drosophila melanogaster using Magic Angle Spinning

This technique enables the use of high-resolution magic angle spinning proton MR spectroscopy (HRMAS 1H-MRS) for molecular characterization of live Drosophila melanogaster with a conventional 14.1 tesla spectrometer equipped with an HRMAS probe.

ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית של חיים תסיסנית melanogaster באמצעות ספינינג זווית הקסם

High-Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) is a novel non-destructive technique that improves spectral ...

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon measuring activity on the surface of cerebral cortex rather than in subcortical regions such as midbrain and brainstem. Subcortical fMRI must overcome two challenges: spatial resolution and physiological noise. Here we describe an optimized set of techniques developed to perform high-resolution fMRI in human SC, a structure on the dorsal surface of the midbrain; the methods can also be used to image other brainstem and subcortical structures.
High-resolution (1.2 mm voxels) fMRI of the SC requires a non-conventional approach. The desired spatial sampling is obtained using a multi-shot (interleaved) spiral acquisition1. Since, T2* of SC tissue is longer than in cortex, a correspondingly longer echo time (TE ~ 40 msec) is used to maximize functional contrast. To cover the full extent of the SC, 8-10 slices are obtained. For each session a structural anatomy with the same slice prescription as the fMRI is also obtained, which is used to align the functional data to a high-resolution reference volume.
In a separate session, for each subject, we create a high-resolution (0.7 mm sampling) reference volume using a T1-weighted sequence that gives good tissue contrast. In the reference volume, the midbrain region is segmented using the ITK-SNAP software application2. This segmentation is used to create a 3D surface representation of the midbrain that is both smooth and accurate3. The surface vertices and normals are used to create a map of depth from the midbrain surface within the tissue4.
Functional data is transformed into the coordinate system of the segmented reference volume. Depth associations of the voxels enable the averaging of fMRI time series data within specified depth ranges to improve signal quality. Data is rendered on the 3D surface for visualization.
In our lab we use this technique for measuring topographic maps of visual stimulation and covert and overt visual attention within the SC1. As an example, we demonstrate the topographic representation of polar angle to visual stimulation in SC.

This article describes techniques to perform high-resolution functional magnetic resonance imaging with 1.2 mm sampling in human midbrain and subcortical structures using a 3T scanner. Use of these techniques to resolve topographic maps of visual stimulation in the human superior colliculus (SC) is given as an example.

ברזולוציה גבוהה תהודה מגנטית פונקציונלית שיטות המוח התיכון האדם

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon ...

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of neurological and psychiatric disorders such as stroke and depression. Yet, the mechanisms underlying its ability to modulate brain excitability to improve clinical symptoms remains poorly understood 33. To help improve this understanding, proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) can be used as it allows the in vivo quantification of brain metabolites such as &#947;-aminobutyric acid (GABA) and glutamate in a region-specific manner 41. In fact, a recent study demonstrated that 1H-MRS is indeed a powerful means to better understand the effects of tDCS on neurotransmitter concentration 34. This article aims to describe the complete protocol for combining tDCS (NeuroConn MR compatible stimulator) with 1H-MRS at 3 T using a MEGA-PRESS sequence. We will describe the impact of a protocol that has shown great promise for the treatment of motor dysfunctions after stroke, which consists of bilateral stimulation of primary motor cortices 27,30,31. Methodological factors to consider and possible modifications to the protocol are also discussed.

This article aims to describe a basic protocol for combining transcranial direct current stimulation (tDCS) with proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements to investigate the effects of bilateral stimulation on primary motor cortex metabolism.

השימוש בספקטרוסקופיה בתהודה מגנטית ככלי למדידה של השפעות דו חצי מוח Transcranial חשמלי גירוי על יסודי Motor Cortex מטבוליזם

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has been heavily studied. While many imaging studies treat the hippocampus as a single unitary neuroanatomical structure, it is, in fact, composed of several subfields that have a complex three-dimensional geometry. As such, it is known that these subfields perform specialized functions and are differentially affected through the course of different disease states. Magnetic resonance (MR) imaging can be used as a powerful tool to interrogate the morphology of the hippocampus and its subfields. Many groups use advanced imaging software and hardware (&#62;3T) to image the subfields; however this type of technology may not be readily available in most research and clinical imaging centers. To address this need, this manuscript provides a detailed step-by-step protocol for segmenting the full anterior-posterior length of the hippocampus and its subfields: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus (DG), strata radiatum/lacunosum/moleculare (SR/SL/SM), and subiculum. This protocol has been applied to five subjects (3F, 2M; age 29-57, avg. 37). Protocol reliability is assessed by resegmenting either the right or left hippocampus of each subject and computing the overlap using the Dice&#39;s kappa metric. Mean Dice&#39;s kappa (range) across the five subjects are: whole hippocampus, 0.91 (0.90-0.92); CA1, 0.78 (0.77-0.79); CA2/CA3, 0.64 (0.56-0.73); CA4/dentate gyrus, 0.83 (0.81-0.85); strata radiatum/lacunosum/moleculare, 0.71 (0.68-0.73); and subiculum 0.75 (0.72-0.78). The segmentation protocol presented here provides other laboratories with a reliable method to study the hippocampus and hippocampal subfields in vivo using commonly available MR tools.

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

The goal of this manuscript is to study the hippocampus and hippocampal subfields using MRI. The manuscript describes a protocol for segmenting the hippocampus and five hippocampal substructures: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare, and subiculum.

ברזולוציה גבוהה<em&gt; In vivo</em&gt; פרוטוקול פילוח ידני לאדם בהיפוקמפוס תת תחומים באמצעות הדמיה בתהודה מגנטית 3T

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has ...

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of structural MRI in vivo is ultimately limited by physiological noise, including pulsation, respiration and head movement. Although imaging hardware continues to improve, it is still difficult to resolve structures on the millimeter scale. For example, the primary visual sensory pathways synapse at the lateral geniculate nucleus (LGN), a visual relay and control nucleus in the thalamus that normally is organized into six interleaved monocular layers. Neuroimaging studies have not been able to reliably distinguish these layers due their small size that are less than 1 mm thick.
The resolving limit of structural MRI, in a postmortem brain was tested using multiple images averaged over a long duration (~24 h). The purpose was to test whether it was possible to resolve the individual layers of the LGN in the absence of physiological noise. A proton density (PD)1 weighted pulse sequence was used with varying resolution and other parameters to determine the minimum number of images necessary to be registered and averaged to reliably distinguish the LGN and other subcortical regions. The results were also compared to images acquired in living human brains. In vivo subjects were scanned in order to determine the additional effects of physiological noise on the minimum number of PD scans needed to differentiate subcortical structures, useful in clinical applications.

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

Here we present a protocol to determine the minimum number images that needed to be registered and averaged to resolve subcortical structures and test whether the individual layers of the LGN could be resolved in the absence of physiological noise.

הדמיית תהודה מגנטית מבנית ברזולוציה גבוהה של תת-הקליפה&quot; האדם<I&gt; In vivo</I&gt; ולאחר המוות

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of ...

A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat model of ischemic stroke, differences in quantitative T1 and T2 MRI relaxation times (qT1 and qT2) between the ischemic lesion (delineated by low diffusion) and the contralateral non-ischemic hemisphere increase with time from stroke onset. The time dependency of MRI relaxation time differences is heuristically described by a linear function and thus provides a simple estimate of stroke onset time. Additionally, the volumes of abnormal qT1 and qT2 within the ischemic lesion increase linearly with time providing a complementary method for stroke timing. A (semi)automated computer routine based on the quantified diffusion coefficient is presented to delineate acute ischemic stroke tissue in rat ischemia. This routine also determines hemispheric differences in qT1 and qT2 relaxation times and the location and volume of abnormal qT1 and qT2 voxels within the lesion. Uncertainties associated with onset time estimates of qT1 and qT2 MRI data vary from &plusmn; 25 min to &plusmn; 47 min for the first 5 hours of stroke. The most accurate onset time estimates can be obtained by quantifying the volume of overlapping abnormal qT1 and qT2 lesion volumes, termed 'Voverlap' (&plusmn; 25 min) or by quantifying hemispheric differences in qT2 relaxation times only (&plusmn; 28 min). Overall, qT2 derived parameters outperform those from qT1. The current MRI protocol is tested in the hyperacute phase of a permanent focal ischemia model, which may not be applicable to transient focal brain ischemia.

A protocol for stroke onset time estimation in a rat model of stroke exploiting quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) parameters is described. The procedure exploits diffusion MRI for delineation of the acute stroke lesion and quantitative T1 and T2 (qT1 and qT2) relaxation times for timing of stroke.

עבור קו תחילת זמן להערכת ב קבע קליפתית פרוטוקול הדמיית תהודה מגנטית

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic resonance imaging (MRI) plays an important role in both confirming the diagnosis and evaluating the degree of compression. However, the anatomical detail provided by conventional MRI is not sufficient to accurately estimate neuronal damage and/or assess the possibility of neuronal recovery in chronic spinal cord compression patients. In contrast, diffusion tensor imaging (DTI) can provide quantitative results according to the detection of water molecule diffusion in tissues. In the present study, we develop a methodological framework to illustrate the application of DTI in chronic spinal cord compression disease. DTI fractional anisotropy (FA), apparent diffusion coefficients (ADCs), and eigenvector values are useful for visualizing microstructural pathological changes in the spinal cord. Decreased FA and increases in ADCs and eigenvector values were observed in chronic spinal cord compression patients compared to healthy controls. DTI could help surgeons understand spinal cord injury severity and provide important information regarding prognosis and neural functional recovery. In conclusion, this protocol provides a sensitive, detailed, and noninvasive tool to evaluate spinal cord compression.

Here, we present a protocol for the application of diffusion tensor imaging parameters to evaluate spinal cord compression.

דיפוזיה זנסור הדמיה מגנטית באמצעות דחיסת חוט השדרה כרונית

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic ...

Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra

The dopaminergic system plays a crucial role in healthy cognition (e.g., reward learning and uncertainty) and neuropsychiatric disorders (e.g., Parkinson's disease and schizophrenia). Neuromelanin is a byproduct of dopamine synthesis that accumulates in dopaminergic neurons of the substantia nigra. Neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging (NM-MRI) is a noninvasive method for measuring neuromelanin in those dopaminergic neurons, providing a direct measure of dopaminergic cell loss in the substantia nigra and a proxy measure of dopamine function. Although NM-MRI has been shown to be useful for studying various neuropsychiatric disorders, it is challenged by a limited field-of-view in the inferior-superior direction resulting in the potential loss of data from the accidental exclusion of part of the substantia nigra. In addition, the field is lacking a standardized protocol for the acquisition of NM-MRI data, a critical step in facilitating large-scale multisite studies and translation into the clinic. This protocol describes a step-by-step NM-MRI volume placement procedure and online quality control checks to ensure the acquisition of good-quality data covering the entire substantia nigra.

This protocol shows how to acquire neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging data of the substantia nigra.

רכישת נתונים מתוקננת להדמיית תהודה מגנטית רגישה לנוירומלנין של Substantia Nigra

The dopaminergic system plays a crucial role in healthy cognition (e.g., reward learning and uncertainty) and neuropsychiatric disorders (e.g., ...

Acquisition of Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging Data in the Rat

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has become an increasingly popular method to study brain function in a resting, non-task state. This protocol describes a preclinical survival method for obtaining rs-fMRI data. Combining low dose isoflurane with continuous infusion of the &#945;2 adrenergic receptor agonist dexmedetomidine provides a robust option for stable, high-quality data acquisition while preserving brain network function. Furthermore, this procedure allows for spontaneous breathing and near-normal physiology in the rat. Additional imaging sequences can be combined with resting-state acquisition creating experimental protocols with anesthetic stability of up to 5 h using this method. This protocol describes the setup of equipment, monitoring of rat physiology during four distinct phases of anesthesia, acquisition of resting-state scans, quality assessment of data, recovery of the animal, and a brief discussion of post-processing data analysis. This protocol can be used across a wide variety of preclinical rodent models to help reveal the resulting brain network changes that occur at rest.

This protocol describes a method for obtaining stable resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) data from a rat using low dose isoflurane in combination with low dose dexmedetomidine.

רכישת נתוני הדמיית תהודה מגנטית תפקודית של מצב מנוחה בחולדה

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has become an increasingly popular method to study brain function in a resting, non-task ...

Endovascular Perforation Model for Subarachnoid Hemorrhage Combined with Magnetic Resonance Imaging (MRI)

The endovascular filament perforation model to mimic subarachnoid hemorrhage (SAH) is a commonly used model - however, the technique can cause a high mortality rate as well as an uncontrollable volume of SAH and other intracranial complications such as stroke or intracranial hemorrhage. In this protocol, a standardized SAH mouse model is presented, induced by endovascular filament perforation, combined with magnetic resonance imaging (MRI) 24 h after operation to ensure the correct bleeding site and exclude other relevant intracranial pathologies. Briefly, C57BL/6J mice are anesthetized with an intraperitoneal ketamine/xylazine (70 mg/16 mg/kg body weight) injection and placed in a supine position. After midline neck incision, the common carotid artery (CCA) and carotid bifurcation are exposed, and a 5-0 non-absorbable monofilament polypropylene suture is inserted in a retrograde fashion into the external carotid artery (ECA) and advanced into the common carotid artery. Then, the filament is invaginated into the internal carotid artery (ICA) and pushed forward to perforate the anterior cerebral artery (ACA). After recovery from surgery, mice undergo a 7.0 T MRI 24 h later. The volume of bleeding can be quantified and graded via postoperative MRI, enabling a robust experimental SAH group with the option to perform further subgroup analyses based on blood quantity.

Endovascular Perforation Model for Subarachnoid Hemorrhage Combined with Magnetic Resonance Imaging MRI

Here we present a standardized SAH mouse model, induced by endovascular filament perforation, combined with magnetic resonance imaging (MRI) 24 h after operation to ensure the correct bleeding site and exclude other relevant intracranial pathologies.

מודל ניקוב אנדווסקולרי לדימום תת-עכבישי בשילוב עם דימום תהודה מגנטית (MRI)

The endovascular filament perforation model to mimic subarachnoid hemorrhage (SAH) is a commonly used model - however, the technique can cause a high ...