Name: diffusion imaging in the rat cervical spinal cord
Uploaded: 2015-04-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 46 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord at JoVE.com

אנו מודים לקייל שטליק, נטשה וילקינס, ומאט Runquist לסיוע ניסיוני. ממומן באמצעות המחקר וחינוך יוזמת הקרן, מרכיב של קידום התרומה בריא ויסקונסין במכללה הרפואית של ויסקונסין, וקרייג H. נילסן הקרן.

הערה: הצהרת אתיקה: הטיפול המוסדי והשתמש בוועדות (IACUC) של בית הספר לרפואה של ויסקונסין והמרכז הרפואי VA קלמנט J. Zablocki אישרו את כל הנהלים. 1. הכנת בעלי חיים וניטור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרדים את העכברוש בחדר אינדוקציה, באמצעות isoflurane 5% באוויר רפואי. כאשר רפלקס ליישר נעדר ולוחץ את כף הרגל האחורית לא מייצר רפלקס נסיגה, להפחית הרדמה עד 2% ולהעביר את בעלי החיים למיטת הסורק במצב שכיבה ראש-ראשון. לשמור על 2% isoflurane באמצעות מכשיר חרטום לאורך כל ההליך, ולשמור על אוויר רפואי בקצב זרימה של כ 1 L / min. למרוח כמות קטנה של משחה סיכה לעיניו של העכברוש, כדי למנוע נזק לקרנית ואילו בהרדמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את חגורת ניטור נשימה היטב סביב פלג הגוף העליון של החולדה. חבר את החגורה למערכת gating נשימה. לפני קידום החולדה לשעמם הסורק, chec<html> k מחשב ניטור הנשימה על מנת להבטיח את מחזור הנשימה הוא ברור ועקבי. התאם את החגורה במידת צורך, שכן בשלב זה הוא הכרחי לאיכות תמונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפקח ולשמור על טמפרטורת הגוף של בעל החיים על 37 מעלות צלזיוס באמצעות מערכת חימום האוויר חמה בדיקה רקטלית ו. לשמור על קצב הנשימה בין 30-45 נשימות לדקה על ידי התאמת רמת ההרדמה בין% 1.2 ו -2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את העכברוש בבעל הראש עם בר ביס ובורג-בארים אוזן (איור 1), והזז את הראש לתוך סליל נצב נפח עד עמוד השדרה הצווארי ממוקמת במרכז הסליל. הערה: הכתפיים של החולדה עשויות למנוע התקדמות נוספת לסליל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקדם את העכברוש ובעלי תמיכה לשעמם הסורק. במידת צורך, להתאים את הכוונון וקבלים התאמה של הסליל לתדר הנכון ועכבה בהתאם להוראות הניתנות על ידי ספק הסליל. </li></ol>e_title &quot;&gt; 2. סריקת פרמטרי MRI הערה: ההליכים המתוארים כאן השתמשו במערכת חיה קטנה 9.4 נשא אופקי T אבל חלים על נקודות החוזק של תחום אחרים במערכות MRI בעלי החיים קטנות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בהליכים האוטומטיים של מערכת MRI לגילוי של תדר התהודה, איטרטיבי שיפור הומוגניות של השדה המגנטי (shimming), הכיול של הכח בתדר הרדיו, והתאמה של רווח המקלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בממשק התוכנה של המערכת, להשיג סריקת הסקאוט שלושה מטוס ברירת מחדל כדי להבטיח מיקום נכון. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &quot;סריקה חדשה&quot;, tripilot בחר, ולחץ על &quot;הרמזור&quot; לרכוש את התמונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא המרכז של עמוד השדרה הצווארי מיושר עם שני מרכז המגנט ומרכז סליל MRI. כדי למרכז את עמוד השדרה תוך המגנט, לדחוף או למשוך בעריסה ולרכוש מחדש את סריקת הצופים לאימות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להתאים את position של צוואר רחם עמוד השדרה ביחס לסליל MRI, להסיר את העריסה מאבן שואבת למיצוב מחדש. אם יש צורך, חזור על תהליך זה עד העמדה עקבית. אם בעל חי מיקומו, חזור על שלב 2.1. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף רצף דיפוזיה הד מישורים חדש משוקלל ספין הד (DtiEpi) לפרוטוקול ההדמיה הנוכחי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגדיר ולרכוש תמונות משוקללות דיפוזיה עם רצף DWI באמצעות הגדרות ברירת המחדל למעט אמור להלן: </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את הממשק גרפי עמדת הפרוסה לרשום 12 פרוסות בעובי של 0.75 מ&quot;מ. לכוון את הפרוסות בניצב לציר המרכזי של חוט צוואר הרחם. להבטיח מיצוב הפרוסה עקבי בין בעלי חיים שונים או על פני פגישות הדמיה שונות באמצעות הבסיס של המוח הקטן כהתייחסות פנימית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את להקות רוויה ל&#39;על &#39;. להקות הרוויה עמדה 4 בעובי של 10 מ&quot;מ מחוץ לחוט השדרה כדי למזער את האות מרקמות אלה ולהפחית את הפוטנציאל שלהם לגרום לחפצים (איור 3). gating להגדיר בדרכי הנשימה (&quot;מודול הדק &#39;) ל&#39;על&#39;. הערה: gating הנשימה המותאמת אישית דורש ידע וניסיון בתכנות רצף דופק. אם זה לא זמין, פתרון הוא להקטין את מספר פרוסות 3-5 וTR 1 של להבטיח שכל הפרוסות מתקבלות ב- בין הנשימות של בעלי החיים. חזור על הרצף המלא עם קבוצת המשנה האחר של פרוסות להשיג כיסוי המלא של חוט צוואר הרחם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על סמל ארגז הכלים ולאחר מכן לחץ על &quot;שיטת עריכה.&quot; קבע את מספר מגזרי EPI ל4. שינוי כיוון קידוד שלב לשמאל-ימין. הגדרות ברירת מחדל אחרות צריכים להיות: הד הריווח = .3234 ms, אורך רכבת הד כולל למגזר EPI = 32. הערה: קידוד השלב מוגדר כיוון השמאל-ימין ולא קדמי, אחורי יפחית את הזיהום של תנועה ממבנים אחרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בgeometri הבאהגדרות cal. גודל מטריצה ​​= 128 x 128, ו= 25.6 x 25.6 מ&quot;מ שדה-של-נוף במטוס, וכתוצאה מכך ברזולוציה מרחבית במטוס = 0.200 x 0.200 מ&quot;מ. להבטיח עובי פרוסה = 0.75 מ&quot;מ. כדי Slice = &#39;משולב&#39;, פער פרוסה = 0 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בהגדרות הבאות שקלול דיפוזיה: מצב DW מידה = &#39;לעומת זאת DW&#39;, משך שיפוע דיפוזיה (δ) = 7 ms, הפרדת שיפוע דיפוזיה (Δ) = 12 ms, מספר ב-הערכים = 8, b-ערכים רצויים = 0 , 250, 500, 750, 1000, 1500, 2500, 3500 מ&quot;מ / s 2, מספר כיווני דיפוזיה = 2, כיווני שקלול דיפוזיה = [1 0 0] ו [0 0 1] (עשוי להיות במישורים מקבילים ו מאונך לציר חוט השדרה). הערה: עם הגדרות אלה, שהשגנו ב-ערכים גבוהים ככל 3,500 s / 2 מ&quot;מ. מפרטי חומרה ומאפייני ביצועי מערכת אחרים עלולים להגביל את b-הערך, שכן משך שיפוע דיפוזיה (δ) והפרדת שיפוע דיפוזיה (Δ) תלויים בgביצועי radient, שעל המערכת שלנו היו: (כוח השיפוע מרבי: 440 MT / מ &#39;, שיעור ברכה מרבי: 3,440 T / m / s). למדידות של גבנוני, 2 ב-ערכים, עם ב-הערך גבוה יותר של לפחות 2,000 s / 2 מ&quot;מ, מומלצים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בהגדרות התזמון הבאות. זמן הד (TE) = 27 מילישניות (מוגדר מינימום על ידי הזנת 0), זמן החזרה (TR) = 1,800 אלפיות שניות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש את הרצף מוכן. עם הפרמטרים שצוינו לעיל, סך הכל זמן הרכישה הוא כ 25 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בכל הסריקות, לעקוב אחר תוכנת gating נשימה ולהתאים את תקופת העיכוב בין &quot;ההדק&quot; (גילוי תוכנה של פקיעה) ואת האות למערכת MRI כך שרכישות להתרחש רק בחלק שקט (ללא תנועה) של מחזור הנשימה (איור 2a, חלק יציב של קו אפור). עיכוב הדק בין 100-400 אלפיות שני הוא צורך בהתאם לדפוס הנשימה של בעלי החיים. זה יעזור להפחית Artiעובדות המתרחשות בתנועה בדרכי הנשימה (3E איור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם זמין, לחזור על הרצף עם המנהג &quot;הפוך blips&quot; מוגדר &#39;על&#39;, שדורש 25 דקות נוספות של זמן רכישה. הערה: אם המנהג &#39;הפוך נקודת אור &quot;רצף 9 (הנדרש לתיקון חפץ רגישות בשלב 3) אינה זמינה, רק כיוון קידוד שלב אחד EPI אפשרי, ואילו שינוי רצף נקודת אור ההפוך מאפשר הבחירה של כיוון קידוד שלב (מימין -כדי שמאל או משמאל לימין). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר השלימה הדמיה, להסיר את החיה מהמחזיק ולהחזיר אותו לכלוב שלה. אל תשאיר חיה ללא השגחה עד שהוא שב להכרתו מספיק כדי לשמור על כיבה sternal. </li></ol> עיבוד תמונה 3. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נתוני יצוא מהמערכת בפורמט DICOM ישירות מהמערכת (עדיף) או להמיר את הנתונים לפורמט NIFTI באמצעות מותאם אישית או thirתוכנת d-מפלגתי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע תיקון חפץ רגישות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלץ את b = 0 כרכים מכל סריקה לקובץ אחד, תוך שימוש בכלי עזר המסופקים עם FSL או חבילות תוכנת MRI אחרות. קובץ אחד לכל כיוון לקודד שלב נדרש. הערה: לדוגמא, אם כל סריקה כללה 8 סריקות בדרגות שונות ב-ערכים בשקלול דיפוזיה בכיוון הרוחבי, ואחרי 8 סריקות של שקלול דיפוזיה בכיוון האורך, קובץ התמונה מכילה b = 0 סריקות ב-1 ו 9 כרכים ה, וניתן לחלץ ורכיב עם קוד הפגז הבא: fslroi $ {עד} temp1 _dwi_masked.nii.gz 0 1 fslroi $ {עד} temp2 _dwi_masked.nii.gz 8 1 fslroi $ {} למטה temp3 _dwi_masked.nii.gz 0 1 fslroi $ {} למטה temp4 _dwi_masked.nii.gz 8 1 fslmerge -t blip_both temp1 temp2 temp3 temp4 (שבו במקרה זה $ עד $ ומטה הם סריקות עם נורמלי והתהפכו כיוונים לקודד שלב, בהתאמה). </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בפקודה &#39;topup&#39; בFSL 10,11 ליצור קובץ מתוקן עם חפצי עיוות תמונה מופחתים. החל תיקון זה לתמונות DWI גלם שישמשו ליצירת מפות פרמטר. ניתן למצוא הוראות לשימוש בפקודה ב: הערה <a href="http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide">http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide.</a> קוד דוגמא לשימוש בפקודה במקרה זה הוא כדלקמן: topup --imain = blip_both_nlmf_b0images_masked.nii --datain = .. / topup_data.txt --config =. / b02b0_ratspine.cnf --out = topup_splines_nlmf --iout = דולרים מתוך --verbose --logout = topuplog.log dwiup = &#39;$ ls {עד} * dwi_nlmFilt.nii` = Dwidown &#39;$ ls {למטה} * dwi_nlmFilt.nii` applytopup --imain = $ {} dwiup, $ DWI _ $ {} dwidown --datain = .. / topup_data.txt --method = Jac --inindex = 1, $ ind --topup = topup_splines_nlmf --out = {החוצה } -v העתק ולערוך את קובץ ברירת המחדל ב$ /etc/flirtsch/b02b0.cnf {} FSLDIR לספין העכברושאל כבל על ידי צמצום כל אחד מהערכים ב--warpres וקווי --fwhm בפקטור של 10. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם תמונות עם שקלול דיפוזיה נרכשות לאורך לפחות 6 כיוונים מאונך שאינם (באמצעות ערכה DTI בפאראוויזיון או עיצוב מותאם אישית דומה), להשתמש בחבילות תוכנה כגון ארגז הכלים של דיפוזיה 12 או Camino של FSL 13 לחשב מפות פרמטר DTI סטנדרטיים. אם לא, להשתמש בהליך מותאם אישית ליצירת מדדים שימושיים, המעסיק שקלול דיפוזיה רק ​​לאורך 2 כיוונים, למשל, כפי שצוין בצעדים 3.4 ואילך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את קובץ DWI תיקן ישודר על ידי Topup לfslview ובחר &quot;קובץ -&gt; יצירת מסכה&quot; מהתפריט. השתמש בכלי העיפרון כדי לצייר אזור של עניין בתוך סוג רקמה אחת (למשל GM, WM גב, או ventrolateral WM). שמור את הקובץ הזה ולחזור לכל ROIs רצויה אחרת לשימוש מאוחר יותר. שים לב: נהלים אחרים לROIs קטע מחוט השדרה תועד 14,15 </sעד&gt; ועשוי להיות עדיף עבור משתמשים מתקדמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בקובץ ROI כדי להסוות את קובץ DWI ולאחר מכן לחשב את האות הממוצעת בהחזר על ההשקעה עבור כל אחד באמצעות הפקודה הבאה נפח תמונה: fslstats -t DWI_corrected.nii.gz -k GM_mask.nii.gz -M </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העתק את 8 התוצאות הראשונות לתכנית מחשוב מספרית כגון MATLAB, כוקטור לאות רוחבית (למשל קוראים לזה sig_T), ו8 התוצאות השניה כוקטור לאות אורכית (sig_L), שבו 8 הוא מספר b- ערכים המשמשים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העתק את b-הערכים בתכנית מחשוב מספרית כוקטור של 8 ב-ערכים. ב-הערכים לכיוונים הרוחביים ואורכים היו זהים. במידת האפשר, ב-הערך האפקטיבי, ולא ב-הערך הנקוב, יש לקבל מהסורק, אשר מופיע בחלון הפרמטר מצעד 2.3.5 כ&quot; B ערך אפקטיבי &quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בארגז הכלים המתאים העקום של תכנית המחשוב המספרית כדי להתאים את האות לעומת הנתונים ב-ערך הדואר רצוי מודל על ידי הקלדת cftools בשורת הפקודה. כדי לעשות זאת, לחץ על &quot;נתונים ...&quot; ובחר את וקטורי האות כy-נתונים וb-ערכים כמו x-נתונים. לחץ על &quot;התאמה ...&quot; ותחת &quot;סוג של כושר&quot; בחר &quot;מותאמת אישית משוואה,&quot; לאחר מכן לחץ על &quot;חדש&quot; ו- &quot;כללי משוואות&quot; להיכנס למשוואה מתאימה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להתאים למודל הסטנדרטי דיפוזיה, להיכנס למשוואה: S0. * Exp (-x. * D) &quot;(1) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להתאים למודל הכולל דיפוזיה וקדנציה שנייה של סדר (גבנוני; K) כדי למדוד את הסטייה מדיפוזיה גאוס 16, להיכנס למשוואה: S0. * Exp (-x. * D + (1/6). * (X. * D). ^ 2. * K) &quot;(2) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &quot;אישור&quot; ועל &quot;החל&quot;. שים לב העריכו את הערכים לdiffusivity (D) וגבנוני (K) בחלון הפלט. ב&quot; נתונים הסט: &quot;בורר, בחר את נתוני sig_T (או sig_L) לשימוש עם משוואה (1)או (2) ולחץ על &quot;החל&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את מדד אנאיזוטרופיה (AI) באמצעות הרוחבי וdiffusivities אורך: AI = (D L -D T) / (L D + D T) (3) זה דומה לאנאיזוטרופיה השבר (FA) מחושב ממודל DTI. מדד אנאיזוטרופיה לגבנוני גם יכול להיות מחושב באמצעות רוחבי וגבנוני אורך במקום של diffusivity. שים לב שיטה זו נותנת ערכים של פרמטרים במודל כגון K T, D T, וכו &#39;כמו כן ניתן להשתמש בפעולת שורת הפקודה של ארגז הכלים המתאים העיקול על כל voxel בתוך עמוד השדרה כדי ליצור מפה של כל פרמטר מהמודל . שיטות הולמים חלופיות ניתן להשתמש ומפורטים במקום אחר. 17 </li></ol>

<ol>
	<li>Jirjis, M. B., Kurpad, S. N., Schmit, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ex+Vivo+Diffusion+Tensor+Imaging+of+Spinal+Cord+Injury+in+Rats+of+Varying+Degrees+of+Severity.">Ex Vivo Diffusion Tensor Imaging of Spinal Cord Injury in Rats of Varying Degrees of Severity.</a> J Neurotrauma. 30 (18), 1577-1586 (2013).</li><li>Basser, P. J., Mattiello, J., Lebihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+the+Effective+Self-Diffusion+Tensor+from+the+NMR+Spin+Echo.">Estimation of the Effective Self-Diffusion Tensor from the NMR Spin Echo.</a> J Magn Reson. 103 (3), 247-254 (1994).</li><li>Basser, P. J., Mattiello, J., LeBihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MR+diffusion+tensor+spectroscopy+and+imaging.">MR diffusion tensor spectroscopy and imaging.</a> Biophys J. 66 (1), 259-267 (1994).</li><li>Song, S. -. K., Sun, S. -. W., Ju, W. -. K., Lin, S. -. J., Cross, A. H., Neufeld, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+tensor+imaging+detects+and+differentiates+axon+and+myelin+degeneration+in+mouse+optic+nerve+after+retinal+ischemia.">Diffusion tensor imaging detects and differentiates axon and myelin degeneration in mouse optic nerve after retinal ischemia.</a> NeuroImage. 20 (3), 1714-1722 (2003).</li><li>Beckmann, N., Bruttel, K., Urban, L., Rudin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal+changes+in+the+spinal+cord+of+the+rat+after+injection+of+formalin+into+the+hindpaw:+characterization+using+functional+magnetic+resonance+imaging.">Signal changes in the spinal cord of the rat after injection of formalin into the hindpaw: characterization using functional magnetic resonance imaging.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 94 (10), 5034-5039 (1997).</li><li>Le Bihan, D., Poupon, C., Amadon, A., Lethimonnier, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artifacts+and+pitfalls+in+diffusion+MRI.">Artifacts and pitfalls in diffusion MRI.</a> J Magn Reson Imaging. 24 (3), 478-488 (2006).</li><li>Ford, J. C., Hackney, D. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+characterization+of+diffusion+coefficients+in+a+rat+spinal+cord+injury+model.">MRI characterization of diffusion coefficients in a rat spinal cord injury model.</a> Magn Reson Med. 31 (5), 488-494 (1994).</li><li>Clark, C. A., Barker, G. J., Tofts, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+diffusion+imaging+of+the+human+cervical+spinal+cord+in+vivo.">Magnetic resonance diffusion imaging of the human cervical spinal cord in vivo.</a> Magn Reson Med. 41 (6), 1269-1273 (1999).</li><li>Mohammadi, S., Nagy, Z., Hutton, C., Josephs, O., Weiskopf, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correction+of+vibration+artifacts+in+DTI+using+phase-encoding+reversal+(COVIPER).">Correction of vibration artifacts in DTI using phase-encoding reversal (COVIPER).</a> Magn Reson Med. 68 (3), 882-889 (2012).</li><li>Andersson, J. L. R., Skare, S., Ashburner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+correct+susceptibility+distortions+in+spin-echo+echo-planar+images:+application+to+diffusion+tensor+imaging.">How to correct susceptibility distortions in spin-echo echo-planar images: application to diffusion tensor imaging.</a> NeuroImage. 20 (2), 870-888 (2003).</li><li>Smith, S. M., Jenkinson, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+functional+and+structural+MR+image+analysis+and+implementation+as+FSL.">Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL.</a> NeuroImage. 23, S208-S219 (2004).</li><li>Behrens, T. E. J., Woolrich, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+and+propagation+of+uncertainty+in+diffusion-weighted+MR+imaging.">Characterization and propagation of uncertainty in diffusion-weighted MR imaging.</a> Magn Reson Med. 50 (5), 1077-1088 (2003).</li><li>Cook, P. A., Bai, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Camino:+Open-Source+Diffusion-MRI+Reconstruction+and+Processing.">Camino: Open-Source Diffusion-MRI Reconstruction and Processing.</a> 14th Scientific Meeting of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. , 2759 (2006).</li><li>Kim, J. H., Tu, T. -. W., Bayly, P. V., Song, S. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+Speed+Does+Not+Determine+Severity+of+Spinal+Cord+Injury+in+Mice+with+Fixed+Impact+Displacement.">Impact Speed Does Not Determine Severity of Spinal Cord Injury in Mice with Fixed Impact Displacement.</a> J Neurotrauma. 26 (8), 1395-1404 (2009).</li><li>Tu, T. -. W., Kim, J. H., Yin, F. Q., Jakeman, L. B., Song, S. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+myelination+on+axon+sparing+and+locomotor+function+recovery+in+spinal+cord+injury+assessed+using+diffusion+tensor+imaging.">The impact of myelination on axon sparing and locomotor function recovery in spinal cord injury assessed using diffusion tensor imaging.</a> NMR Biomed. 26 (11), 1484-1495 (2013).</li><li>Jensen, J. H., Helpern, J. A., Ramani, A., Lu, H., Kaczynski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusional+kurtosis+imaging:+The+quantification+of+non-gaussian+water+diffusion+by+means+of+magnetic+resonance+imaging.">Diffusional kurtosis imaging: The quantification of non-gaussian water diffusion by means of magnetic resonance imaging.</a> Magn Reson Med. 53 (6), 1432-1440 (2005).</li><li>Veraart, J., Sijbers, J., Sunaert, S., Leemans, A., Jeurissen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Weighted+linear+least+squares+estimation+of+diffusion+MRI+parameters:+Strengths,+limitations,+and+pitfalls.">Weighted linear least squares estimation of diffusion MRI parameters: Strengths, limitations, and pitfalls.</a> NeuroImage. 81, 335-346 (2013).</li><li>Budgell, B. S., Bolton, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebrospinal+Fluid+Pressure+in+the+Anesthetized+Rat.">Cerebrospinal Fluid Pressure in the Anesthetized Rat.</a> J Manipulative Physiol Ther. 30 (5), 351-356 (2007).</li><li>Tu, T. -. W., Kim, J. H., Wang, J., Song, S. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Full+Tensor+Diffusion+Imaging+Is+Not+Required+To+Assess+the+White-Matter+Integrity+in+Mouse+Contusion+Spinal+Cord+Injury.">Full Tensor Diffusion Imaging Is Not Required To Assess the White-Matter Integrity in Mouse Contusion Spinal Cord Injury.</a> J Neurotrauma. 27 (1), 253-262 (2010).</li><li>Kim, J. H., Song, S. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+tensor+imaging+of+the+mouse+brainstem+and+cervical+spinal+cord.">Diffusion tensor imaging of the mouse brainstem and cervical spinal cord.</a> Nat Protoc. 8 (2), 409-417 (2013).</li></ol>

עמלות פרסום לכתבה זו מומנו באופן חלקי על ידי חברת ברוקר.

הטכניקות המתוארות כאן יכולות לספק תמונות משוקללים דיפוזיה באיכות גבוהה של חוט השדרה עכברוש in vivo. איכות תמונה תלויה בגורמים רבים, אבל יש לו את חוט השדרה כמה סוגיות ייחודיות שחשובות. תנועה היא בעיה חשובה, שאם לא יתוקן, יביא תמונות לא שמיש. לכן, זה דורש מעקב קפדני במהלך פגישת MRI. אם חפצי תמונה הם נצפו בסריקה הראשונית שעולות בקנה אחד עם תנועה, לעצור את הרכישה ולנקוט בצעדים כדי למנוע את החפצים, שכן אלה הם קשים להסיר שבלאחר עיבוד. ודא שהמחשב בדרכי הנשימה מקבל אות חזקה, קבועה מיחידת ניטור הנשימה. חגורת הנשימה ייתכן שתצטרך להיות מותאם למתח הנכון שמספק אות עקבית אך אינו מגביל את נשימתו של בעל החיים. לשמור על הרמה המתאימה של הרדמה בכל העת; isofluorane 1.5-2.0% כבר בשימוש בexperience. כמו כן, ירידה בתנועה הכוללת של בעלי החיים והעמוד השדרה היא היבט חשוב נוסף כדי לספק תמונות ללא ממצא. בניגוד לחוט השדרה של האדם, שחווה תנועה משמעותית שנגרמה על ידי פעימת CSF הקשורים למחזור הלב, פעימת CSF במכרסמים היא בעיקר קשורה עם המחזור 18 בדרכי הנשימה. בעוד שקשה לחסל את כל התנועה בכבל באופן מלא, זה חשוב במיוחד כדי להפחית את התנועה לאשר מושגת לעתים קרובות באמצעות ניסוי וטעייה, במידת האפשר,. יתר על כן, חולדות עם פגיעות נוירולוגיות שונות או הפרעות עשויות להיות שיעורים חריגים בדרכי הנשימה או סיבוכים פיסיולוגיים אחרים שעשויות לדרוש adaption של הנהלים המפורטים במסמך זה. השינויים ברצף הדופק לgating נשימה, יחד עם נהלי שחזור תמונה מותאמים למטרה זו, למזער את ההשפעות של עיוות שנגרמו על ידי שדות מגנטיים הומוגניות שלא יכול להיות removאד על ידי התאמות שבוצעו במערכת MRI. באופן דומה, איכות תמונה תלויה על משך זמן הדמיה. בדוגמא שלנו, המגביל את מספר שקלול דיפוזיה יחד רק שני כיוונים אפשר הפחתה בסך הכל זמן הדמיה. הגבלה של גישה זו היא שזה כבר לא בקנה אחד עם ניתוח מלא מותח (DTI), המהווה את הנורמה עבור מחקרים רבים אחרים. לחלופין, באמצעות פחות ממוצעים ועוד כיווני דיפוזיה או ב-ערכים עשויים לאפשר לאפיון טוב יותר תוך שמירה על אותו זמן רכישה. מחקרים קודמים הראו כי גישת 2-הכיוון מספקת מידע בקנה אחד עם גישת 6-כיוון (DTI) 19, אך יש להקפיד על מנת להבטיח את הפרוסות (וכיווני דיפוזיה) מכוונים בדיוק לאורך ומאונך לחוט. עם זאת, רכישה ב-ערכים מרובים מאפשרת לאפיון והתאמה מתמטית של גבנוני טובים יותר ומומלצת על השימוש בב-valu אחתדואר. יתר על כן, הרצף המלא חזר על עצמו עם כיוון לקודד שלב הפוך אשר מפחית את ההשפעות של חפצי רגישות שדה מגנטי, ומשפר את איכות תמונה הכוללת באמצעות מיצוע. לבסוף, רזולוציית התמונה בשימוש בפרוטוקול שלנו מספקת הפרדה ברורה של החומר הלבן ואפור. תמונות עם רזולוציה גבוהה יותר אפשריות, אם כי זה מגיע לעתים קרובות על חשבון זמני סריקה ארוכים או הפוטנציאל ליותר חפצים. שיפורים בסלילים בתדר רדיו, רצפי דופק, ושיטות שלאחר העיבוד יהיה כל מה שיש השפעה של שיפור הדמיה של עמוד השדרה בעיבודים עתידיים של שיטה זו. לדוגמא, סלילי משטח עשויים להיות מועילים עבור שיפור באיכות תמונה דומה לזה שנצפה בעכברים. יש 20 צעדים אלה סבירות גבוהה להיות שימושי כסמנים ביולוגיים לאבחון וניהול קליניים של פגיעות בעמוד השדרה.

הדמיה בתהודה מגנטית (MRI) היא כלי לא פולשנית המספק חלון לתוך המוח וחוט השדרה בשני בריאות ובחוליים. MRI יש מהפכה אבחנה קלינית, אבל זה גם כלי רב ערך לחקירה במעבדה. מודלים של בעלי החיים של פציעה או מחלה נוירולוגית לספק פלטפורמה להבין את הפתופיזיולוגיה ולהאיץ את הגילוי של טיפולים. בדוח זה, אנחנו מדגימים את היישום של MRI למודל עכברים של פגיעה בחוט השדרה כדי לחקור סמנים ביולוגיים פוטנציאליים של פגיעת microstructural 1 באמצעות הדמיה המותחת דיפוזי (DTI). גילוי הפוטנציאל של סמנים ביולוגיים הדמיה יעזור באבחון ובטיפול בחולים עם פגיעה בחוט השדרה. סמנים אלה עשויים לשחק תפקיד בגילוי טיפולים במודלים פרה ולאפשר תצפית או הפרוגנוזה בתרגומם להגדרה הקלינית. DTI הוא צורה מיוחדת של MRI שמודדת תנועה מיקרוסקופית שלמולקולות מים (כלומר דיפוזיה). DTI היה יתרון במיוחד במערכת העצבים בשל נוכחותם של האקסונים בהם פיזור הוא באופן לא פרופורציונאלי מהר יותר לאורך האקסונים מאשר בניצב להם, המספקת מידע בנוגע לאורינטציה שלהם והרכב microstructural. מדדי סקלר נגזרים מDTI, כולל מידה של דיפוזיה הכוללת בתוך הרקמה, אומר diffusivity (MD), ומידה מסוימת של תלות הכיוון של דיפוזיה, אנאיזוטרופיה השבר (FA) 2,3, ראו יישומים נרחבים באפיון מיקרו של מערכת העצבים בשתי בריאות ומחלות 4. מדדים אלה חשפו תכונות רקמה מיקרוסקופיות שהם בלתי נראים ברוב שיטות MRI אחרות. מאמצים קודמים הראו כי DTI מזהה שינויי microstructural מרוחקים בתוך חוט צוואר הרחם הבא SCI בית החזה בחולדות 1. שינויי DTI מרוחק מהנגע סביר משקפים כיצד מיל חוט השדרה כולובריכות לפציעה, והם עלולים להיות סמן של פגיעה משנית. ההדמיה חוט השדרה עכברוש in vivo מציגה מספר אתגרים ייחודיים. בעיקר, חוט השדרה מושפע מתנועה בדרכי הנשימה ודורש תשומת לב קפדנית כדי למזער תנועה במספר שיטות. במחקרים האחרונים, התקני קיבוע הוסרו תנועה של עמוד השדרה במהלך סריקת 5. להדמיה של חוט צוואר הרחם, אנו מנצלים ריסון פיזי בצורה של בעל ראש וברים אוזן, אשר פוחת, אך אינו מונעים את התנועה הנגרמת על ידי נשימה. יתר על כן, אנו מנצלים ערכת gating נשימה מותאמת אישית כדי לסנכרן רכישת תמונה עם מחזור הנשימה באופן יעיל. שינויים אלה מאפשרים הסרת החפצים שנגרמו אחרת על ידי התנועה בתפזורת בקנה מידה גדולה הנגרמת על ידי נשימה 6. DWI הוא רגיש מאוד לתנועה מיקרוסקופית, כוללים זרימת CSF ופעימת דם, ומקורות אלה קטנים יותר של תנועת contamination גם להקל על ידי תכנית gating נשימה. בנוסף, יש לו את חוט השדרה באזור חתך קטן ומייצג רק חלק קטן משדה הראייה. הדמיה בעמוד השדרה הצווארי, שבחוט השדרה ממוקם עמוק בתוך גופו של בעל החיים, סליל בתדר רדיו גלילי עם חדירת אות מספקת יש צורך לתמונת חוט השדרה הצווארי עם רזולוציה גבוהה. ירידה בשדה הראייה מושגת על ידי דיכוי חיצוני נפח (OVS), המשמש גם לביטול, או לקלקל, האות מרקמות מחוץ לחוט השדרה. שיטה זו, הנקראת הדרגתיים ספוילר או דיכוי נפח חיצוני, משמשת גם כדי להפחית את זיהום כלשהו של תנועת שייר בעלי חיים, זרימת CSF, או פעימת דם בתוך רקמות אלה. ההסדר של חוט השדרה יכול גם להיות מנוצל כדי לפשט את פרוטוקול ההדמיה. אקסונים בחוט השדרה בחומר הלבן (WM) הם כמעט כל כיוון מקביל לציר המרכזי של חוט השדרה. השלנו, ואילו DWI של המוח דורש מדידות לאורך לפחות 6 כיוונים כדי להבטיח את התוצאות אינן תלויות במיקום בתוך המגנט (הדמיה מותחת דיפוזי תהליך הנקרא), ניתן לרכוש מדידות בחוט השדרה רק לאורך 2 כיוונים מקבילים ו בניצב לכבל 7,8, המכונה אורך ורוחב, בהתאמה להלן. לפיכך, diffusivity ופרמטרים נוספים נמדדים לאורך 2 הכיוונים בנפרד ולאפשר הסקת מסקנות למייקרו הרקמה בשתי בריאות ומחלה או פציעה.

<table><tbody><tr><td>Small animal imaging RF coil</td><td>Doty</td><td>SAIP400-H-38-S</td><td></td></tr><tr><td>Respiratory gating system</td><td>SA Instruments</td><td>1030</td><td></td></tr><tr><td>MR scanner</td><td>Bruker</td><td>Biospec 94/30 USR</td><td></td></tr></tbody></table>

diffusion imaging in the rat cervical spinal cord

Magnetic resonance imaging (MRI) is the state of the art approach for assessing the status of the spinal cord noninvasively, and can be used as a diagnostic and prognostic tool in cases of disease or injury. Diffusion weighted imaging (DWI), is sensitive to the thermal motion of water molecules and allows for inferences of tissue microstructure. This report describes a protocol to acquire and analyze DWI of the rat cervical spinal cord on a small-bore animal system. It demonstrates an imaging setup for the live anesthetized animal and recommends a DWI acquisition protocol for high-quality imaging, which includes stabilization of the cord and control of respiratory motion. Measurements with diffusion weighting along different directions and magnitudes (b-values) are used. Finally, several mathematical models of the resulting signal are used to derive maps of the diffusion processes within the spinal cord tissue that provide insight into the normal cord and can be used to monitor injury or disease processes noninvasively.

נהלים נאותים כדי למזער ממצא תנועה לגרום לתמונות משוקללים דיפוזיה באיכות גבוהה של חוט השדרה הצווארי החולדה. באמצעות gating נשימה מותאמת אישית (איור 2), להרוות אות לא רצויה מרקמות מחוץ לעמוד השדרה (איורים 3 ב &amp; C), ותיקון עיוות רגישות שדה מגנטי מפיקים תמונות משוקללות דיפוזיה כגון אלה באיורים 4 ו -5. תמונות לא נכונה או מגודרת un יוביל את חפצים בצורה של ערפל (3E איור), ואילו gating הנכון הוא חופשי של חפצים. בדיקה ויזואלית של תמונות משוקללות דיפוזיה על פני פרוסות 12 מגלה תכונות של חוט השדרה, המתייחס למייקרו שלה. באופן ספציפי, דיפוזיה מהירה יותר בתוצאות הרקמות באובדן גדול יותר אות על תמונות משוקללים דיפוזיה, שמחריף עם שקלול יותר דיפוזיה (ב-ערך). עם שקלול דיפוזיה בוצע perpendicרגילה לציר חוט השדרה, חומר לבן לאורך הפריפריה של החוט מופיע בהיר, מאז דיפוזיה איטית ומוגבל בניצב לאקסונים. בניגוד לכך, החומר האפור באזור של החוט המרכזי נראה כהה יותר, שכן הוא מורכב של אקסונים וגופי תא שאינם מיושרים לאורך כל כיוון אחד. לשם השוואה, שקלול דיפוזיה בתוצאות הכיוון המקבילות בחומר לבן עם מראה כהה יותר, מאז דיפוזיה מהירה לאורך האקסונים, ואילו חומר אפור הוא יחסית בהיר. חשוב לציין כי תמונות דיפוזיה המשוקללות נפרדות מוצגות לב-ערכים שונים, שכן יש לי הכיוונים המקבילים, מאונכים הניגוד הטוב ביותר בין חומר לבן ואפור בב-ערכים שונים. שילוב של כל תמונות דיפוזיה המשוקללות באמצעות ניסוחים פורמליים מתמטיים מאפשר מפות של הפרמטרים דיפוזיה להיות מוצגות. האותות הממוצע מהחומר הלבן ואפור הם זממו נגד DIFגורם היתוך ניפוח (b-ערך) לכיוונים המקבילים, מאונכים. נתונים כמותיים זה מחזק את תמונות דיפוזיה המשוקללות שמוצגים באיור 4. באופן ספציפי, יש חומר לבן תלות חזקה בכיוון של שקלול דיפוזיה (אורכי או רוחבי), ואילו חומר אפור הוא פחות תלוי בכיוון. באופן דומה, התאמה של האות בכל voxel באמצעות המשוואה לתשואות גבנוניות דיפוזיה מפות כמותי של הפרמטרים דיפוזיה (איור 6), אשר מדגישים אותה תלות זו. יש חומר לבן ברמה גבוהה של אנאיזוטרופיה עבור שני דיפוזיה (AID) ומדידות גבנוניות (AIK). לפיכך, דיפוזיה וגבנונית רוחביים לחשוף מיקרו הבסיסי של חוט השדרה שידוע ממחקרים היסטולוגית. פרמטרים דיפוזיה אלה, אשר נרכשו בשידור חי, אבל בהרדמה בעלי חיים, משקפים את מאפייני רקמה מיקרוסקופיות כגון צפיפות האקסון וקוטר. שינויים בצעדי se שנגרמו על ידי פגיעה ומחלה יהיו שימושיים עבור noninvasively לנתח את ההשלכות של פציעה ואת ההשפעות של טיפולים מבטיחים. הדמיה משוקללת דיפוזיה של חוט השדרה הצווארי העכברוש לכן עשויה להיות כלי למחקרים פרה-קליניים של פגיעה בחוט השדרה ומחלות של חוט השדרה. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig1highres.jpg" /> איור 1:. עיצוב של הסליל ובעל לחוט השדרה הצווארי MRI סליל מותאם אישית נצב נפח (Doty המדעי Inc) שימש לתמונה בעמוד השדרה הצווארי עם רגישות גבוהה ואחידות. הרדמה ואוויר רפואי מועברות על ידי יציאות גז המצוינות לחרטום, אשר מתאים בנוחות סביב האף של העכברוש. גז נשף והעודף הוא נתפס על ידי קו הפליטה תחת ואקום קל. הראש של החולדה מאובטח באמצעות סרגל הביס להציב סביב השיניים החותכות ודליק ברים אוזן להציבמצוי בתוך תעלת האוזן. רכיבים אחרים פיסיולוגיים ניטור, כוללים הצג בדרכי הנשימה ובדיקת טמפרטורה אינם מוצגים. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig2highres.jpg" /> איור 2: ערכת gating נשימה. עקבות טיפוסיות נשימה (אפורה) והדק (אדום) מיחידת gating מוצגים באופן סכמטי (). ביישום הטיפוסי של gating (B), הדק אחת משמש לרכישה כל הפרוסות (קווים אנכיים; 12 המוצגים כאן) בזמנים באופן שווה ברווח בזמן החזרה (TR). אם TR עולה תקופה הטיפוסית, כמה פרוסות עלולות להתרחש במהלך נשימה ולהיות רגיש לתנועה (אדום). בתכנית (C) שונה, תת-קבוצה של פרוסות נרכשות במהירות לאחר ההדק (6 מוצגים כאן) ואחריו עיכוב, עם פרוסות האחרות שנרכשו לאחר ההדק שלאחר מכן. יעילות, TR הוא זהה בין שתי התוכניות על ידי ארגון מחדש העיכובים ברצף. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig3highres.jpg" /> איור 3:. מיקום פרוסת MRI, להקות רוויה, ותנועת שליטה עשר פרוסות ציריות סודרו על תמונת הצופים () עם הפרוסה הקדמית ביותר ממוקמת במרחק עקבי מהצומת של גזע המוח והמוח קטן. להקות רוויה (B) נוספו לחסל אות לא רצויה מחוץ לאזור של עניין. תמונה ללא שקלול דיפוזיה (C) ואחד עם שקלול דיפוזיה (ד &#39;) עם ערכת gating המותאם אישית המועסקות מראה בבירור את האנטומיה של החוט והוא ללא ממצאים. עם התכנית שאינה מותאמת-gating או gating נשימה לא תקין, תמונות משוקללים דיפוזיה להראות חפצים (E) כהפסד<html> של אות בתוך החוט, או &quot;רוחות רפאים&quot; מרובים מחוץ לחוט שניתוח שלאחר מכן מושחת. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig4highres.jpg" /> איור 4:. תמונות משוקללים דיפוזיה נציג שימוש באופטימיזציות המתוארת בטקסט, תמונות משוקללים דיפוזיה באיכות גבוהה התקבלו עם רוחבי שקלול דיפוזיה מיושמת () ואורכית (B) לציר המרכזי בחוט השדרה. ב-ערכים שונים מוצגים לכל כיוון, המספקים את הניגוד הטוב ביותר בין החומר הלבן ואפור להמחשה. לכל כיוון או ב-ערך, כל 12 פרוסות נרכשו בכ -90 שניות.<html> עומס / 52,390 52390fig4large.jpg &quot;target =&quot; / _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig5highres.jpg" /> איור 5:. תהליך תיקון השלב לקודד הפוך העמודה השמאלית מראה פרוסה אחת צילמה עם רצף DWI כפי שתואר בפרוטוקול זה (תמונת &quot;נקודת אור למעלה&quot;). העמודה האמצעית מציגה את הרצף רכש בפעם שנייה עם &quot;blips ההפוך&quot; מוגדר &#39;על&#39;. שים לב איך מאפיינים שמופיעים נמתחו בתמונה הראשונה נראים דחוסים בעמודה האמצעית. העמודה הימנית מציגה את תמונות דיפוזיה המשוקללות המתוקנות באמצעות Topup. השורה העליונה היא שאינה דיפוזיה התמונה משוקללת, בשורה האמצעית היא דוגמא עם שקלול דיפוזיה מיושם בכיוון הרוחבי, והשורה התחתונה היא דוגמא עם שקלול דיפוזיה מיושם בכיוון האורך.&quot;Target =&quot; //www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig5large.jpg _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig6highres.jpg" /> איור 6:. ממוחשבת מפות של diffusivity וגבנוני האות המנורמלת (עוצמת תמונה) היא להתוות () כפונקציה של שקלול דיפוזיה (ב-ערך) לרוחבי (T) וכיוון קידוד אורך דיפוזיה (L). מפות באיכות גבוהה (B) של diffusivity (D), גבנוני (K), ואנאיזוטרופיה (AI) מחושבים מהאות בכל voxel ולחשוף תכונות ייחודיות של רקמת חוט השדרה. באופן ספציפי, יש הבדל ברור בפרמטרים בין החומר הלבן ואפור, כמו גם הבדלים אזוריים באזורי החומר הלבנים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52390/52390fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי VI</a>EW גרסה גדולה יותר של דמות זו.

Watch this Scientific Journal Video about Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord at JoVE.com

Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

The goal of this protocol is to obtain high-quality diffusion weighted magnetic resonance imaging (DWI) of the rat spinal cord for noninvasive characterization of tissue microstructure. This protocol describes optimizations of the MRI sequence, radiofrequency coil, and analysis methods to enable DWI images free from artifacts.

ההדמיה דיפוזיה בחוט השדרה עכברוש צוואר הרחם

Magnetic resonance imaging (MRI) is the state of the art approach for assessing the status of the spinal cord noninvasively, and can be used as a ...

diffusion-imaging-in-the-rat-cervical-spinal-cord

Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.6K Views.  Medical College of Wisconsin. The goal of this protocol is to obtain high-quality diffusion weighted magnetic resonance imaging (DWI) of the rat spinal cord for noninvasive characterization of tissue microstructure. This protocol describes optimizations of the MRI sequence, radiofrequency coil, and analysis methods to enable DWI images free from artifacts.

Video: Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

Using Laser Doppler Imaging and Monitoring to Analyze Spinal Cord Microcirculation in Rat

Laser Doppler flowmetry (LDF) is a noninvasive method for blood flow (BF) measurement, which makes it preferable for measuring microcirculatory alterations of the spinal cord. In this article, our goal was to use both Laser Doppler imaging and monitoring to analyze the change of BF after spinal cord injury. Both the laser Doppler image scanner and the probe/monitor were being employed to obtain each readout. The data of LDPI provided a local distribution of BF, which gave an overview of perfusion around the injury site and made it accessible for comparative analysis of BF among different locations. By intensely measuring the probing area over a period of time, a combined probe was used to simultaneously measure the BF and oxygen saturation of the spinal cord, showing overall spinal cord perfusion and oxygen supply. LDF itself has a few limitations, such as relative flux, sensitivity to movement, and biological zero signal. However, the technology has been applied in clinical and experimental study due to its simple setup and rapid measurement of BF.

Here we present a combination of laser Doppler perfusion imaging (LDPI) and laser Doppler perfusion monitoring (LDPM) to measure spinal cord local blood flows and oxygen saturation (SO2), as well as a standardized procedure for introducing spinal cord trauma on rat.

באמצעות דופלר לייזר הדמיה וניטור כדי לנתח את חוט השדרה Microcirculation בעכברוש

Laser Doppler flowmetry (LDF) is a noninvasive method for blood flow (BF) measurement, which makes it preferable for measuring microcirculatory ...

Behavior

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to return to normal in a large majority of patients2, which is mainly due to current lack of clinical treatment for acute stroke. This necessitates understanding the physiological effects of cerebral ischemia on brain tissue over time and is a major area of active research. Towards this end, experimental progress has been made using rats as a preclinical model for stroke, particularly, using non-invasive methods such as 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) coupled with Positron Emission Tomography (PET) imaging3,10,17. Here we present a strategy for inducing cerebral ischemia in rats by middle cerebral artery occlusion (MCAO) that mimics focal cerebral ischemia in humans, and imaging its effects over 24 hr using FDG-PET coupled with X-ray computed tomography (CT) with an Albira PET-CT instrument. A VOI template atlas was subsequently fused to the cerebral rat data to enable a unbiased analysis of the brain and its sub-regions4. In addition, a method for 3D visualization of the FDG-PET-CT time course is presented. In summary, we present a detailed protocol for initiating, quantifying, and visualizing an induced ischemic stroke event in a living Sprague-Dawley rat in three dimensions using FDG-PET.

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

הדמיה לא פולשנית וניתוח של מוחין איסכמיה בחולדות Living שימוש Positron פליטת טומוגרפיה עם<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to ...

Medicine

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal degeneration. Lack of growth cone formation, regeneration, and loss of additional myelinated axonal projections within the spinal cord greatly limits neurological recovery following injury. To assess how central myelinated axons of the spinal cord respond to injury, we developed an ex vivo living spinal cord model utilizing transgenic mice that express yellow fluorescent protein in axons and a focal and highly reproducible laser-induced spinal cord injury to document the fate of axons and myelin (lipophilic fluorescent dye Nile Red) over time using two-photon excitation time-lapse microscopy. Dynamic processes such as acute axonal injury, axonal retraction, and myelin degeneration are best studied in real-time. However, the non-focal nature of contusion-based injuries and movement artifacts encountered during in vivo spinal cord imaging make differentiating primary and secondary axonal injury responses using high resolution microscopy challenging. The ex vivo spinal cord model described here mimics several aspects of clinically relevant contusion/compression-induced axonal pathologies including axonal swelling, spheroid formation, axonal transection, and peri-axonal swelling providing a useful model to study these dynamic processes in real-time. Major advantages of this model are excellent spatiotemporal resolution that allows differentiation between the primary insult that directly injures axons and secondary injury mechanisms; controlled infusion of reagents directly to the perfusate bathing the cord; precise alterations of the environmental milieu (e.g., calcium, sodium ions, known contributors to axonal injury, but near impossible to manipulate in vivo); and murine models also offer an advantage as they provide an opportunity to visualize and manipulate genetically identified cell populations and subcellular structures. Here, we describe how to isolate and image the living spinal cord from mice to capture dynamics of acute axonal injury.

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

We present a protocol utilizing two-photon excitation time-lapse microscopy to simultaneously visualize the dynamics of axon and myelin injuries in real time. This proposed protocol permits studies of both intrinsic and extrinsic factors which can influence central myelinated axon fate after injury and contribute to permanent clinical disability.

<em&gt; Ex Vivo</em&gt; חוט השדרה מושרה לייזר הפגיעה דגם להערכת מנגנוני axonal הניוון בזמן אמת

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal ...

A Procedure for Implanting a Spinal Chamber for Longitudinal In Vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord

Studies in the mammalian neocortex have enabled unprecedented resolution of cortical structure, activity, and response to neurodegenerative insults by repeated, time-lapse in vivo imaging in live rodents. These studies were made possible by straightforward surgical procedures, which enabled optical access for a prolonged period of time without repeat surgical procedures. In contrast, analogous studies of the spinal cord have been previously limited to only a few imaging sessions, each of which required an invasive surgery. As previously described, we have developed a spinal chamber that enables continuous optical access for upwards of 8 weeks, preserves mechanical stability of the spinal column, is easily stabilized externally during imaging, and requires only a single surgery. Here, the design of the spinal chamber with its associated surgical implements is reviewed and the surgical procedure is demonstrated in detail. Briefly, this video will demonstrate the preparation of the surgical area and mouse for surgery, exposure of the spinal vertebra and appropriate tissue debridement, the delivery of the implant and vertebral clamping, the completion of the chamber, the removal of the delivery system, sealing of the skin, and finally, post-operative care. The procedure for chronic in vivo imaging using nonlinear microscopy will also be demonstrated. Finally, outcomes, limitations, typical variability, and a guide for troubleshooting are discussed.

A Procedure for Implanting a Spinal Chamber for Longitudinal In Vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord

In this video, we describe a procedure for implanting a chronic optical imaging chamber over the dorsal spinal cord of a live mouse. The chamber, surgical procedure, and chronic imaging are reviewed and demonstrated.

נוהל השתלה קאמרי בעמוד השדרה לאורך<em&gt; In vivo</em&gt; הדמיה של כבל עכבר השדרה

Studies in the mammalian neocortex have enabled unprecedented resolution of cortical structure, activity, and response to neurodegenerative insults by ...

Contrast Enhanced Ultrasound Imaging for Assessment of Spinal Cord Blood Flow in Experimental Spinal Cord Injury

Reduced spinal cord blood flow (SCBF) (i.e., ischemia) plays a key role in traumatic spinal cord injury (SCI) pathophysiology and is accordingly an important target for neuroprotective therapies. Although several techniques have been described to assess SCBF, they all have significant limitations. To overcome the latter, we propose the use of real-time contrast enhanced ultrasound imaging (CEU). Here we describe the application of this technique in a rat contusion model of SCI. A jugular catheter is first implanted for the repeated injection of contrast agent, a sodium chloride solution of sulphur hexafluoride encapsulated microbubbles. The spine is then stabilized with a custom-made 3D-frame and the spinal cord dura mater is exposed by a laminectomy at ThIX-ThXII. The ultrasound probe is then positioned at the posterior aspect of the dura mater (coated with ultrasound gel). To assess baseline SCBF, a single intravenous injection (400 &#181;l) of contrast agent is applied to record its passage through the intact spinal cord microvasculature. A weight-drop device is subsequently used to generate a reproducible experimental contusion model of SCI. Contrast agent is re-injected 15 min following the injury to assess post-SCI SCBF changes. CEU allows for real time and in-vivo assessment of SCBF changes following SCI. In the uninjured animal, ultrasound imaging showed uneven blood flow along the intact spinal cord. Furthermore, 15 min post-SCI, there was critical ischemia at the level of the epicenter while SCBF remained preserved in the more remote intact areas. In the regions adjacent to the epicenter (both rostral and caudal), SCBF was significantly reduced. This corresponds to the previously described &#8220;ischemic penumbra zone&#8221;. This tool is of major interest for assessing the effects of therapies aimed at limiting ischemia and the resulting tissue necrosis subsequent to SCI.

Contrast Enhanced Ultrasound imaging is a reliable in-vivo tool for quantifying spinal cord blood flow in an experimental rat spinal cord injury model. This paper contains a comprehensive protocol for application of this technique in association with a contusion model of thoracic spinal cord injury.

השווה אולטראסאונד הדמיה משופרת להערכה של חוט השדרה זרימת דם בפגיעה בחוט השדרה הניסויית

Reduced spinal cord blood flow (SCBF) (i.e., ischemia) plays a key role in traumatic spinal cord injury (SCI) pathophysiology and is accordingly an ...

Two-photon Imaging of Cellular Dynamics in the Mouse Spinal Cord

Two-photon (2P) microscopy is utilized to reveal cellular dynamics and interactions deep within living, intact tissues. Here, we present a method for live-cell imaging in the murine spinal cord. This technique is uniquely suited to analyze neural precursor cell (NPC) dynamics following transplantation into spinal cords undergoing neuroinflammatory demyelinating disorders. NPCs migrate to sites of axonal damage, proliferate, differentiate into oligodendrocytes, and participate in direct remyelination. NPCs are thereby a promising therapeutic treatment to ameliorate chronic demyelinating diseases. Because transplanted NPCs migrate to the damaged areas on the ventral side of the spinal cord, traditional intravital 2P imaging is impossible, and only information on static interactions was previously available using histochemical staining approaches. Although this method was generated to image transplanted NPCs in the ventral spinal cord, it can be applied to numerous studies of transplanted and endogenous cells throughout the entire spinal cord. In this article, we demonstrate the preparation and imaging of a spinal cord with enhanced yellow fluorescent protein-expressing axons and enhanced green fluorescent protein-expressing transplanted NPCs.

A new ex vivo preparation for imaging the mouse spinal cord. This protocol allows for two-photon imaging of live cellular interactions throughout the spinal cord.

הדמיה שני פוטונים של Dynamics הסלולרי בחוט השדרה העכבר

Two-photon (2P) microscopy is utilized to reveal cellular dynamics and interactions deep within living, intact tissues. Here, we present a method for ...

An In Vivo Duo-color Method for Imaging Vascular Dynamics Following Contusive Spinal Cord Injury

Spinal cord injury (SCI) causes significant vascular disruption at the site of injury. Vascular pathology occurs immediately after SCI and continues throughout the acute injury phase. In fact, endothelial cells appear to be the first to die after a contusive SCI. The early vascular events, including increased permeability of the blood-spinal cord barrier (BSCB), induce vasogenic edema and contribute to detrimental secondary injury events caused by complex injury mechanisms. Targeting the vascular disruption, therefore, could be a key strategy to reduce secondary injury cascades that contribute to histological and functional impairments after SCI. Previous studies were mostly performed on postmortem samples and were unable to capture the dynamic changes of the vascular network. In this study, we have developed an in vivo duo-color two-photon imaging method to monitor acute vascular dynamic changes following contusive SCI. This approach allows detecting blood flow, vessel diameter, and other vascular pathologies at various sites of the same rat pre- and post-injury. Overall, this method provides an excellent venue for investigating vascular dynamics.

An In Vivo Duo-color Method for Imaging Vascular Dynamics Following Contusive Spinal Cord Injury

We introduce an in vivo imaging method using two different fluorescent dyes to track dynamic spinal vascular changes following a contusive spinal cord injury in adult Sprague-Dawley rats.

Vivo דואו-צבע שיטת הדמיה Dynamics כלי הדם בעקבות פגיעה בחוט השדרה Contusive

Spinal cord injury (SCI) causes significant vascular disruption at the site of injury. Vascular pathology occurs immediately after SCI and continues ...

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 ...

In Vivo SiRNA Transfection and Gene Knockdown in Spinal Cord via Rapid Noninvasive Lumbar Intrathecal Injections in Mice

This report describes a step-by-step guide to the technique of acute intrathecal needle injections in a noninvasive manner, i.e. independent of catheter implantation. The technical limitation of this surgical technique lies in the finesse of the hands. The injection is rapid, especially for a trained experimenter, and since tissue disruption with this technique is minimal, repeated injections are possible; moreover immune reaction to foreign tools (e.g. catheter) does not occur, thereby giving a better and more specific read out of spinal cord modulation. Since the application of the substance is largely limited to the target region of the spinal cord, drugs do not need to be applied in large dosages, and more importantly unwanted effects on other tissue, as observed with a systemic delivery, could be circumvented1,2. Moreover, we combine this technique with in vivo transfection of nucleic acid with the help of polyethylenimine (PEI) reagent3, which provides tremendous versatility for studying spinal functions via delivery of pharmacological agents as well as gene, RNA, and protein modulators.

In Vivo SiRNA Transfection and Gene Knockdown in Spinal Cord via Rapid Noninvasive Lumbar Intrathecal Injections in Mice

This report describes a simple and rapid technique of intrathecal needle puncture for a localized transfection of siRNA in the lumbar spinal cord in mouse under short lasting light anesthesia.

בVivo siRNA Transfection וג&#39;ין מציאה בחוט השדרה באמצעות ראפיד פולשנית מותני intrathecal זריקות בעכברים

This report describes a step-by-step guide to the technique of acute intrathecal needle injections in a noninvasive manner, i.e. independent of catheter ...

Biology

מתן ניקור מותני של AAV9 בחולדות צעירות לטיפול גנטי במערכת העצבים המרכזית

Intrathecal Vector Delivery in Juvenile Rats via Lumbar Cistern Injection

Gene therapy is a powerful technology to deliver new genes to a patient for the treatment of disease, be it to introduce a functional gene, inactivate a toxic gene, or provide a gene whose product can modulate the biology of the disease. The delivery method for the therapeutic vector can take many forms, ranging from intravenous infusion for systemic delivery to direct injection into the target tissue. For neurodegenerative disorders, it is often desirable to skew transduction towards the brain and/or spinal cord. The least invasive approach to target the entire central nervous system involves injection into the cerebrospinal fluid (CSF), allowing the therapeutic to reach a large fraction of the central nervous system. The safest approach to deliver a vector into the CSF is the lumbar intrathecal injection, where a needle is introduced into the lumbar cistern of the spinal cord. This technique, also known as a lumbar puncture, has been widely used in neonatal and adult rodents and in large animal models. While the technique is similar across species and developmental stages, subtle differences in size, structure, and elasticity of tissues surrounding the intrathecal space require accommodations in the approach. This article describes a method for performing lumbar puncture in juvenile rats to deliver an adeno-associated serotype 9 vector. Here, 25-35 &#181;L of vector were injected into the lumbar cistern, and a green fluorescent protein (GFP) reporter was used to evaluate the transduction profile resulting from each injection. The benefits and challenges of this approach are discussed.

מחבר זרקור: הערכת יעילות הטיפול הגנטי התוך-תאי בחולדות צעירות

A surgical procedure is described to perform injections into the lumbar cistern of the juvenile rat. This approach has been used for the intrathecal delivery of gene therapy vectors, but it is anticipated that this approach can be used for a variety of therapeutics, including cells and drugs.

משלוח וקטורי תוך-תאי בחולדות צעירות באמצעות הזרקת בור מים מותני

Gene therapy is a powerful technology to deliver new genes to a patient for the treatment of disease, be it to introduce a functional gene, inactivate a ...

ההדמיה דיפוזיה בחוט השדרה עכברוש צוואר הרחם

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

באמצעות דופלר לייזר הדמיה וניטור כדי לנתח את חוט השדרה Microcirculation בעכברוש

הדמיה לא פולשנית וניתוח של מוחין איסכמיה בחולדות Living שימוש Positron פליטת טומוגרפיה עם

נוהל השתלה קאמרי בעמוד השדרה לאורך

השווה אולטראסאונד הדמיה משופרת להערכה של חוט השדרה זרימת דם בפגיעה בחוט השדרה הניסויית

הדמיה שני פוטונים של Dynamics הסלולרי בחוט השדרה העכבר

Vivo דואו-צבע שיטת הדמיה Dynamics כלי הדם בעקבות פגיעה בחוט השדרה Contusive

דיפוזיה זנסור הדמיה מגנטית באמצעות דחיסת חוט השדרה כרונית

בVivo siRNA Transfection וג'ין מציאה בחוט השדרה באמצעות ראפיד פולשנית מותני intrathecal זריקות בעכברים

משלוח וקטורי תוך-תאי בחולדות צעירות באמצעות הזרקת בור מים מותני