이 연구는 중국 베이징에 있는 Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd.의 R&D 부서로부터 상당한 지원과 모델링 지원을 받았습니다.

이 연구는 중국 베이징에 있는 Beijing Dongzhimen Hospital의 Institutional Review Board의 승인을 받았습니다. MRI 스캐너는 TR 4000 ms, TE 25 ms, bolus duration 700 ms, inversion time 1990 ms 매개변수를 사용하여 3D 동맥 스핀 라벨링(3D-ASL)을 위한 TGSE(Turbo Gradient Spin Echo)를 기반으로 하는 펄스 ASL(PASL) 시퀀스와 함께 사용되었습니다. 이 연구에 사용된 소프트웨어 도구는 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 데이터 수집 및 준비
참고: 매개변수의 분산은 연구 접근 방식의 영향을 받지 않습니다. DICOM 및 NIFTI 형식은 모두 디지털 의료 영상 데이터를 저장하는 데 사용되며 DICOM은 임상 영상 장치의 일반적인 출력입니다. 그러나 NIFTI 형식은 연구 활동의 계산 편의성을 위해 선호되는 경우가 많습니다. DICOM에서 NIFTI로 전환하는 것은 간단하고 일반적인 관행이다17. 이 연구에서는 실제 DICOM 데이터를 수집하여 NIFTI 형식으로 변환했습니다. 데이터는 1.5 Tesla MRI 스캐너를 사용하여 획득했습니다. 이 연구의 교차 이미지 정합 과정에서 FLAIR(Fluid-Attenuated Inversion Recovery) 시퀀스가 주로 사용되었으며 CBF 이미지와 융합되었습니다. 본 연구에서 사용된 CBF Atlas 도구(Table of Materials)는 상용 소프트웨어이다.
<ol><li>지정된 작업 디렉토리에 데이터를 복사합니다.<ol><li>모든 NIFTI 데이터를 사용자 정의된 작업 디렉토리에 복사합니다. 참고: 작업 디렉토리는 운영 체제와 MATLAB에서 동일합니다. 이 연구는 RAS(Right Anterior Superior) 배향 표준을 따릅니다.</li>
		<li>MATLAB의 현재 작업 디렉터리에 있는 데이터가 들어 있는 디렉터리로 이동한 다음 niftiread 함수를 사용하여 FLAIR 데이터를 작업 공간으로 불러옵니다. size 함수를 사용하여 FLAIR 시퀀스의 치수를 확인합니다. Flair_Slice 명령을 호출하여 FLAIR 시퀀스를 봅니다( 그림 1 참조). 다음과 같이 특정 명령을 사용합니다. FLAIR_XLF = 니프티리드('FLAIR_XFL.nii'); 크기(FLAIR_XLF) Flair_Slice(FLAIR_XLF);</li>
		<li>FLAIR 시퀀스에 대한 대화형 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 이미지는 그림 1 을 참조하십시오. 아래쪽 스크롤 막대를 사용하여 다른 시퀀스를 빠르게 찾아볼 수 있습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>CBF의 이미지를 빠르게 확인할 수 있습니다.<ol><li>niftiread 함수를 사용하여 CBF 데이터를 작업 공간으로 불러옵니다. size 함수를 사용하여 CBF 시퀀스의 차원을 확인합니다. CBF_Slice 명령을 호출하여 CBF 시퀀스를 확인합니다(그림 2 참조). 다음과 같이 특정 명령을 사용합니다. CBF_XLF = niftiread('CBF_XFL.nii'); 크기(CBF_XLF) CBF_Slice(CBF_XLF);</li>
		<li>CBF 시퀀스의 대화형 GUI 스크린샷은 그림 2 를 참조하십시오. 아래쪽 스크롤 막대를 사용하여 다른 시퀀스를 빠르게 찾아볼 수 있습니다. 참고: 그림 2에서 CBF 값 범위는 일반적으로 0-120mL/100g/min입니다. 그림 2 는 색상 맵을 사용하여 다양한 색상으로 다양한 CBF 수준을 나타냅니다.</li>
	</ol></li>
</ol>2. FLAIR 염기서열에서 대뇌 기능 영역의 세분화
참고: FLAIR 염기서열은 구조적 이미징 역할을 하며 탁월한 병리학적 진단 기능을 제공합니다. 따라서 FLAIR와 CBF를 융합하는 것은 임상에서 중요한 진단 가치를 지닙니다. 이 연구는 FLAIR 염기서열에서 주요 대뇌 기능 영역을 분할합니다.
<ol><li>그림 3과 같이 작업 공간에서 FLAIR_Segment 함수를 호출하고 사전 훈련된 3차원 U-Net 기반 영상 분할 프로그램을 실행하여 대뇌 기능 영역 분할에 대한 삼면 보기를 자동으로 생성합니다. 그림 3의 각 색상은 고유한 기능 영역을 나타냅니다.</li>
	<li>다양한 대뇌 기능 영역을 실시간으로 검사하려면 십자선 상호 작용을 사용하십시오(그림 3). 십자선의 중심을 클릭하고 드래그하여 재구성된 뇌 해부학에 대한 임의의 3D 검사를 수행합니다. 참고: 그림 3 의 GUI를 사용하면 triplanar view의 그레이스케일 강도 범위, 대비 및 밝기를 조정할 수도 있습니다.</li>
	<li>마우스 왼쪽 버튼을 이미지의 아무 영역이나 누르고 드래그하여 밝기와 대비 수준을 실시간으로 수정할 수 있습니다. 마우스 버튼을 놓아 조정을 확인하고 마무리합니다.</li>
</ol>3. 대뇌 기능 영역 전반에 걸친 CBF 분포에 대한 삼면 보기
참고: 다양한 대뇌 기능 영역에 걸친 CBF 분포를 검사하면 환자 상태에 대한 정확한 임상적 판단을 용이하게 할 수 있습니다. 그림 3의 기능적 영역 프레임워크에서 CBF 염기서열의 정확한 CBF 값을 통합하고 이를 삼면 보기로 제시하면 포괄적인 의사 검사가 가능합니다.
<ol><li>CBF_triplanar 함수를 호출하여 그림 4와 같은 triplanar GUI 보기를 생성하고, 기능 영역 간의 CBF 공간 분포를 표시합니다. 관심 영역의 CBF 분포를 검사할 수 있도록 십자선을 이동합니다.</li>
	<li>GUI의 오른쪽 상단 모서리에 있는 Data Tips 버튼을 클릭하여 임의의 위치에 CBF 값을 표시합니다.</li>
	<li>마우스 왼쪽 버튼을 이미지의 아무 영역이나 누르고 드래그하여 밝기와 대비 수준을 실시간으로 수정할 수 있습니다. 마우스 버튼을 놓아 조정을 확인하고 마무리합니다.</li>
</ol>4. 주요 대뇌 기능 영역에 걸친 CBF 아틀라스
참고: 서로 다른 기능 영역에 걸친 CBF 확률 분포를 정규화하면 대뇌 기능 영역 CBF 아틀라스(Cerebral Functional Regions CBF Atlas)가 생성되어 피험자의 대뇌 기능 영역에 걸친 CBF 수준을 표현합니다.
<ol><li>CBF_Atlas 함수를 호출하여 그림 4에 표시된 CBF 공간 분포를 CBF Atlas로 변환합니다(그림 5 참조). 참고: 그림 5에서 x축은 서로 다른 대뇌 기능 영역을 나타내고 y축은 서로 다른 CBF 수준을 나타냅니다. 다른 색상은 다른 확률 수준을 나타냅니다(색상이 빨간색일수록 더 많은 복셀이 존재함).</li>
	<li>그림 5와 같이 GUI의 오른쪽 상단에 있는 Zoom In/Out 버튼을 클릭하여 부분 이미지의 배율을 조정합니다. 참고: 그림 5 의 곡선은 지역 간 평균 CBF를 연결합니다.</li>
</ol>5. 건강한 피험자와 CCI 환자 간의 CBF_Atlas의 유의한 차이
참고: 섹션 1-4에 설명된 것과 동일한 프로세스를 사용하여 CCI 환자에 대해 다양한 대뇌 기능 영역에 걸친 평균 CBF 값을 얻을 수 있습니다.
<ol><li>CBF_Compare 함수를 활용하여 건강한 피험자와 CCI 환자의 CBF 곡선에 대한 비교 플롯을 생성합니다(그림 6).</li>
	<li>환자의 CBF 곡선(검은색)과 건강한 곡선(빨간색) 사이의 유의미한 차이를 관찰합니다(그림 6). 환자에서 CBF 감소가 더 뚜렷하게 나타나는 기능 영역을 식별합니다. 3.3단계를 통합하여 환자가 다른 지역에 비해 더 나쁜 결과를 보인 영역을 다시 검사합니다. 참고: 3.3단계를 통해 3차원 공간에서 환자의 CBF 수치를 볼 수 있으며, 이는 의사가 그림 4 에 표시된 삼면 GUI 보기를 활용하여 환자의 모든 위치에서 CBF를 검사할 수 있음을 의미합니다. 여기서, CBF 감소 정도는 CCI 환자에 대한 위치에 따라 다릅니다. 의사는 그림 4 를 다시 확인하여 CBF가 현저히 감소하는 뇌 영역에 초점을 맞출 수 있습니다.</li>
	<li>GUI의 오른쪽 상단 모서리에 있는 아이콘(그림 5)을 사용하여 축소, 확대, 전역 보기로 돌아가기, 선택한 픽셀의 좌표 표시와 같은 기능에 액세스합니다. 참고: 동일한 원리를 사용하여 그림 6 의 접근 방식을 사용하여 동일한 환자의 치료 전 및 치료 후 결과를 비교하여 시간 경과에 따른 임상 효능을 평가할 수도 있습니다.</li>
</ol>

MRI-동맥 스핀 라벨링 통합으로 대뇌 혈류 감지 및 모니터링 

<ol>
	<li>Rodriguez, G., 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=Regional+cerebral+blood+flow+in+chronic+stroke+patients.">Regional cerebral blood flow in chronic stroke patients.</a> Stroke. 24 (1), 94-99 (1993).</li><li>Kwok, C. H. R., 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=Cognition+and+cerebral+blood+flow+after+extracranial+carotid+revascularization+for+carotid+atherosclerosis:+A+systematic+review.">Cognition and cerebral blood flow after extracranial carotid revascularization for carotid atherosclerosis: A systematic review.</a> Clin Ther. 45 (11), 1069-1076 (2023).</li><li>Togao, O., 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=Arterial+spin+labeling-based+MR+angiography+for+cerebrovascular+diseases:+Principles+and+clinical+applications.">Arterial spin labeling-based MR angiography for cerebrovascular diseases: Principles and clinical applications.</a> J Magn Reson Imaging. , (2023).</li><li>Haidar, H., Majzoub, R. E., Hajeer, S., Abbas, L. 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L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arterial+spin+labeling:+Clinical+applications.">Arterial spin labeling: Clinical applications.</a> J Neuroradiol. 45 (5), 276-289 (2018).</li><li>Sforza, M., Bianchini, E., Alivernini, D., Salvetti, M., Pontieri, F. 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S., Zetterberg, H., Blennow, K., Karikari, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+phospho-tau+in+Alzheimer's+disease:+towards+diagnostic+and+therapeutic+trial+applications.">Plasma phospho-tau in Alzheimer's disease: towards diagnostic and therapeutic trial applications.</a> Mol Neurodegener. 18 (1), 18 (2023).</li><li>Magliozzi, R., 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=CSF+parvalbumin+levels+reflect+interneuron+loss+linked+with+cortical+pathology+in+multiple+sclerosis.">CSF parvalbumin levels reflect interneuron loss linked with cortical pathology in multiple sclerosis.</a> Ann Clin Transl Neurol. 8 (5), 534-547 (2021).</li><li>Kawano, H., 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=Aging+and+sex+differences+in+brain+volume+and+cerebral+blood+flow.">Aging and sex differences in brain volume and cerebral blood flow.</a> Aging Dis. , (2023).</li><li>Jia, R., Sol&#233;-Guardia, G., Kiliaan, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blood-brain+barrier+pathology+in+cerebral+small+vessel+disease.">Blood-brain barrier pathology in cerebral small vessel disease.</a> Neural Regen Res. 19 (6), 1233-1240 (2023).</li></ol>

소프트웨어 도구 CBF Atlas V1.0은 Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co., Ltd.의 제품입니다. 이 소프트웨어 도구의 지적 재산권은 회사에 있습니다. 저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.

주요 단계(섹션 3 및 4)는 CBF Atlas를 구성하기 위한 기초를 구성하여 대뇌 기능 영역 전반에 걸친 CBF 분포를 정량화합니다. 단계 4.2는 각 뇌 영역에 대한 CBF 수치를 명시적으로 설명하여 새로운 기술을 개척합니다. 이를 통해 의사는 환자 CBF에 대한 글로벌 관점을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 개별 기능 영역에 대한 정량적 측정도 할 수 있습니다. 5.1단계는 CBF Atlas가 CCI를 건강한 대조군과 구별하는 상?...

신경 영상 분야에서는 대뇌 기능과 병리학을 평가하기 위한 정밀하고 비침습적인 도구에 대한 탐구가 여전히 가장 중요합니다. 이 중 뇌혈류(CBF)는 뇌 조직의 대사 요구량과 건강 상태를 반영하는 중요한 지표입니다1. 전통적인 접근법은 종종 경험적 평가를 수반하며, 이미지를 해석하고 병리학적 변화를 식별하기 위해 임상의의 전문 지식에 크게 의존합니다2. 그러나 자기공명영상(MRI) 기술, 특히 동맥 스핀 라벨링(ASL)3의 발전은 CBF를 보다 정확하고 객관성있게 정량화할 수 있는 유망한 방법을 제공합니다 4,5.
이 연구는 3차원 ASL(3D-ASL)과 구조적 MRI를 통합하여 대뇌 기능 영역 전반에 걸친 포괄적인 CBF 아틀라스를 구성하는 선구적인 방법론을 제시합니다6. 이 새로운 접근법을 활용함으로써 임상의는 CBF에 대한 글로벌 관점을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 특정 기능 영역을 탐구할 수 있어 대뇌 관류 패턴에 대한 미묘한 이해를 가능하게 합니다 7,8. 이러한 해상도 향상은 보간된 복셀의 사용보다는 이미징 장비의 기술 발전의 직접적인 결과입니다. 오늘날 시장에서 사용할 수 있는 대부분의 주류 MRI 장치는 일반적으로 1.5mm9 이상의 이미징 정밀도를 제공한다는 점에 주목할 가치가 있습니다. 이러한 이미징 기술의 발전은 보다 상세하고 정확한 CBF 평가를 위한 길을 열었습니다. 이는 초기 단계 병리학과 관련된 CBF의 미묘한 변화를 감지하기 위한 해상도가 부족한 경우가 많은 기존 이미징에서 패러다임 전환을 나타냅니다10.
이 방법론의 기원은 만성 뇌 허혈(CCI) 및 기타 신경 장애를 포함한 대뇌 질환으로 인해 제기되는 진단 문제를 해결해야 한다는 데 있습니다11,12. 이러한 상태는 치료적 개입을 효과적으로 안내하기 위해 정확하고 시기적절한 평가를 필요로 한다 13,14. 이 연구는 건강한 개인과 CCI 환자 간의 CBF 아틀라스를 비교함으로써 지역별 CBF 분포의 상당한 불균형을 드러내고 질병 병리학 및 잠재적 치료 방법에 대한 통찰력을 제공합니다.
이 MRI-ASL 접근법의 유용성은 진단을 넘어 질병 진행의 치료 평가 및 모니터링을 포함한다15. 종적 CBF 아틀라스는 치료 반응 및 재활 결과를 추적하는 데 있어 유망하며, 임상의에게 개인화된 환자 관리를 위한 귀중한 도구를 제공합니다. 또한, 미묘한 CBF 변화를 식별할 수 있는 능력은 임박한 조직 이상에 대한 초기 바이오마커 역할을 할 수 있으며, 이를 통해 신경학적 손상이 돌이킬 수 없게 되기 전에 완화하기 위한 사전 예방적 개입을 가능하게 할 수 있습니다16.
이 방법론은 고급 도구이지만 개선 및 확장을 위한 몇 가지 방법을 고려할 가치가 있습니다. 스캐닝 프로토콜, CBF 정규화 기법을 표준화하고 다중 피험자 건강한 CBF 아틀라스를 구성하는 것은 진단 정확도와 임상적 유용성을 향상시키기 위한 중요한 단계입니다. 다양한 뇌 병리학에 걸친 공동 노력은 광범위한 임상 채택을 위해 이 접근 방식을 검증하고 개선하는 데 필수적입니다.
이 연구는 MRI 파생 CBF 아틀라스가 임상의에게 대뇌 기능 및 병리학에 대한 깊은 통찰력을 제공하는 새로운 접근 방식을 소개합니다. 이미징 그룹과 임상 해석 사이의 격차를 해소함으로써 이 방법론은 수많은 신경학적 상태의 진단 및 관리에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 각 환자의 고유한 요구에 맞는 정밀 의학의 미래를 이끌 수 있습니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CBF Atlas</td>
			<td>Intelligent Entropy</td>
			<td>CBF Atlas V1.0</td>
			<td>Beijing Intelligent Entropy Science &#38; Technology Co Ltd. 
			Modeling for Thyroid Disease</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>2023B</td>
			<td>Computing and visualization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI Device</td>
			<td>Siemens</td>
			<td>Amria 1.5 T</td>
			<td>MRI scanner</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction and application of cerebral functional region-based cerebral blood flow atlas using magnetic resonance imaging-arterial spin labeling

뇌 상태는 종종 정확한 진단과 모니터링이 필요하므로 고급 이미징 기술이 필요합니다. 현재의 치료법은 가역적 조직 손상의 초기 징후를 적절하게 감지하지 못할 수 있으며, 이는 높은 특이성과 민감성으로 뇌혈류(CBF)의 변화를 정량화할 수 있는 혁신적인 진단 도구의 필요성을 강조합니다. 이 연구는 3차원 동맥 스핀 라벨링(3D-ASL)과 구조적 MRI를 통합하여 뇌의 모든 주요 기능 영역을 포괄하는 포괄적인 CBF 아틀라스를 개발합니다. 이 혁신적인 자기 공명 영상-동맥 스핀 라벨링(MRI-ASL) 방법론은 지역별 CBF를 정량화하는 빠르고 비침습적인 수단을 제공하여 다양한 기능 영역에서 CBF 수준에 대한 자세한 보기를 제공합니다. 만성 뇌허혈(CCI) 환자와 건강한 피험자를 비교한 결과, 전자에 대해 구성된 CBF 아틀라스에서 대뇌 기능 영역 전반에 걸쳐 CBF가 크게 감소한 것으로 나타났습니다. 이 접근법은 건강한 분포와 관련하여 중요한 영역에서 CBF의 동시 감소를 분석하여 CCI를 효율적으로 식별할 수 있을 뿐만 아니라 종적 CBF 아틀라스를 통해 치료 반응 및 재활 진행 상황을 추적할 수 있습니다. MRI-ASL 기법을 사용하여 개발된 CBF 아틀라스는 뇌 진단 및 환자 치료 분야의 새로운 발전을 나타냅니다. 이 방법은 지역별 CBF 수준을 규범 표준과 비교함으로써 진단 능력을 향상시켜 임상의가 뇌 질환이 있는 환자에게 개인화된 치료를 제공할 수 있도록 합니다.

이 연구는 1.5 T MRI 스캐너를 사용하여 획득한 실제 환자 데이터를 활용하여 뇌혈류(CBF) 정량화 및 아틀라스 구성 방법론을 검증합니다. 전처리 단계에는 FLAIR 구조 이미지(그림 1), CBF 이미지(그림 2) 및 삼면 융합 이미지(그림 3 및 그림 4)가 포함되었습니다.
대뇌 기능 영역은 사전 훈련된 ...

저자 스포트라이트: 신경 장애 진단을 위한 인간 기능적 뇌 영역의 비침습적 대뇌 혈류 측정

이 연구는 자기 공명 영상-동맥 스핀 라벨링 이미지를 통합하여 대뇌 기능 영역에 대한 대뇌 혈류(CBF) 아틀라스를 도출했습니다. 전형적인 건강한 뇌허혈과 만성 뇌허혈 CBF 아틀라스를 비교한 결과, 지역별 CBF 분포에서 상당한 차이가 발견되어 기능적 CBF에 대한 신속한 비침습적 평가가 가능하여 진단과 치료제 평가를 지원할 수 있었습니다.

Construction and Application of Cerebral Functional Region-Based Cerebral Blood Flow Atlas Using Magnetic Resonance Imaging-Arterial Spin Labeling

Cerebral conditions often require precise diagnosis and monitoring, necessitating advanced imaging techniques. Current modalities may not adequately ...

MRI를 기반으로 한 CBF 아틀라스는 기능적 뇌 영역 영역의 대뇌 혈류 분포를 제공하는 비침습적 방법을 제공하며, 잠재적으로 뇌 장애 분야에서 중요한 도구 역할을 할 수 있습니다. 이미징의 고부가가치 표준 지표를 생리학적 구조 및 생화학적 마커와 통합하면 의사에게 보다 정확한 직경 정보를 제공할 수 있습니다. 스크린별 멀티모달 융합, AI 기반 이미징 인식 및 방사선 이미징의 의료 전공 처리.환자의 기능적 뇌 영역에서 CBF 분포를 안전하게 관리하는 유일한 방법은 뇌 질환의 임상 진단 및 적용에서 최초입니다. 자기 공명 영상-동맥 스핀 라벨링을 사용하는 대뇌 기능 영역 기반 대뇌 혈류 아틀라스는 환자의 기능적 뇌 영역에서 자세한 CBF 정보를 정확하게 얻을 수 있는 기술적 이점을 제공합니다.

construction-application-cerebral-functional-region-based-cerebral

Research

JoVE Journal

Medicine

385 조회수.  Beijing University of Chinese Medicine. MRI를 기반으로 한 CBF 아틀라스는 기능적 뇌 영역 영역의 대뇌 혈류 분포를 제공하는 비침습적 방법을 제공하며, 잠재적으로 뇌 장애 분야에서 중요한 도구 역할을 할 수 있습니다. 이미징의 고부가가치 표준 지표를 생리학적 구조 및 생화학적 마커와 통합하면 의사에게 보다 정확한 직경 정보를 제공할 수 있습니다. 스크린별 멀티모달 융합, AI 기반 이미징 인식 및 방사선 이...

비디오: 저자 스포트라이트: 신경 장애 진단을 위한 인간 기능적 뇌 영역의 비침습적 대뇌 혈류 측정

Magnetic Resonance Imaging Quantification of Pulmonary Perfusion using Calibrated Arterial Spin Labeling

This demonstrates a MR imaging method to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow in healthy subjects 
during normoxia (inspired O2, fraction (FIO2) = 0.21) hypoxia (FIO2 = 0.125), and hyperoxia 
(FIO2 = 1.00). In addition, the physiological responses of the subject are monitored in the MR scan environment. MR images 
were obtained on a 1.5 T GE MRI scanner during a breath hold from a sagittal slice in the right lung at functional residual capacity. An arterial 
spin labeling sequence (ASL-FAIRER) was used to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow 1,2 and a multi-echo fast 
gradient echo (mGRE) sequence 3 was used to quantify the regional proton (i.e. H2O) density, allowing the quantification 
of density-normalized perfusion for each voxel (milliliters blood per minute per gram lung tissue). 
With a pneumatic switching valve and facemask equipped with a 2-way non-rebreathing valve, different oxygen concentrations 
were introduced to the subject in the MR scanner through the inspired gas tubing. A metabolic cart collected expiratory gas via expiratory tubing. Mixed expiratory O2 and CO2 concentrations, oxygen consumption, carbon dioxide production, respiratory exchange ratio, 
respiratory frequency and tidal volume were measured. Heart rate and oxygen saturation were monitored using pulse-oximetry. 
Data obtained from a normal subject showed that, as expected, heart rate was higher in hypoxia (60 bpm) than during normoxia (51) or hyperoxia (50) and the arterial oxygen saturation (SpO2) was reduced during hypoxia to 86%. Mean ventilation was 8.31 L/min BTPS during hypoxia, 7.04 L/min during normoxia, and 6.64 L/min during hyperoxia. Tidal volume was 0.76 L during hypoxia, 0.69 L during normoxia, and 0.67 L during hyperoxia. 
Representative quantified ASL data showed that the mean density normalized perfusion was 8.86 ml/min/g during hypoxia, 8.26 ml/min/g during normoxia and 8.46 ml/min/g during hyperoxia, respectively. In this subject, the relative dispersion4, an index of global heterogeneity, was increased in hypoxia (1.07 during hypoxia, 0.85 during normoxia, and 0.87 during hyperoxia) while the fractal dimension (Ds), another index of heterogeneity reflecting vascular branching structure, was unchanged (1.24 during hypoxia, 1.26 during normoxia, and 1.26 during hyperoxia). 
Overview. This protocol will demonstrate the acquisition of data to measure the distribution of pulmonary perfusion noninvasively under conditions of normoxia, hypoxia, and hyperoxia using a magnetic resonance imaging technique known as arterial spin labeling (ASL). 
Rationale: Measurement of pulmonary blood flow and lung proton density using MR technique offers high spatial resolution images which can be quantified and the ability to perform repeated measurements under several different physiological conditions. In human studies, PET, SPECT, and CT are commonly used as the alternative techniques. However, these techniques involve exposure to ionizing radiation, and thus are not suitable for repeated measurements in human subjects.

A MR imaging method to study the distribution of pulmonary blood flow under a variety of physiological conditions, in this case exposure to three different inspired oxygen concentrations: hypoxia, normoxia, and hyperoxia, is described. This technique utilizes human pulmonary physiology research techniques in an MR scanning environment.

조정 아티 스핀 라벨을 사용하여 폐 관류의 자기 공명 이미징 부량

This demonstrates a MR imaging method to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow in healthy subjects 
during normoxia (inspired O2, ...

연구

의학

Mouse Model of Middle Cerebral Artery Occlusion

Stroke is the most common fatal neurological disease in the United States 1. The majority of strokes (88%) result from blockage of blood vessels in the brain (ischemic stroke) 2. Since most ischemic strokes (~80%) occur in the territory of middle cerebral artery (MCA) 3, many animal stroke models that have been developed have focused on this artery. The intraluminal monofilament model of middle cerebral artery occlusion (MCAO) involves the insertion of a surgical filament into the external carotid artery and threading it forward into the internal carotid artery (ICA) until the tip occludes the origin of the MCA, resulting in a cessation of blood flow and subsequent brain infarction in the MCA territory 4. The technique can be used to model permanent or transient occlusion 5. If the suture is removed after a certain interval (30 min, 1 h, or 2 h), reperfusion is achieved (transient MCAO); if the filament is left in place (24 h) the procedure is suitable as a model of permanent MCAO. This technique does not require craniectomy, a neurosurgical procedure to remove a portion of skull, which may affect intracranial pressure and temperature 6. It has become the most frequently used method to mimic permanent and transient focal cerebral ischemia in rats and mice 7,8. To evaluate the extent of cerebral infarction, we stain brain slices with 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) to identify ischemic brain tissue 9. In this video, we demonstrate the MCAO method and the determination of infarct size by TTC staining.

We demonstrate in the video a method for producing a middle cerebral artery occlusion in adult mice using an intraluminal monofilament. We also show how to evaluate the extent of cerebral infarction by 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining.

중간 대뇌 동맥 폐색의 마우스 모델

Stroke is the most common fatal neurological disease in the United States 1. The majority of strokes (88%) result from blockage of blood vessels in the ...

The Application Of Permanent Middle Cerebral Artery Ligation in the Mouse

Focal cerebral ischemia is among the most common type of stroke seen in patients. Due to the clinical significance there has been a prolonged effort to develop suitable animal models to study the events that unfold during ischemic insult. These techniques include transient or permanent, focal or global ischemia models using many different animal models, with the most common being rodents.
The permanent MCA ligation method which is also referred as pMCAo in the literature is used extensively as a focal ischemia model in rodents 1-6. This method was originally described for rats by Tamura et al. in 1981 7. In this protocol a craniotomy was used to access the MCA and the proximal regions were occluded by electrocoagulation. The infarcts involve mostly cortical and sometimes striatal regions depending on the location of the occlusion. This technique is now well established and used in many laboratories 8-13. Early use of this technique led to the definition and description of &#x201C;infarct core&#x201D; and &#x201C;penumbra&#x201D; 14-16, and it is often used to evaluate potential neuroprotective compounds 10, 12, 13, 17. Although the initial studies were performed in rats, permanent MCA ligation has been used successfully in mice with slight modifications 18-20 .
This model yields reproducible infarcts and increased post-survival rates. Approximately 80% of the ischemic strokes in humans happen in the MCA area 21 and thus this is a very relevant model for stroke studies. Currently, there is a paucity of effective treatments available to stroke patients, and thus there is a need for good models to test potential pharmacological compounds and evaluate physiological outcomes. This method can also be used for studying intracellular hypoxia response mechanisms in vivo. 
Here, we present the MCA ligation surgery in a C57/BL6 mouse. We describe the pre-surgical preparation, MCA ligation surgery and 2,3,5 Triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining for quantification of infarct volumes.

Middle cerebral artery (MCA) ligation is a technique to study focal cerebral ischemia in animal models. In this method, the middle cerebral artery is exposed by craniotomy and ligated by cauterization. This method gives highly reproducible infarct volumes and increased post-operative survival rates compared to other methods available.

마우스에 영구 중간 대뇌 동맥 내고의 응용

Focal cerebral ischemia is among the most common type of stroke seen in patients. Due to the clinical significance there has been a prolonged effort to ...

Utilizing a Cranial Window to Visualize the Middle Cerebral Artery During Endothelin-1 Induced Middle Cerebral Artery Occlusion

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be performed in many locations overlying the rat cerebrum, but is most easily carried out by creating a craniectomy over the readily accessible frontal or parietal bones. Most frequently, we have used this technique in combination with the endothelin-1 middle cerebral artery occlusion model of ischemic stroke to quantify the changes in middle cerebral artery vessel diameter that occur with injection of endothelin-1 into the brain parenchyma adjacent to the proximal MCA4, 5. In order to visualize the proximal portion of the MCA during endothelin -1 induced MCAO, we use a technique to create a cranial window through the temporal bone on the lateral aspect of the rat skull (Figure 1). Cerebral arteries can be visualized either with the dura intact or with the dura incised and retracted. Most commonly, we leave the dura intact during visualization since endothelin-1 induced MCAO involves delivery of the vasoconstricting peptide into the brain parenchyma. This bypasses the need to incise the dura directly over the visualized vessels for drug delivery. This protocol will describe how to create a cranial window to visualize cerebral arteries in a step-wise fashion, as well as how to avoid many of the potential pitfalls pertaining to this method.

This article describes a method for visualizing rat cerebral arteries through a cranial window using temporal craniectomy in order to view proximal portions of the middle cerebral artery (Figure 1). This versatile method can be combined with various techniques of drug delivery to measure cerebral artery reactivity in vivo.

엔도 테린-1 유도 중간 뇌 동맥 폐색 동안 중동 뇌동맥을 시각화하기 위해 두개골 창 활용

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be ...

Embolic Middle Cerebral Artery Occlusion (MCAO) for Ischemic Stroke with Homologous Blood Clots in Rats

Clinically, thrombolytic therapy with use of recombinant tissue plasminogen activator (tPA) remains the most effective treatment for acute ischemic stroke. However, the use of tPA is limited by its narrow therapeutic window and by increased risk of hemorrhagic transformation. There is an urgent need to develop suitable stroke models to study new thrombolytic agents and strategies for treatment of ischemic stroke. At present, two major types of ischemic stroke models have been developed in rats and mice: intraluminal suture MCAO and embolic MCAO. Although MCAO models via the intraluminal suture technique have been widely used in mechanism-driven stroke research, these suture models do not mimic the clinical situation and are not suitable for thrombolytic studies. Among these models, the embolic MCAO model closely mimics human ischemic stroke and is suitable for preclinical investigation of thrombolytic therapy. This embolic model was first developed in rats by Overgaard et al.1 in 1992 and further characterized by Zhang et al. in 19972. Although embolic MCAO has gained increasing attention, there are technical problems faced by many laboratories. To meet increasing needs for thrombolytic research, we present a highly reproducible model of embolic MCAO in the rat, which can develop a predictable infarct volume within the MCA territory. In brief, a modified PE-50 tube is gently advanced from the external carotid artery (ECA) into the lumen of the internal carotid artery (ICA) until the tip of the catheter reaches the origin of the MCA. Through the catheter, a single homologous blood clot is placed at the origin of the MCA. To identify the success of MCA occlusion, regional cerebral blood flow was monitored, neurological deficits and infarct volumes were measured. The techniques presented in this paper should help investigators to overcome technical problems for establishing this model for stroke research.

Embolic Middle Cerebral Artery Occlusion MCAO for Ischemic Stroke with Homologous Blood Clots in Rats

In this paper, we demonstrate a standard method for producing an embolic middle cerebral artery occlusion with homologous blood clots (fibrin-rich) in adult rat. This model closely mimics human ischemic stroke and is suitable for preclinical study of thrombolytic therapy for ischemic stroke.

흰쥐의 동종 혈액 혈전과 허혈성 뇌졸중에 대한 전성 중간 대뇌 동맥 폐색 (MCAO)

Clinically, thrombolytic therapy with use of recombinant tissue plasminogen activator (tPA) remains the most effective treatment for acute ischemic ...

Stereological and Flow Cytometry Characterization of Leukocyte Subpopulations in Models of Transient or Permanent Cerebral Ischemia

Microglia activation, as well as extravasation of haematogenous macrophages and neutrophils, is believed to play a pivotal role in brain injury after stroke. These myeloid cell subpopulations can display different phenotypes and functions and need to be distinguished and characterized to study their regulation and contribution to tissue damage. This protocol provides two different methodologies for brain immune cell characterization: a precise stereological approach and a flow cytometric analysis. The stereological approach is based on the optical fractionator method, which calculates the total number of cells in an area of interest (infarcted brain) estimated by a systematic random sampling. The second characterization approach provides a simple way to isolate brain leukocyte suspensions and to characterize them by flow cytometry, allowing for the characterization of microglia, infiltrated monocytes and neutrophils of the ischemic tissue. In addition, it also details a cerebral ischemia model in mice that exclusively affects brain cortex, generating highly reproducible infarcts with a low rate of mortality, and the procedure for histological brain processing to characterize infarct volume by the Cavalieri method.

Brain myeloid cells characterization following stroke can be performed by stereology using the optical fractionator method, or by a flow cytometric analysis of brain leukocytes suspensions. Both are useful techniques to perform an accurate phenotypical distinction of the main myeloid cell subsets found in the ischemic brain.

일시적 또는 영구적 인 뇌허혈 모델에서 백혈구 부분 집단의 Stereological 및 유동 세포 계측법 특성

Microglia activation, as well as extravasation of haematogenous macrophages and neutrophils, is believed to play a pivotal role in brain injury after ...

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics disturbance in affected cells. Diffusion weighted magnetic resonance imaging (MRI) identifies regions that are damaged, potentially irreversibly, by hypoxia-ischemia. Alterations in glucose utilization in the affected tissue may be detectable by positron emission tomography (PET) imaging of 2-deoxy-2-(18F)fluoro-&#7429;-glucose ([18F]FDG) uptake. Due to the rapid and variable nature of injury in this animal model, acquisition of both modes of data must be performed simultaneously in order to meaningfully correlate PET and MRI data. In addition, inter-animal variability in the hypoxic-ischemic injury due to vascular differences limits the ability to analyze multi-modal data and observe changes to a group-wise approach if data is not acquired simultaneously in individual subjects. The method presented here allows one to acquire both diffusion-weighted MRI and [18F]FDG uptake data in the same animal before, during, and after the hypoxic challenge in order to interrogate immediate physiological changes.

The method presented here uses simultaneous positron emission tomography and magnetic resonance imaging. In the cerebral hypoxia-ischemia model, dynamic changes in diffusion and glucose metabolism occur during and after injury. The evolving and irreproducible damage in this model necessitates simultaneous acquisition if meaningful multi-modal imaging data are to be acquired.

마우스 대뇌 저산소증 - 허혈 동안 동시 PET / MRI 영상

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of cerebral malaria can be difficult. We present an experimental mouse model of cerebral malaria that shares multiple features of the human disease, including edema and microvascular pathology. Using magnetic resonance imaging (MRI), we can detect and track the blood-brain barrier disruption, edema development, and subsequent brain swelling. We describe multiple MRI techniques that can visualize these pertinent pathological changes. Thus, we show that MRI represents a valuable tool to visualize and track pathological changes, such as edema, brain swelling, and microvascular pathology, in vivo.

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

We describe a mouse model of experimental cerebral malaria and show how inflammatory and microvascular pathology can be tracked in vivo using magnetic resonance imaging.

자기 공명 영상을 이용한 실험용 뇌 말라리아 모델에서의 부종 발달 및 미세 혈관 병리학 적 추적

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of ...

Application of an Amplitude-integrated EEG Monitor (Cerebral Function Monitor) to Neonates

Amplitude-integrated EEG (aEEG) is an easily accessible technique to monitor the electrocortical activity in preterm and term infants in neonatal intensive care units (NICUs). This method was first used to monitor newborns after asphyxia, providing information about future neurological outcomes. The aEEG is also helpful to select newborns who benefit from cooling. The aEEG monitoring of preterm infants is becoming more widespread, as various studies have shown that neurodevelopmental outcome is related to early aEEG tracings. Here, we demonstrate the application of the aEEG monitoring system and present typical patterns that depend upon gestational age and pathophysiological conditions. Furthermore, we mention pitfalls in the interpretation of the aEEG, as this method requires accurate fixation and localization of the electrodes. Additionally, the raw EEG can be used to detect neonatal seizures or to identify aEEG application problems. In conclusion, aEEG is a safe and generally well-tolerated method for the bedside monitoring of neonatal cerebral function; it can even provide information about long-term outcome.

Application of an Amplitude-integrated EEG Monitor Cerebral Function Monitor to Neonates

Here, we show how to apply amplitude-integrated electroencephalography to monitor cerebral function in neonates.

신생아는 진폭 통합 EEG 모니터 (대뇌 기능 모니터)의 적용

Amplitude-integrated EEG (aEEG) is an easily accessible technique to monitor the electrocortical activity in preterm and term infants in neonatal ...

Evaluation of Cerebral Blood Flow Autoregulation in the Rat Using Laser Doppler Flowmetry

When investigating the body&#39;s mechanisms for regulating cerebral blood flow, a relative measurement of microcirculatory blood flow can be obtained using laser Doppler flowmetry (LDF). This paper demonstrates a closed skull preparation that allows cerebral blood flow to be assessed without penetrating the skull or installing a chamber or cerebral window. To evaluate autoregulatory mechanisms, a model of controlled blood pressure reduction via graded hemorrhage can be utilized while simultaneously employing LDF. This enables the real time tracking of the relative changes in the blood flow in response to reductions in arterial blood pressure produced by the withdrawal of circulating blood volume. This paradigm is a valuable approach to study cerebral blood flow autoregulation during reductions in arterial blood pressure and, with minor modifications in the protocol, is also valuable as an experimental model of hemorrhagic shock. In addition to evaluating autoregulatory responses, LDF can be used to monitor the cortical blood flow when investigating metabolic, myogenic, endothelial, humoral, or neural mechanisms that regulate cerebral blood flow and the impact of various experimental interventions and pathological conditions on cerebral blood flow.

This article demonstrates the use of laser Doppler flowmetry to evaluate the ability of the cerebral circulation to autoregulate its blood flow during reductions in arterial blood pressure.

레이저 도플러 흐름 측정을 사용하여 쥐에 대뇌 혈액 흐름 자동 조절의 평가

When investigating the body&#39;s mechanisms for regulating cerebral blood flow, a relative measurement of microcirculatory blood flow can be obtained ...