Fase di contrasto risonanza magnetica nell'arteria carotica comune ratto

Riepilogo

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di misurare il flusso sanguigno nell'arteria carotica comune ratto utilizzando la risonanza magnetica di contrasto di fase non invadente.

Abstract

Fase di contrasto risonanza magnetica (PC-MRI) è un approccio non invasivo che può quantificare il flusso relativi parametri quali il flusso di sangue. Gli studi precedenti hanno indicato che il flusso sanguigno anormale può essere associato con il rischio vascolare sistemico. Quindi, PC-MRI può facilitare la traduzione dei dati ottenuti da modelli animali di malattie cardiovascolari a indagini cliniche pertinenti. In questo rapporto, descriviamo la procedura per la misurazione del flusso sanguigno nell'arteria carotica comune (CCA) di ratti utilizzando cine-gated PC-MRI e discutere i metodi di analisi pertinenti. Questa procedura può essere eseguita in un animale vivo, anestetizzato e non richiede l'eutanasia dopo la procedura. I parametri di scansione proposti resa misurazioni ripetibili per il flusso di sangue, che indica eccellente riproducibilità dei risultati. La procedura di PC-MRI descritta in questo articolo può essere utilizzata per test farmacologici, valutazione patofisiologica e valutazione emodinamica cerebrale.

Introduzione

La formazione immagine a risonanza magnetica (MRI) è un approccio versatile che fornisce informazioni dettagliate sulla fisiologia e strutture interne del corpo e sempre più sta usanda per la diagnosi clinica e negli studi sugli animali preclinici. Modelli animali sono vitali per una migliore comprensione di notevole implicazione clinica ¹. Come modelli animali differiscono notevolmente da esseri umani per quanto riguarda l'anestesia requisiti e parametri fisiologici, ottimizzazione delle procedure di MRI per tali animali assume importanza.

MRI di contrasto di fase (PC-MRI) è un tipo specializzato di MRI che utilizza la velocità dei giri che scorre per quantificare il flusso relativi parametri quali il flusso di sangue. Con PC-MRI, mappatura schemi di flusso nelle arterie principali utilizzando modelli animali può aiutare a fare luce su patologie cardiovascolari ². Inoltre, PC-MRI non invadente può monitorare le alternanze insite nel flusso sanguigno in condizioni fisiopatologiche ³. Queste osservazioni suggeriscono che PC-MRI è un valido approccio che può essere utilizzato nei modelli animali di malattie cardiovascolari.

In questo rapporto, descriviamo un metodo per la quantificazione del flusso sanguigno nell'arteria carotica comune (CCA) dei ratti. I due CCAs fornire la testa ed il collo con sangue ossigenato, e la malattia dell'arteria carotica è delle principali cause di ictus. Pertanto, rilevando la patologia iniziale in CCA è fondamentale. Questa procedura ha una durata di circa 15 min e potenzialmente applicabile a condizioni con alterazioni di emodinamica, tale aterosclerosi o ictus.

Protocollo

La cura istituzionale e uso comitati (IACUC) di China Medical University ha approvato tutte le procedure.

1. animale preparazione e monitoraggio

1. Lasciare tutti gli oggetti magneticamente suscettibili quali portafogli, chiavi, carta di credito, ecc. all'esterno della camera dello scanner prima di iniziare la preparazione degli animali per l'esame di MRI.
2. Inizialmente anestetizzare il rat (ratto Sprague-Dawley (deviazione standard) maschio di 2 mesi, 280 – 350 g) in una scatola di induzione utilizzando una miscela di 5% isoflurane (ISO) e ossigeno (2 L/min) per 3 – 5 min, se necessario.
3. Quando l'animale è recumbent e non mostre nessuna risposta a un pizzico di punta o coda, interrompere la somministrazione di ISO e trasferire l'animale nella stanza di scansione.
4. Posizionare il ratto nel letto MRI in posizione prona a capofitto e consegnare 2-3% ISO attraverso un dispositivo di cono di naso per mantenere l'anestesia.
5. Respirazione di monitor posizionando un sensore respiratoria cuscino sotto il busto dell'animale.
6. Collegare il sensore a un sistema respiratorio e verificare per tasso respiratorio tra 40-50 battiti al minuto (bpm).
7. Per l'acquisizione di PC-MRI cine-gated, posizionare un elettrodo ogni sulla zampa anteriore destra e la sinistra posteriore della zampa, rispettivamente (Figura 1a).
8. Attorcigliare i cavi di elettrocardiografia (ECG).
9. Utilizzare un supporto per testine con orecchio bar e un morso per proteggere l'animale per limitare il movimento della testa.
10. Utilizzare un sistema o una garza pastiglie di riscaldamento ad aria per mantenere la temperatura corporea mentre nel magnete.
11. Assicurarsi che l'onda R è chiaro sul monitor ECG (Figura 1b) e inserire l'animale nello scanner. Non c'è nessun bisogno di posizionare la bobina di superficie nella parte superiore il collo dell'animale come immagini vengono acquisite dalla bobina di volume.

2. MRI acquisizione

1. Utilizzare 2 – 3% ISO per mantenere l'anestesia durante l'intera procedura di imaging. Monitorare continuamente le risposte fisiologiche e mantenere quanto più possibile costante.
2. Avviare le scansioni MRI, una volta che l'animale è posto all'interno dello scanner e continua ad essere fisiologicamente stabile. In questo studio, utilizzare un animale di piccola T 7 sistema MRI con una resistenza di pendenza di 630 metri, ma possono essere utilizzati altri punti di forza di campo di sistemi MRI per piccoli animali.
3. Selezionare la sequenza di "Localizzatore" dal monitor console dello scanner MRI e acquisire immagini scout lungo tutti e tre gli orientamenti utilizzando qualsiasi sequenza di acquisizione rapida delle immagini, ad esempio, l'eco di rotazione veloce, per creare coronale, assiale e immagini sagittali . Lo scopo di questi scout immagini consiste nel determinare i piani di formazione immagini.
4. Assicurarsi che il centro della testa e del collo dell'animale è al centro del magnete. Se necessario, regolare la posizione dell'animale fino a quando non viene raggiunta la posizione corretta. Se l'animale viene riposizionata, ripetere la scansione per ottenere immagini scout.
5. Selezionare la sequenza di "tempo di volo (TOF) angiogramma" dal monitor console dello scanner MRI e acquisire un angiogramma 2D TOF in primo luogo per accertare l'esatta posizione anatomica del CCA. Utilizzare i seguenti parametri di scansione: ripetizione tempo (TR) / echo tempo (TE) = 22/4,87 ms, flip angolo = 90°, campo visivo (FOV) = 40 × 40 mm², dimensione della matrice = 256 × 256, spessore 0,6 mm, con il numero di eccitazione (NEX) = 1.
   Nota: Il nome della sequenza TOF potrebbe essere vender-specifici. L'utente può inserire questi parametri nel monitor console.
6. Assicurarsi che la band di saturazione è "on" ed è posizionata sulla parte superiore per evitare le interferenze da segnali di venosi.
   Nota: Per la band di saturazione, viene solitamente con la sequenza TOF. Se la banda di saturazione non viene visualizzato sul monitor, si prega di avvisare la persona di servizio.
7. Dopo aver individuato il CCA utilizzando l'angiogramma TOF, il piano dell'immagine del PC-MRI al centro del CCA di destinazione e orientare tale che la fetta è perpendicolare alla direzione di flusso sanguigno (Figura 2a).
8. Assicurarsi che la respirazione sia ECG gating sono collegati al sistema MRI, mostrando il chiaro segnale del computer monitor (Figura 1b) e impostare il modulo trigger di essere "on" in "modalità operativa" dal monitor console dello scanner MRI.
9. Confermare che le risposte fisiologiche dell'animale sono stabili prima di iniziare la scansione del PC-MRI dal monitoraggio computer (Figura 1b). Verificare che le selezioni Gate sono "on" nel monitor computer e il monitor console di scanner MRI.
   Nota: La fisiologia monitoraggio sistema utilizzato in questo studio è fornita dal vender. Per gli scanner più animali, i sistemi di monitoraggio di fisiologia simili sono forniti e vender-specifici.
10. Selezionare la sequenza di sequenza di PC-MRI dal monitor console dello scanner MRI ed eseguire scansioni del PC-MRI gated utilizzando i seguenti parametri: TR/TE=15.55/4.51 ms (minimo TR e TE), flip angle = 30°, FOV = 40 × 40 mm², dimensione della matrice = 192 × 192, fetta spessore = 2 mm, velocità di codifica (VENC) = 120 cm/s, con NEX = 8. VENC unidirezionale viene acquisito nella direzione del attraverso-piano.
    Nota: Il tempo di scansione è di circa 8,5 min, ma il tempo di scansione effettiva può essere leggermente diverso tra gli animali a causa della variazione nei cicli cardiaci.
11. Ripetere i passaggi da 2.6 – 2,9 di acquisizione dell'immagine se la regione di interesse (ROI) è di essere cambiato in un'altra posizione del CCA, come ad esempio presso la biforcazione ⁴.
12. Rimuovere l'animale dallo scanner e restituirlo alla sua gabbia di recupero quando la scansione è completata.
13. Caldo l'animale con una lampada riscaldante per mantenere la temperatura corporea. Tenere la lampada almeno 15 cm dall'animale per evitare il surriscaldamento.
14. Quando l'animale comincia a muoversi ed esibisce una risposta ad un pizzico di punta o coda, spegnere la lampada di riscaldamento.

3. elaborazione dei dati

1. Salvare i dati di MRI in Digital Imaging and Communications in formato medicina (DICOM) o qualsiasi altro formato di vender-specifici. Generare la serie cine con due tipi di immagini: una grandezza immagine (anatomia) e un'immagine di fase (Figura 2b).
   Nota: In alcuni scanner, il terzo tipo di immagine, che potrebbe essere l'immagine di grandezza immagine × fase o il complesso-differenza (sottrazione complessa tra le due acquisizioni con diversi gradienti di velocità di codifica), viene generato. La terza immagine è dipendente dal fornitore.
2. Pre-elaborare i dati di immagine. Segreta la fase immagine nella mappa delle velocità e correggere l'errore di offset di fase ⁵.
   Nota: L'immagine di fase ha un'unità di MR arbitraria dell'intensità del segnale invece di valori della velocità vera, ma l'intensità di segnale del signor è linearmente proporzionale alla velocità. Il massimo segnale di MRI dall'immagine fase in genere viene assegnato come valore di VENC e il minimo segnale viene assegnato il valore opposto di VENC. Vedere file di codice supplementare 1 per un esempio dello script Matlab e premere il pulsante di "eseguire".
3. Delineare il ROI attentamente tracciando il contorno del CCA. Come l'arteria può dilatare e costruire durante le varie fasi cardiache, delineare ROIs per ogni intervallo di tempo. Calcolare il flusso di sangue integrando sopra l'arteria ROI, cioè, velocità × area. Il flusso di sangue è derivato di ogni arteria era nelle unità di mL/s. Vedere file di codice supplementare 2 per un esempio dello script Matlab e premere il pulsante di "eseguire".

Risultati

Corretta fetta della geometria è fondamentale per garantire il successo dell'esperimento PC-MRI. Il posizionamento di un'immagine precisa aereo produce una forma di "turno" dell'arteria (Figura 3a), e come l'angolazione aumenta, vale a dire, quando è meno perpendicolare all'arteria, la geometria risultante dell'arteria diventa Ovo, portando a maggiore volume parziale effetti (Figura 3b). Effetti di volume parziale seve...

Discussione

PC-MRI è un approccio globale per la valutazione non invasiva e longitudinale del flusso sanguigno. Vi presentiamo un protocollo per l'esecuzione di PC-MRI del ratto CCA. Questa procedura è facile da eseguire in qualsiasi animale scanner MRI e dimostra buona riproducibilità.

La tecnica di PC-MRI ha guadagnato la popolarità aumentante in umano ^10,11 , nonché gli studi sugli animali ^4,

Materiali

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