Name: advanced diffusion imaging in the hippocampus of rats with mild traumatic brain injury
Uploaded: 2019-08-14T15:00:00
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Die Autoren danken der Forschungsstiftung Flandern (FWO) für die Unterstützung dieser Arbeit (Grant-Nummer: G027815N).

Das Protokoll wurde von der Tierethikkommission der Universität Gent (EKD 15/44Aanv) genehmigt, und alle Experimente wurden in Übereinstimmung mit den Leitlinien der Europäischen Kommission (Richtlinie 2010/63/EU) durchgeführt.
1. Tiervorbereitung und Helmbefestigung
<ol><li>Wiegen Sie eine weibliche Wistar H Ratte (ca. 250 g oder 12 Wochen alt) und anästhesieren sie in einer kleinen Induktionskammer, die mit einer Mischung aus Isofluran (5%) gefüllt ist. und O2 für mindest...

<ol>
	<li>Carroll, L. J., 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=Systematic+Review+of+the+Prognosis+After+Mild+Traumatic+Brain+Injury+in+Adults.">Systematic Review of the Prognosis After Mild Traumatic Brain Injury in Adults.</a> Cognitive, Psychiatric, and Mortality Outcomes: Results of the International Collaboration on Mild Traumatic Brain Injury Prognosis. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 95 (3), S152-S173 (2014).</li><li>Buck, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mild+Traumatic+Brain+Injury:+A+Silent+Epidemic+in+Our+Practices.">Mild Traumatic Brain Injury: A Silent Epidemic in Our Practices.</a> Health &amp; Social Work. 36 (4), 299-302 (2011).</li><li>Bodanapally, U. 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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AMIDE:+A+Free+Software+Tool+for+Multimodality+Medical+Image+Analysis.">AMIDE: A Free Software Tool for Multimodality Medical Image Analysis.</a> Molecular Imaging. 2 (3), 131-137 (2003).</li><li>Veraart, J., 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=Denoising+of+diffusion+MRI+using+random+matrix+theory.">Denoising of diffusion MRI using random matrix theory.</a> NeuroImage. 142, 394-406 (2016).</li><li>Veraart, J., Fieremans, E., Novikov, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+MRI+noise+mapping+using+random+matrix+theory.">Diffusion MRI noise mapping using random matrix theory.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 76 (5), 1582-1593 (2016).</li><li>Braeckman, K., 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=Dynamic+changes+in+hippocampal+diffusion+and+kurtosis+metrics+following+experimental+mTBI+correlate+with+glial+reactivity.">Dynamic changes in hippocampal diffusion and kurtosis metrics following experimental mTBI correlate with glial reactivity.</a> NeuroImage: Clinical. 21 (August 2018), 101669 (2019).</li><li>Jones, D. K., Kn&#246;sche, T. R., Turner, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=White+matter+integrity,+fiber+count,+and+other+fallacies:+The+do's+and+don'ts+of+diffusion+MRI.">White matter integrity, fiber count, and other fallacies: The do's and don'ts of diffusion MRI.</a> NeuroImage. 73, 239-254 (2013).</li><li>. Matlab code DKI and WMTI model Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/NYU-DiffusionMRI/Diffusion-Kurtosis-Imaging">https://github.com/NYU-DiffusionMRI/Diffusion-Kurtosis-Imaging</a> (2019)</li></ol>

Da mTBI oft das Ergebnis einer diffusen und subtilen Verletzung ist, die keine Anomalien bei CT- und konventionellen MRT-Scans zeigt, bleibt die Bewertung von mikrostrukturellen Schäden nach einem leichten Trauma eine Herausforderung. Daher sind fortschrittlichere bildgebende Verfahren erforderlich, um das volle Ausmaß des Traumas zu visualisieren. Die Anwendung der Diffusions-Magnetresonanztomographie in der TBI-Forschung hat in den letzten zehn Jahren mehr Interesse gewonnen, wo Diffusionstensor-Bildgebung am häufig...

Traumatische Hirnverletzungen (TBI) haben in den letzten Jahren mehr Aufmerksamkeit gewonnen, da deutlich geworden ist, dass diese Hirnverletzungen zu lebenslangen kognitiven, körperlichen, emotionalen und sozialen Folgen führen können1. Trotz dieses zunehmenden Bewusstseins ist mildes TBI (mTBI, oder Gehirnerschütterung) immer noch oft untergemeldet und nicht diagnostiziert. MTBI wurde als stille Epidemie bezeichnet, und Personen mit einer Geschichte von mTBI zeigen höhere Raten von Substanzmissbrauch oder psychiatrische nümlichen Problemen2. Mehrere Patienten mit mTBI werden jedes Jahr aufgrund der diffusen und subtilen Natur der Verletzungen nicht diagnostiziert, die bei herkömmlichen Computertomographie- (CT) oder Magnetresonanztomographie-Scans (MRT) oft nicht sichtbar sind. Dieser Mangel an radiologischen Beweisen für Hirnverletzungen hat zur Entwicklung fortgeschrittenerer bildgebender Verfahren wie Diffusions-MRT geführt, die empfindlicher auf mikrostrukturelle Veränderungen reagieren3.
Diffusion SMRT ermöglicht in vivo Kartierung der Mikrostruktur, und diese MRT-Technik wurde ausgiebig in TBI-Studien4,5,6verwendet. Aus dem Diffusionstensor werden die fraktionierte Anisotropie (FA) und die mittlere Diffusivität (MD) berechnet, um veränderungen in der mikrostrukturellen Organisation nach einer Verletzung zu quantifizieren. Jüngste Bewertungen bei mTBI-Patienten berichten von einem Anstieg der FA und einem Rückgang der MD nach Verletzungen, die auf axonale Schwellungen hinweisen können7. Im Gegensatz dazu werden auch Zunahmen der MD und Abnahmen der FA festgestellt und es wurde vorgeschlagen, Störungen in der parenchymalen Struktur nach Ödembildung, axonaler Degeneration oder Faserfehlausrichtung/-störung zu unterziehen8. Diese gemischten Befunde lassen sich teilweise durch die signifikante klinische Heterogenität von mTBI erklären, die durch verschiedene Arten von Aufprall und Schweregrad verursacht wird (z. B. Rotationsbeschleunigung, stumpfes Krafttrauma, Explosionsverletzungen oder Kombination ersterer). Derzeit gibt es jedoch keinen klaren Konsens über die zugrunde liegende Pathologie und biologische/zelluläre Grundlage, die Veränderungen in der mikrostrukturellen Organisation untermauert.
Tiermodelle bieten eine standardisierte und kontrollierte Einstellung, um biologische Mechanismen von Verletzungen und Reparaturen nach TBI genauer zu untersuchen. Mehrere experimentelle Modelle für TBI wurden entwickelt und stellen verschiedene Aspekte des menschlichen TBI dar (z.B. fokalvs. diffuses Trauma oder Trauma durch Rotationskräfte)9,10. Häufig verwendete Tiermodelle umfassen die modelle11,12. Obwohl die experimentellen Parameter gut kontrolliert werden können, nutzen diese Modelle eine Kraniotomie, um das Gehirn zu belichten. Craniotomien oder Schädelfrakturen sind in mTBI nicht häufig zu sehen; Daher sind diese experimentellen Modelle nicht für die Nachahmung von mTBI gültig. Das von Marmarou et al.13 entwickelte Schlagbeschleunigungsmodell nutzt ein Gewicht, das aus einer bestimmten Höhe auf den Kopf der Ratte fällt, der durch einen Helm geschützt ist. Dieses Tiermodell induziert ähnliche mikrostrukturelle Veränderungen und kognitive Beeinträchtigungen wie bei Patienten, die ein leichtes Trauma erleiden. Daher eignet sich dieses Marmarou-Gewichtsabfallmodell zur Untersuchung bildgebender Biomarker für diffuse mTBI14,15.
Dieser Bericht veranschaulicht die Anwendung von advanced diffusion MRT in einem mTBI Rattenmodell mit dem Marmarou Gewichtsabnahmemodell. Zuerst wird gezeigt, wie man ein leichtes und diffuses Trauma induziert, und dann wird eine Analyse mit dem Diffusions-Tensor-Bildgebungsmodell (DTI) bereitgestellt. Spezifische biologische Informationen werden mit der Verwendung von fortgeschritteneren Diffusionsmodellen [d. h. Diffusionskurtosis-Bildgebung (DKI) und WMTI-Modell (White Matter Tract Integrity) gewonnen.] Insbesondere werden leichte Traumata zugefügt und mikrostrukturelle Veränderungen werden dann im Hippocampus mit konventionellen T2-gewichteten MRTs und einem fortschrittlichen Diffusions-Bildgebungsprotokoll bewertet.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Induction of trauma</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.9% NaCl physiologic solution</td>
			<td>B Braun</td>
			<td>394496</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>brass weight 450g</td>
			<td>custom made</td>
			<td>custom made</td>
			<td>diamter 18mm and 210 mm height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>catheter</td>
			<td>Terumo</td>
			<td>Versatus-W</td>
			<td>26G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ethilon II</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>EH7824</td>
			<td>FS-3, 4-0, 3/8, 16mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrass</td>
			<td>Foam to Size</td>
			<td>Type E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plexiglas tube</td>
			<td>ISPA Plastics</td>
			<td>416564</td>
			<td>M1 PMMA XT GOO tube 25x19 mm (inner diamter 19 mm, minimal length of 1.50 m)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preclinical CT scanner</td>
			<td>Molecubes</td>
			<td>X-cube</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel helmet</td>
			<td>custom made</td>
			<td>custom made</td>
			<td>diameter 10 mm and 3 mm thickness</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vetbond Tissue Adhesive</td>
			<td>3M</td>
			<td>1469SB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vetergesic (buprenorphin)</td>
			<td>EcuPhar</td>
			<td>VETERG20</td>
			<td>0.05 mk/kg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylocaine 2% gel</td>
			<td>AstraZeneca</td>
			<td>Xylocaine 2%</td>
			<td>gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylocaine (lidocain 2%)</td>
			<td>Aspen/AstraZeneca</td>
			<td>Xylocaine 2% gel</td>
			<td>100 &#956;l injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffusion MRI</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preclinical MRI acquisition software</td>
			<td>Bruker Biospin MRI GmbH</td>
			<td>Z400_PV51_CENTOS55</td>
			<td>ParaVision 5.1 MRI software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preclinical MRI scanner</td>
			<td>Bruker Biospin MRI GmbH</td>
			<td>PharmaScan 70/16</td>
			<td>7T MRI scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quadrature volume coil</td>
			<td>Bruker Biospin MRI GmbH</td>
			<td>RF RES 300 1H 075/040 QSN TR</td>
			<td>Model No: 1P T13161C3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small animal physiological monitoring unit</td>
			<td>Rapid Biomedical</td>
			<td>EKGHR02-0571-043C01</td>
			<td>Unit for respiratory monitoring</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water-based heating unit</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>Haake S 5P</td>
			<td>Model No: 1523051</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anaesthesia</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anaesthesia movable unit</td>
			<td>Veterenary technics</td>
			<td></td>
			<td>BDO - Medipass, Ijmuiden</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>isoflurane: Isoflo</td>
			<td>Zoetis</td>
			<td>B506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen generator</td>
			<td>Veterenary technics</td>
			<td>7F-3</td>
			<td>BDO - Medipass, Ijmuiden</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffusion image processing</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amide</td>
			<td>http://amide.sourceforge.net</td>
			<td>Version 1.0.5.</td>
			<td>Medical Imaging Data Examiner Toolbox (Loening AM, Gambhir SS, &#34; AMIDE: A Free Software Tool for Multimodality Medical Image Analysis&#34;, Molecular Imaging, 2(3):131-137, 2003)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ExploreDTI</td>
			<td>http://www.exploredti.com</td>
			<td>Version 4.8.6</td>
			<td>Toolbox for (pre-)processing and analysis of diffusion weighted MR images (Leemans A, Jeurissen B, Sijbers J, and Jones DK. ExploreDTI: a graphical toolbox for processing, analyzing, and visualizing diffusion MR data. In: 17th Annual Meeting of Intl Soc Mag Reson Med, p. 3537, Hawaii, USA, 2009)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRtrix3</td>
			<td>http://www.mrtrix.org</td>
			<td>Version 3.0_RC3-86-g4b523b41</td>
			<td>Toolbox for (pre-)processing and analysis of diffusion weighted MR images</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

advanced diffusion imaging in the hippocampus of rats with mild traumatic brain injury

Leichte traumatische Hirnverletzung (mTBI) ist die häufigste Art der erworbenen Hirnverletzung. Da Patienten mit traumatischen Hirnverletzungen eine enorme Variabilität und Heterogenität aufweisen (Alter, Geschlecht, Art des Traumas, andere mögliche Pathologien usw.), spielen Tiermodelle eine Schlüsselrolle bei der Entschlüsselung von Faktoren, die in der klinischen Forschung begrenzt sind. Sie bieten eine standardisierte und kontrollierte Einstellung, um die biologischen Mechanismen von Verletzungen und Reparaturen nach TBI zu untersuchen. Allerdings imitieren nicht alle Tiermodelle die diffuse und subtile Natur von mTBI effektiv. Beispielsweise nutzen die häufig verwendeten Modelle der kontrollierten kortikalen Schlagkraft (CCI) und der lateralen Fluid Percussion Injury (LFPI) eine Kraniotomie, um das Gehirn zu entlarven und ein weit verbreitetes fokales Trauma auszulösen, das in mTBI nicht häufig zu beobachten ist. Daher sind diese experimentellen Modelle nicht gültig, um mTBI nachzuahmen. Daher sollte ein geeignetes Modell verwendet werden, um mTBI zu untersuchen. Das Marmarou-Gewichtsabnahmemodell für Ratten induziert ähnliche mikrostrukturelle Veränderungen und kognitive Beeinträchtigungen wie bei Patienten, die ein leichtes Trauma erleiden; Daher wurde dieses Modell für dieses Protokoll ausgewählt. Herkömmliche Computertomographie- und Magnetresonanztomographie-Scans (MRT) zeigen in der Regel keine Schäden nach einer leichten Verletzung, da mTBI oft nur subtile und diffuse Verletzungen indukt. Mit diffusionsgewichteter MRT ist es möglich, mikrostrukturelle Eigenschaften von Hirngewebe zu untersuchen, die mehr Einblick in die mikroskopischen Veränderungen nach einem leichten Trauma geben können. Daher besteht das Ziel dieser Studie darin, quantitative Informationen über eine ausgewählte Region von Interesse (d. h. Hippocampus) zu erhalten, um das Fortschreiten der Krankheit nach einer leichten und diffusen Hirnverletzung zu verfolgen.

In der Studie überlebten alle TBI-Ratten (n = 10) den Aufprall und konnten sich innerhalb von 15 min nach Ablösung von der Anästhesie23von dem Aufprall und der Anästhesie erholen. Auf den CT-Bildern gab es keine Hinweise auf Schädelfrakturen und die T2-Bilder zeigten keine Anomalien wie Blutungen, vergrößerte Ventrikel oder Ödembildung an der Kontussionsstelle 1 Tag nach dem Trauma (Abbildung5). Auf der Grundlage dieser visuellen Inspektionen der anatomischen ...

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Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, quantitative mikrostrukturelle Informationen über den Hippocampus bei einer Ratte mit leichter traumatischer Hirnverletzung zu erhalten. Dies geschieht mit einem fortschrittlichen diffusionsgewichteten Magnetresonanztomographieprotokoll und einer regionsbezogenen Analyse parametrischer Diffusionskarten.

Advanced Diffusion Imaging im Hippocampus von Ratten mit leichter traumatischer Hirnverletzung

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous ...

Mit diesem Diffusions-Bildgebungsprotokoll ist es möglich, mikrostrukturelle Veränderungen im Hippocampus einer Ratte mit einer leichten traumatischen Hirnverletzung zu untersuchen, die sonst im anatomischen MRT nicht sichtbar sind. Diese Technik kann Veränderungen im Gehirn nach einem leichten und diffusen Trauma erkennen, das mit CT oder anatomischem MRT nicht erkannt werden kann. Diese Technik erleichtert die Überwachung des Genesungsprozesses nach einer leichten schädelischen Hirnverletzung auf objektive und quantitative Weise.Diese Diffusions-Bildgebungs- und Analysetechnik kann auch bei anderen Erkrankungen des Gehirns wie Demenz und Multiple Sklerose angewendet werden, nicht nur in präklinischen Studien, sondern auch beim Menschen. In diesem Protokoll ist es wichtig, dass die Qualität der Diffusionsscans und Korrekturschritte hoch ist, daher wird eine Anleitung von erfahrenen Technikern und Analysten vorgeschlagen. Legen Sie das Tier auf ein 37-Grad-Celsius-Heizkissen, nachdem Sie eine mangelnde Reaktion auf Zehenkniff in einer 12 Wochen alten, weiblichen Wistar H Ratte bestätigt haben und einen Katheter in eine seitliche Schwanzvene einlegen.Injizieren Sie 100 Mikroliter 2%Lidocain lokal in die rasierte und desinfizierte Kopfhaut und machen Sie einen Mittellinienschnitt, um den Schädel freizulegen. Verwenden Sie eine kleine Schere, um überschüssige Membranen zu entfernen und reiben Sie eine Baumwollknospe über den Schädel, bis das Periostnicht nicht mehr vorhanden ist, dann verwenden Sie einen Tropfen Gewebekleber, um einen 10-Millimeter-Durchmesser, drei Millimeter dicke, metallische Scheibe etwa 1/3 vor und 2/3 hinter dem Bregma zu befestigen. Für traumatische Hirnverletzung sukzessionen, legen Sie die Ratte auf ein maßgeschneidertes Bett mit einer Schaumstoffmatratze einer bestimmten Federkonstante und legen Sie die Ratte direkt unter ein transparentes Kunststoffrohr mit einem 450-Gramm Messinggewicht mit dem Helm so horizontal wie möglich.Ziehen Sie das Gewicht bis zu einem Meter. Mit einem zweiten Experimentator vorhanden, lassen Sie das Gewicht und lassen Sie den zweiten Experimentator bewegen sie die Ratte weg aus dem Rohr unmittelbar nach dem Aufprall, um eine zweite Verletzung zu verhindern. Ziehen Sie den Helm vorsichtig aus dem Schädel und verwenden Sie eine Gaze, um Blutungen einzudämmen.Schließen Sie die Haut mit einer Naht und wenden Sie lokale Analgesie Gel auf den Schnitt. Legen Sie die Ratte auf das Bett eines CT-Scanners und verabreichen Sie einen allgemeinen, niedrig dosierten CT-Scan, um Schädelfrakturen auszuschließen, und legen Sie die Ratte dann in einen sauberen Käfig auf einem 37-Grad-Celsius-Heizkissen mit Überwachung bis zur vollen Rekontobenz, bevor Sie das Tier in seinen Käfig zurückführen. Bestätigen Sie vor und einen Tag nach der Traumainduktion eine fehlende Reaktion auf Zehenkniff im Versuchstier und legen Sie das Tier auf dem MR-Scannerbett in eine kopfgleiche, anfällige Position.Schieben Sie die Quadratur-Volumenspule über den Kopf und bringen Sie das Scannerbett in die Scannerbohrung. Um eine korrekte Positionierung zu gewährleisten, erhalten Sie einen standardmäßigen 3-Ebenen-Scout-Scan. Wenn der Scan abgeschlossen ist, laden Sie den Scan in die Bildanzeige und stellen Sie sicher, dass der Kopf gerade liegt und das Gehirn in der Mitte des Magneten und der Spule positioniert ist.Erfassen Sie T2-gewichtete Bilder mit den Standardeinstellungen, mit Ausnahme des Felds, der Ansicht und der Matrixgröße, die auf eine höhere In-Plane-Auflösung von 109 mal 109 Mikrometern angepasst werden sollte. Öffnen Sie den Geometrie-Editor und platzieren Sie das Slice-Paket in der richtigen Position, einschließlich des Bulbus des Gehirns und des Kleinhirns, und laden Sie drei neue Echo-planare, diffusionsgewichtete Spin-Echo-Sequenzen aus dem B_diffusion-Ordner in das Scan-Steuerprotokoll. Erfassen Sie diffusionsgewichtete Bilder mit den Standardeinstellungen, und öffnen Sie die Registerkarte Scan bearbeiten.Legen Sie die Slice-Ausrichtung auf axial und die Anzahl der Slices auf 25 fest, um eine Schnittdicke von 500 Mikrometern und einen inneren Scheibenabstand von 600 Mikrometern zu erreichen, und ändern Sie die Ausleserichtung nach links nach rechts. Passen Sie auf der Registerkarte Geometrie die geometrischen Parameter an, und passen Sie das Sichtfeld und die Matrixgröße auf 105 mal 105 an, um eine Auflösung von 333 mal 333 Mikrometern zu gewährleisten. Klicken Sie auf die Registerkarte Diffusion in der Registerkarte Forschung für jede der drei Diffusionsschalen, und passen Sie die Anzahl der Diffusionsrichtungen auf 32 für die erste Schale, 46 für die zweite Schale und 64 für die dritte Schale an.Ändern Sie die Anzahl der B0-Bilder in fünf für die erste Shell, fünf für die zweite Shell und sieben für die dritte Shell, und passen Sie die Verlaufsrichtungen mit benutzerdefinierten Verlaufsrichtungsdateien an. Passen Sie den B-Wert pro Richtung auf 800 Sekunden pro Millimeter quadratisch für die erste Schale, 1, 500 Sekunden pro Millimeter für die zweite Schale und 2 000 Sekunden pro Millimeter quadratisch für die dritte Schale an, öffnen Sie dann den Geometrie-Editor und platzieren Sie das Sichtfeld zwischen dem Bulbus und dem Kleinhirn, das nur das Großhirn enthält, um das Artefakt und die Scanzeit zu reduzieren. Nach Abschluss des Scanprotokolls das Tier vom Scannerbett in einen sauberen Käfig mit einem 37-Grad-Celsius-Heizkissen mit Überwachung bis zur vollen Recumbency übertragen.Für die Diffusions-MRT-Bildverarbeitung laden Sie die Bilder in MRtrix3 und führen Sie Rauschkorrektur und Gibbs-Ringkorrektur auf die diffusionsgewichteten Bilder im Softwareprogramm durch. Konvertieren Sie die korrigierten, diffusionsgewichteten Bilder im T2-Bild in das NIFTI-Format wie angegeben. Um korrekturierte Echo-Planare-Bildgebungs-, Bewegungs- und Wirbelstromverzerrungen durchzuführen, wählen Sie im Plug-In-Menü von ExploreDTI Korrektur für Subjektbewegung EC/EPI-Verzerrungen aus und wählen Sie die vorverarbeitete Diffusionsdatendatei aus.Um die Diffusions-Tensor-Bildgebungsmetriken für jede Ratte zu berechnen, klicken Sie auf Plug-Ins und Exportieren von Material nach NIFTI, wählen Sie dann die parametrischen Karten des Diffusions-Tensor-Bildgebungsmodells aus und exportieren Sie die parametrischen Karten für die Integritätsmodelle Kurtose und White Matter Tract. Um eine Maskendatei für den Hippocampus jeder Ratte zu erstellen, laden Sie das fraktionelle Anisotropiebild der Ratte in den MRtrix-Viewer und klicken Sie auf die Plus-Schaltfläche, um eine neue Interessenregion zu erstellen. Um die Diffusionsmetriken des Hippocampus der Ratte zu extrahieren, importieren Sie die erstellte Maskendatei in die AMIDE-Software und öffnen Sie die parametrischen Karten und das Maskenbild der Ratte.Um den Interessenbereich der Maskendatei in AMIDE hinzuzufügen, wählen Sie das Maskendateibild aus, klicken Sie auf Bearbeiten, Bereich von Interesse hinzufügen und 3D-Isocontour, und geben Sie dem Interessenbereich einen aussagekräftigen Namen. Klicken Sie auf den im Maskenbild angezeigten Bereich und bestätigen Sie, dass dieser Band nur Voxel mit einem Wert von einem enthalten soll. Um die Mittelwerte der Diffusionsmetriken im Hippocampus zu berechnen, klicken Sie auf Extras und Region Of Interest Statistics berechnen, und geben Sie die Bilder und die zu enthaltende Interessenregion an.Nachdem Sie auf Ausführen geklickt haben, wird ein Popupfenster mit den berechneten Werten angezeigt, das für weitere statistische Analysen verwendet werden kann. In diesem repräsentativen Experiment gab es keine Hinweise auf eine Schädelfraktur, wie sie durch CT-Bildgebung beurteilt wurden, und die T2-Bilder zeigten einen Tag nach dem Trauma keine Anomalien an der Kontusionsstelle. Um die Qualität des nicht starren Co-Registrierungsschritts zwischen dem T2-Bild und dem Diffusionsdatensatz zu untersuchen, wurde der farbcodierten fraktionierten Anisotropiekarte eine Überlagerung des T2-Bildes hinzugefügt.Die parametrischen Karten für fraktionierte Anisotropie, mittlere Diffusivität, axiale Diffusivität und radiale Diffusivität könnten dann berechnet werden. Innerhalb des Interessenbereichs konnte auch die Berechnung der Mittelwerte für die axialen, mittleren und radialen Kurtosewerte sowie der Werte für die axonale Wasserfraktion, die axiale und radiale extraaxonale Diffusivität und die Tortuosität der Integrität des weißen Materietraktes durchgeführt werden. In diesem repräsentativen Experiment ergab die Analyse der Diffusions-Tensor-Bildgebungsmetriken einen signifikanten Anstieg der fraktionierten Anisotropiewerte und eine Abnahme der Diffusivitätswerte nach Auswirkungen in der gruppe der leichten traumatischen Hirnverletzungen.Diffusionskurtose-Metriken zeigten auch eine signifikante Abnahme der radialen Kurtose nach dem Aufprall, während keine Veränderungen in der axialen oder mittleren Kurtose beobachtet wurden. Mit Hilfe des Integritätsmodells für den weißen Materietrakt zeigte die radiale extra-axonale Diffusivität eine signifikante Abnahme und die Tortuosität zeigte einen Tag nach dem Aufprall einen signifikanten Anstieg der leichten traumatischen Hirnverletzungsgruppe. Während der Bildanalyse ist es wichtig zu überprüfen, ob das Datenformat von MRtrix ordnungsgemäß konvertiert und in ExploreDTI importiert wurde und ob jeder Korrekturschritt korrekt ausgeführt wurde.Anstelle einer ROI-basierten Analyse kann eine Voxel-by-Voxel-Analyse angewendet werden, um Veränderungen des gesamten Gehirns zu untersuchen. Diese Technik ist im Bereich der Neuroimaging sehr wertvoll und kann auch auf andere Hirnerkrankungen angewendet werden, zum Beispiel Demenz und Multiple Sklerose.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Investigations on Alterations of Hippocampal Circuit Function Following Mild Traumatic Brain Injury

Untersuchungen über Veränderungen der hippokampalen Schaltung Funktion Nach Mild Traumatic Brain Injury

Traumatic Brain Injury (TBI) afflicts more than 1.7 million people in the United States each year and even mild TBI can lead to persistent neurological ...

Forschung

Neurowissenschaften

Effects of Blast-induced Neurotrauma on Pressurized Rodent Middle Cerebral Arteries

Auswirkungen der Explosion-induzierte Neurotrauma auf Druck Nagetier mittlerer Hirnarterien

Though there have been studies on the histopathological and behavioral effects of blast exposure, fewer have been dedicated to blast&#39;s cerebral ...

Investigating Alterations in Caecum Microbiota After Traumatic Brain Injury in Mice

Untersuchung von Veränderungen in Caecum Microbiota nach traumatischen Hirnverletzungen bei Mäusen

Increasing evidence shows that the microbiota-gut-brain axis plays an important role in the pathogenesis of brain diseases. Several studies also ...

Laser-Induced Brain Injury in the Motor Cortex of Rats

Laserinduzierte Hirnverletzung im Motor Cortex von Ratten

A common technique for inducing stroke in experimental rodent models involves the transient (often denoted as MCAO-t) or permanent (designated as MCAO-p) ...

Low-intensity Blast Wave Model for Preclinical Assessment of Closed-head Mild Traumatic Brain Injury in Rodents

Low-Intensity Blast Wave Model for Preclinical Assessment of Closed-Head Mild Traumatic Brain Injury bei Nagetieren

Traumatic brain injury (TBI) is a large-scale public health problem. Mild TBI is the most prevalent form of neurotrauma and accounts for a large number of ...

A Metric Test for Assessing Spatial Working Memory in Adult Rats Following Traumatic Brain Injury

Ein metrischer Test zur Beurteilung des räumlichen Arbeitsgedächtnisses bei erwachsenen Ratten nach traumatischer Hirnverletzung

Impairments to sensory, short-term, and long-term memory are common side effects after traumatic brain injury (TBI). Due to the ethical limitations of ...

Electromagnetic Controlled Closed-Head Model of Mild Traumatic Brain Injury in Mice

Elektromagnetisch gesteuertes Closed-Head-Modell für leichtes Schädel-Hirn-Trauma bei Mäusen

Highly reproducible animal models of traumatic brain injury (TBI), with well-defined pathologies, are needed for testing therapeutic interventions and ...

Assessing Changes in Synaptic Plasticity Using an Awake Closed-Head Injury Model of Mild Traumatic Brain Injury

Beurteilung von Veränderungen in der synaptischen Plastizität unter Verwendung eines wachen geschlossenen Kopfverletzungsmodells für ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a prevalent health issue in North America. There is increasing pressure to utilize ecologically valid models of ...

Validierung der Verletzungsreaktion und Verhaltensbewertungen in einem mTBI-Rattenmodell

Rat Model of Closed-Head Mild Traumatic Injury and its Validation

Autor im Rampenlicht: Förderung der Forschung zu traumatischen Hirnverletzungen - Ein geschlossenes Modell für genaue Replikation und schnelle Bewertung 

Rattenmodell für leichte traumatische Verletzungen mit geschlossenem Kopf und seine Validierung

Animal models are crucial for advancing our understanding of mild traumatic brain injury (mTBI) and guiding clinical research. To achieve meaningful ...