Denne protokollen tillater karakterisering og bruk av mikrospoler for ultrahøy feltmagnetisk resonansavbildning. MR er et unikt og ikke-invasivt verktøy for å utforske fysiologi, metabolisme og diffusjonsegenskaper av biologisk prøve. Ved hjelp av høy magnetfeltstyrke og mikrospoler tilpasset en prøve av interesse, kan bilder av opptil cellulær oppløsning oppnås.
I denne metoden beskriver vi trinnvis hvordan man fastslår egenskapene til kommersielle eller hjemmebygde mikrokyler for bildebehandlingsapplikasjoner. Vi bruker biologiske prøver mindre enn en millimeter i diameter og et ultrahøyt felt vertikalt nmr spektrometer. Ved hjelp av hjemmebygde mikrokyler kan vi justere størrelsen på radiofrekvensspolen til størrelsen på prøven.
I denne forskningen bruker vi et lite stykke planterot. Dette er nyttig fordi spolefølsomheten er proporsjonal med den avtagende spolediameteren. Vi kan derfor få bilder med et høyere signal-til-støy-forhold for små prøver.
På grunn av den lille størrelsen og den skjøre naturen til disse mikrospolene, er det viktig å etablere noen grunnleggende parametere som for eksempel 90 graders pulslengde og pulskraft, de sikre driftsgrensene, og til slutt for å beregne spolefølsomheten på en måte som kan sammenlignes på tvers av forskjellige NMR-systemer. Den magnete mikrospolen består av en tråd kveilet rundt en kapillær og to kondensatorer: tuning og matchende kondensator. Tuning kondensatoren er valgt for å oppnå ønsket resonansfrekvens på 950 megahertz, mens den matchende kondensatoren har valgt å oppnå maksimal signaloverføring.
Det er en impedans på 50 Ohm. Den større kondensatoren er variabel for å tillate finere justering. Spolen sitter på en bunnplate som er festet til en modifisert stikkontakt.
Eventuelt kan et reservoar for mottakelighet matchende væske tilsettes for å redusere følsomhetseffekter fra spoleledningen. Inn i en klokke glass overføre en milliliter perfluorodecalin, eller PFD, som vil bli brukt til å senke prøven. PFD brukes som det kan fylle luftrom i prøven uten å komme inn biologiske celler.
Det er heller ikke observerbart av proton MR. Dekk umiddelbart PFD med et petriskållokk for å forhindre fordampning før det er nødvendig. Hvis du forbereder en referanseprøve, bruk en kobbersulfatløsning i stedet.
Deretter trekker du forsiktig ut et rotsystem fra vekstsubstratet. Avgift en liten seksjon ved hjelp av en skalpell. For vakuumbehandling, plasser prøven i et Eppendorf-rør som inneholder en fikserende løsning.
Tet deretter røret med en filament og punch hull for å tillate ventilasjon. Utyd prøven for vakuumbehandling. Luftbobler kan sees rømmer prøven.
Mens du ser gjennom et stereomikroskop, bruk pinsett for å senke både prøven og kapillæren i løsningen som er tilberedt tidligere. Sett deretter prøven inn i kapillæren ved hjelp av pinsett mens både kapillær og prøve en helt nedsenket. Bruk en mindre kapillær eller en sprøytepinnespiss som en skyvestang.
Form vevpapir til et fint punkt og bruk det til å fjerne rundt en millimeter væske fra begge ender av kapillæren. Smelt, et lite volum kapillærvoks ved hjelp av en vokspenn. Påfør voks på begge sider.
Voksen vil bli ugjennomsiktig når den stivner. Vær forsiktig med å utelukke luftbobler fra kapillæren. Etterpå skraper du av overflødig voks ved hjelp av en skalpell.
Sett prøven inn i mikrospolen ved hjelp av pinsett, samtidig som mikrospolen holder mikrospolen stødig. Bruk en stang til å sentrere prøven i spolen. Hvis spolen testes for første gang, bruk en kobbersulfatreferanseprøve for effektkalibrering og bestemmelse av SNR og B1-felthomogeniteten.
Denne protokollen er demonstrert på en vertikal boring 22.3 Tesla spektrometer utstyrt med en mikro bildesonde med integrerte gradientspoler, i stand til opptil tre Tesla per meter. Fest mikrospolen til probebasen mens mikrospolen holder seg oppreist. Skyv deretter over trippelaksens gradientspole.
Vri skruegjengen på probebasen for å fikse graderingen på plass. Sett sonden inn i magneten og foreta de nødvendige tilkoblingene. Start en wobble kurve og justere tuning og matching etter behov.
Fra og med en høy spektral feiebredde anbefales. Vær oppmerksom på at flere resonansmoduser kan være til stede. SNR-tester for hver modus kan være nødvendig for å bestemme riktig resonansmodus.
Velg riktig spolekonfigurasjon for mikrospolen. Hvis de sikre grensene for spolene er ukjente, starter du med 10 mikrosekunder med lav pulskraft på 0,6 watt og øker pulslengden langsomt med ett mikrosekund om gangen til et signal vises. Registrer en nøttekurve for en ny spole for å oppnå riktig pulslengde og kraft for 90 graders puls.
For å gjøre dette varierer pulsvarighetet systematisk mens pulsen er konstant. Ved et inhomogent B1-felt kan 90 graders puls estimeres fra lengdene der maksimal signalintensitet oppnås. Bruk en lokalisatorskala med stort synsfelt for å finne spolens posisjon i magneten.
Hvis prøven er nøyaktig midt i graderingssystemet, viser lokaliseringsskanningen eksemplet. Hvis spolen eller prøven er utenfor midten, justerer du lokaliseringsskanningen. Når en omtrentlig pulskraft er funnet ved hjelp av mutterkurven, varierer pulseffektene gradvis for en rekke bilder for å se etter det mest homogene bildet.
For noen spoler med et inhomogenT B1-felt, kan den bestemte 90 graders pulsen overvurderes som fører til overtipping i det ønskede søte stedet i spolen. Køl magnetfeltet manuelt basert på FID-signalet. Avhengig av retningen av mikrokylene shims med forskjellig orientering kan resultere i en sterkere korreksjon av B0 homogenitet.
Deretter må et volum normalisert SNR beregnes. Beregn først voxelvolumet ved å multiplisere X- og Y-oppløsningen ganger skivetykkelsen. SNR beregnes ved å trekke den gjennomsnittlige støyen fra gjennomsnittssignalet og dele det med standardavviket for støyen multiplisert med voxelvolumet.
Gjennomsnittlig signal er hentet fra midten av bildet, mens støysignalet beregnes fra hjørnepatchene. Kjør en ekkosekvens med flere graderinger for å se etter potensielle følsomhetsproblemer på grunn av spoleledningen og selve prøven. For nedsenkede spoler reduseres forskjellen i mottakelighet mellom spoleledningene og miljøet sterkt.
Høyoppløselig bildebehandling kanskje oppnådd med 3D flash eksperimenter. Flere rotfunksjoner kan skilles ut som endodermis, cortex og xylem, som er vanskelige å løse ved hjelp av større spoler. Multislice, multiecho sekvenser kan også brukes til å redusere påvirkning av mottakelighet.
Dette kommer imidlertid på bekostning av redusert følsomhet per tidsenhet. Rotknippene til Medicago-avkortula kan også avbildes ved hjelp av denne protokollen. En isotropisk oppløsning på 31 mikrometer ble oppnådd på fire minutter, mens en isotropisk oppløsning på 16 mikrometer ble oppnådd på 33 minutter.
Dette gjør at ulike fysiologiske aspekter av små rotknipper kan studeres i detalj. For vellykket prøveforberedelse er det viktig å helt senke både prøven og kapillæren i væsken. Dette forhindrer dannelsen av luftbobler som negativt påvirker bildekvaliteten.
Fordi MR-avbildning ikke er ødeleggende, kan vi fjerne den biologiske prøven etter MR-skanningen og bruke den til videre studier ved hjelp av for eksempel optisk mikroskopi. Etter å ha sett denne videoen bør du ha en grunnleggende forståelse av mikrospole karakterisering og drift for bildebehandling applikasjoner. Dette kan brukes på et bredt utvalg av biologiske prøver.