ラット頸部脊髄の拡散イメージング

注：倫理声明：ウィスコンシン医科大学の施設ケアと使用委員会（IACUC）とクレメント·J·ザブロッキーVAメディカルセンターは、すべての手順を承認した。 1.動物の準備および監視医療空気中5％イソフルランを使用して、導入室にラットを麻酔。立ち直り反射が存在せず、圧迫すると後足は引っ込め反射を生成しない、2％に麻酔を削減し、頭から腹臥位でスキャナベッドに動物を転送する。処置を通してノーズコーン装置を介して2％イソフルランを維持し、そして約1 L /分の流速で医療用空気を保つ。麻酔下ながら角膜への損傷を避けるために、ラットの眼への軟膏の潤滑少量を適用する。 ラットの胴体を中心にしっかりと呼吸監視ベルトを置きます。呼吸同期システムにベルトを接続します。スキャナボアにラットを進める前に、CHEC呼吸サイクルが明確で一貫していることを確認するために、呼吸監視用コンピュータk個。必要であれば、このステップは、画像品質のために不可欠であることから、ベルトを調整します。 監視および直腸プローブと暖かい空気加熱システムを介して、37℃で、動物の体温を維持する。 1.2と2％の間で麻酔のレベルを調整することにより、毎分30〜45回の呼吸の間に呼吸数を維持してください。 一口棒でヘッドホルダでラットを置き、スクリューに耳棒（ 図1）、および頸椎がコイルの中心に位置するまで、直交ボリュームコイルに頭をスライドさせます。 注：ラットの肩がコイル状にさらなる進行を妨げることがあります。 ラットを進め、スキャナボア内に所有者を支援する。該当する場合は、コイルのベンダーによって提供される指示に従って、適切な周波数とインピーダンスにチューニングとコイルの整合用コンデンサを調整します。 e_title "> 2。MRIスキャンパラメータ注：ここで説明する手順は、9.4 Tの水平ボア​​小動物システムを使用しますが小動物MRIシステムの他の電界強度にも適用可能である。 反復磁場（シミング）、高周波電源の校正、及び受信機利得の調整の均一性を向上させる、共振周波数を検出するためのMRIシステムの自動化された手順を使用する。 システムのソフトウェアインターフェースを使用して、正確な位置決めを確実にするために、デフォルト3面スカウトスキャンを得る。 「新しいスキャン」をクリックし、tripilotを選択して、画像を取得するための「信号機」をクリックします。 頸椎の​​中心が磁石の中心とMRIコイルの中心の両方と一致することを確認してください。磁石、プッシュ内背骨を中心に、またはクレードルを引っ張ると検証のためのスカウトスキャンを再取得する。 positioを調整するにはMRIコイルに頸椎の相対nは、再配置のための磁石からクレードルを取り外します。必要に応じて位置が一貫した状態になるまで、このプロセスを繰り返す。動物が再配置される場合は、ステップ2.1を繰り返します。 現在の撮像プロトコルに新しいエコープラナー拡散加重スピンエコーシーケンス（DtiEpi）を追加します。 以下を除いてデフォルト設定を使用してDWIシーケンスと拡散強調画像を設定し、取得する： 0.75ミリメートルの厚さで12スライスを処方するスライス位置のグラフィカル·インターフェースを開きます。頸髄の主軸に垂直にスライスを向けます。異なる動物間または内部基準として小脳のベースを使用して、異なる撮像セッション間で一貫性のあるスライスの位置を確認してください。 「ON」に飽和帯を設定します。これらの組織からの信号を最小化するために、脊髄の外側の10mmの厚さの位置4の飽和バンドとアーティファクト（ 図3）を誘導するそれらの可能性を減少させる。 「ON」に呼吸同期（「トリガーモジュール '）を設定します。 注：カスタム呼吸同期パルスシーケンスプログラミングの知識と経験が必要です。これが利用できない場合、この問題を回避するには、すべてのスライスは、動物の呼吸の間に、得られることを確実にするために3-5のスライス数と1秒のTRを低減することである。頸髄の完全なカバレッジを得るために、スライスの他のサブセットとの完全なシーケンスを繰り返します。 ツールボックスのアイコンをクリックし、[OK]をクリックし、「Editメソッドを。」4.変更するには、左から右に位相エンコード方向をEPIセグメントの数を設定します。その他のデフォルト設定は次のようになります。間隔= 0.3234ミリ、EPIセグメントあたりの総エコートレイン長= 32エコー。 注：左右方向に設定ではなく、前方 – 後方位相符号は、他の構造からの動きの汚染を低減する。 以下geometriを使用してくださいCALの設定。マトリックスサイズ= 128×128、及び面内空間分解能= 0.200 xは0.200ミリメートルで生じる面内の視野= 25.6 xは25.6ミリメートル、。スライス厚= 0.75ミリメートルを確認してください。スライス順序= 'インターリーブ'、= 0ミリメートルスライスギャップ。 以下の拡散重み付け設定使用：DW測定モード= 'DWコントラスト'、拡散勾配時間（δ）= 7秒、拡散勾配分離（Δ）= 12ミリ秒、b値の数= 8、所望のb値= 0 、500、750 250 1000、1500、2500、3500ミリメートル/秒2、拡散方向の数= 2、拡散強調方向= [1 0 0] [0 0 1]（面内とされて平行）脊髄軸に直交する。 注：これらの設定により、我々は3500 S / mm 2のような高などのBの値を達成しました。拡散勾配時間（δ）と拡散勾配分離（Δ）は、グラムに依存するので、ハードウェアの仕様およびその他のシステムの性能特性は、b値を制限することができる私たちのシステムにあったradientのパフォーマンス、：（最大勾配強度：440 MT / M、最大スルーレート：3440 T / M / S）。尖度の測定は、2のb値については、少なくとも2000秒/ mm 2と高いb値で、推奨されている。 以下のタイミングの設定を使用してください。エコー時間（TE）が27ミリ秒（0を入力することにより、最小限に設定されている）、繰り返し時間（TR）= 1800ミリ秒=。 準備シーケンスを取得する。上記のパラメータを用いて、総取得時間は約25分である。 すべてのスキャンを通して、呼吸同期ソフトウェアを監視し、買収だけ呼吸サイクルの静止（動かない）部分（ 図中に発生するようにMRIシステムに「トリガ」（有効期限のソフトウェア検出）、信号間の遅延時間を調整する図2（a）、グレーラインの安定した部分）。 100-400ミリ秒の間のトリガ遅延は、動物の呼吸パターンに応じて必要である。これは人工を減らすのに役立ちます呼吸運動（ 図3e）で発生した事実。 利用可能な場合は、カスタム取得時間の追加の25分を必要とする、「ON」に設定されている「ブリップを逆」でシーケンスを繰り返す。 注：（ステップ3の間、感受性アーティファクト補正に必要）カスタム「逆ブリップ'配列9が利用できない場合、単一EPI位相エンコード方向が可能であり、逆にブリップ配列の修飾は、位相エンコード方向の選択（右ことができ、一方、 ）対左または左から右。 撮影が終了すると、ホルダーから動物を削除し、そのケージに戻す。それは胸骨横臥位を維持するのに十分な意識を取り戻したまでは無人の動物を放置しないでください。 3.画像処理直接システムからDICOM形式のシステムからデータをエクスポート（望ましい）またはカスタムまたはTHIRを使用してNIFTI形式にデータを変換するD·パーティのソフトウェア。 感受性アーティファクト補正を行う。 FSLまたは他のMRIのソフトウェアパッケージで提供のユーティリティを使用して、単一のファイルにスキャンからそれぞれB = 0ボリュームを抽出します。各位相エンコード方向に1つのファイルが必要です。 注：各スキャンは、長手方向の拡散重み付けの8スキャン続く横方向の拡散重み付け変化するb値の8スキャンからなった場合、画像ファイルが1 番目にbは0スキャンを含み、 9 番目のボリューム、および抽出し、次のシェルコードで組み立てることができます。 fslroi $ {まで} _dwi_masked.nii.gzのTEMP1 0 1 fslroi $ {まで} _dwi_masked.nii.gzのTEMP2 8 1 fslroiの$ {ダウン} _dwi_masked.nii.gz TEMP3 0 1 fslroiの$ {ダウン} _dwi_masked.nii.gz TEMP4 8 1 fslmerge -t blip_both TEMP1 TEMP2 TEMP3 TEMP4 （ここで、この場合は、最大$と$がダウンして正常にスキャンされ、それぞれ、位相エ​​ンコード方向を逆転で）。 </li> 縮小画像の歪みアーティファクトで補正ファイルを作成するFSL 10,11に「topup 'コマンドを使用します。パラメータマップを作成するために使用される生のDWI画像にこの補正を適用する。 注：コマンドの使用手順で見つけることができますhttp://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide 。この場合、次のようにコマンドを使用するには、サンプルコードは、次のとおりです。 topup –imain = blip_both_nlmf_b0images_masked.nii –datain = .. / topup_data.txt –config =。/ b02b0_ratspine.cnf –out = topup_splines_nlmf –iout = $出–verbose –logout = topuplog.log {最大} dwiup = `1！$ * dwi_nlmFilt.nii` dwidown =は `のLSの$ {ダウン} * dwi_nlmFilt.nii` applytopup –imain = $ {dwiup}、$ {dwidown} –datain = .. / topup_data.txt –method = JAC –inindex = 1、$ IND –topup = topup_splines_nlmf –out = DWI _ $ {から} -v ラットのスピンのために$ {FSLDIR} /etc/flirtsch/b02b0.cnfのデフォルトのファイルをコピーして編集10倍–warpres内の値と–fwhmラインのそれぞれを減らすことによってアルコード。 拡散重み付け画像は、標準的なDTIパラメータマップを計算するために、そのようなFSLの拡散ツール12またはカミノ13として使用するソフトウェアパッケージ（ParavisionでDTIスキームまたは類似のカスタム設計を使用して）、少なくとも6つの非直交方向に沿って取得された場合。そうでない場合、以降のステップ3.4に示されるように、例えば、唯一の2方向に沿って拡散強調を用いた有用な指標を生成するためのカスタム手順を使用。 fslviewにTOPUPが出力した補正後のDWIファイルをロードし、選択して "ファイル – >マスクを作成」メニューから。 1（例えばGM、背側WM、またはWMの腹外側）組織型内の関心領域を描画するために鉛筆ツールを使用してください。このファイルを保存し、後で使用するための任意の他の所望のROIのために繰り返します。 注：脊髄からセグメントのROIに他の手順は、14,15の文書化されている</sアップ>と上級ユーザー向けのが好ましい場合がある。 DWIファイルをマスクし、次のコマンドを使用して、各画像ボリュームのためのROI内の平均信号を算出するために、ROIファイルを使用します。 fslstats -t DWI_corrected.nii.gz -k GM_mask.nii.gz -M 横方向の信号のためのベクターとして、MATLABなどの数値計算プログラムへの最初の8の結果をコピーします（例えば、それsig_Tを呼ぶ）、およびB-の数である8縦信号（SIG_L）、のためのベクターとしての第2の8の結果値が使用。 8 b値のベクトルとして数値計算プログラムで、b値をコピーします。横方向及び縦方向用のb値が同一であった。可能であれば、実効b値ではなく、名目上のb値は、「効果的なB値」としてステップ2.3.5からパラメータウィンドウに表示されているスキャナから得られるべきである。 目にb値データ対信号に合わせて数値計算プログラムのカーブフィッティングツールボックスを使用してくださいeは、コマンドプロンプトでcftoolsを入力して、モデルを希望する。これを行うには、「データを…」をクリックし、XデータとしてY-データとして信号ベクトルとb値を選択します。 「フィッティング…」をクリックして、「フィットの種類」の下の「カスタム式」を選択し、次にフィッティングのための式を入力して「新規」をクリックして、「一般的な方程式」。 標準の拡散モデルに適合させるために、式を入力します。 S0 *のexp（-x * D）」（1） 拡散と2次の項（尖度、K）が含まれ、モデルに合うように、ガウス拡散16からの偏差を測定するために、式を入力します。 S0。* EXP（-x。* D +（1/6）。*（X。* D）。^ 2 * K）」（2） 「適用」「OK」をクリックします。出力ウィンドウに拡散率の推定値（D）を観察し、尖度（K）。セレクタ、sig_T（またはSIG_L）を選択式で使用するためのデータ（1）：「データ·セット」で、または（2）と、「適用」をクリックします。 横方向と縦方向の拡散係数を使用して異方性指数（AI）を計算します。 AI =（D L -D T）/（DのL + D T）（3） これはDTIモデルから計算された異方性比率（FA）に似ています。尖度として異方性指数も拡散率の代わりに、横方向および縦方向の尖度を用いて計算することができる。 この方法は、このモデルから各パラメータのマップを作成するために、脊椎内の各ボクセルに対して曲線フィッティングツールのコマンドライン操作を使用することも可能である等K T、D T、としてモデルパラメータの値を与える注記。代替のフィッティング方法を用いてもよいし、他の場所で詳述されている。17