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Neuroscience

Ein Magnet-Resonanz-Tomographie-Protokoll für Schlaganfall auftreten Zeit Schätzung in ständigen zerebraler Ischämie

Published: September 16, 2017
doi:
10.3791/55277
, , , ,
1School of Experimental Psychology and Clinical Research and Imaging Center Bristol,University of Bristol, 2Department of Neurobiology, A.I. Virtanen Institute,University of Eastern Finland

Summary

Ein Protokoll für Schlaganfall auftreten Zeit Schätzung in einem Rattenmodell des Schlaganfalls Nutzung quantitativer Magnetresonanz-Bildgebung (qMRI) Parameter wird beschrieben. Das Verfahren nutzt Diffusion MRI zur Abgrenzung von akuten Schlaganfall-Läsion und quantitative T1 und T2 (qT1 und qT2) Relaxationszeiten für Timing der Schlaganfall.

Abstract

MRI ist ein sensitiver und spezifischer imaging-Tool um akuten ischämischen Schlaganfall durch eine geringere Diffusionskoeffizienten des Gehirns Wassers zu erkennen. In einem Rattenmodell des ischämischen Schlaganfalls erhöhen Unterschiede in den quantitativen T1 und T2 MRT Relaxationszeiten (qT1 und qT2) zwischen der ischämischen Läsion (abgegrenzt durch geringe Diffusion) und der kontralateralen Hemisphäre nicht ischämischen mit der Zeit von Schlaganfall auftreten. Die Zeitabhängigkeit der MRI Relaxationszeit Unterschiede heuristisch durch eine lineare Funktion beschrieben wird und bietet somit eine einfache Schätzung der Hubzeit auftreten. Darüber hinaus erhöht die Volumen der abnormen qT1 und qT2 in der ischämischen Läsion linear mit der Zeit bietet eine ergänzende Methode für Schlaganfall-Timing. Eine (halb-) automatisierte Computer Routine basierend auf die quantifizierten Diffusion Koeffizient wird präsentiert, um akuten ischämischen Schlaganfall Gewebe in Ratte Ischämie abzugrenzen. Diese Routine bestimmt auch hemisphärische Unterschiede in qT1 und qT2 Relaxationszeiten und der Lage und Umfang der abnormen qT1 und qT2 Voxel innerhalb der Läsion. Unsicherheiten verbunden mit Beginn Zeitschätzungen qT1 und qT-2 MRT-Daten variieren von ± 25 min ± 47 min für die ersten 5 Stunden Takt. Der genaue Beginn Zeitschätzungen können durch Quantifizierung der Volumen von überlappenden abnorme qT1 und qT2 Läsion Bände gewonnen, genannt “Vüberlappen” (± 25 min) oder durch Quantifizierung hemisphärische Unterschiede in qT2 Relaxationszeiten nur (± 28 min.). Alles in allem übertreffen qT2 abgeleiteten Parameter von qT1. Das aktuelle MRT-Protokoll ist in der hyperakute Phase eines permanenten fokale Ischämie-Modells getestet, die auf transiente fokale Gehirn Ischämie nicht anwendbar sind.

Introduction

Gehirngewebe ist besonders anfällig für Ischämie wegen der hohen Abhängigkeit von der Oxidative Phosphorylierung ATP-Synthese und begrenzten Energiereserven. Ischämie führt zu subtilen zeitabhängige Ionischen Veränderungen im intrazellulären und extrazellulären Raum, die zur Umverteilung des Gehirns Wasserbecken, Freisetzung von Neurotransmittern Excitotoxic und letztlich Einleitung der destruktive Prozesse 1führen. Breitet sich in fokale Ischämie Gewebeschäden über den ursprünglichen Kern, wenn die Durchblutung nicht innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens 2wiederhergestellt wird. Der Zeitpunkt des Auftretens der Schlaganfall ist derzeit eines der wichtigsten Kriterien bei klinischen Entscheidungen für die Pharmakotherapie des ischämischen Schlaganfalls, einschließlich Rekanalisation von thrombolytischen Agenten 3. Infolgedessen sind viele Patienten automatisch nicht für thrombolytischen Therapie aufgrund unbekannter Symptom auftreten, aufgrund der Schlaganfall auftritt während des Schlafes (“Wake-Up-Stroke’), Mangel an Zeugen oder nicht bewusst Symptome 4,5. Ein Verfahren, das bestimmt, der Zeitpunkt des Auftretens der Schlaganfall ist deshalb erforderlich, damit solche Patienten für Thrombolyse berücksichtigt werden können.

MRI Sonden Wasser in Vivo. Dynamik von denen sind durch akuten ischämischen Energie Störung 6stark gestört. Die Diffusion von Wasser durch (thermische) Translationsbewegung von Wassermolekülen geregelt wird vor allem in den frühen Momenten der Ischämie aufgrund der Energie-Ausfall- 7reduziert. Dies führt wiederum zu anoxischen Depolarisation von Nervenzellen 8. Diffusion MRT (DWI) ist eine Goldwährung diagnostische bildgebende Modalität für akuten Schlaganfall 9geworden. Das DWI-Signal steigt auf Ischämie ermöglicht ischämischen Gewebe identifiziert werden aber zeigt Zeitabhängigkeit während der ersten Stunden des ischämischen Schlaganfalls 10. Ebenso quantitative Maßnahmen der Wasser-Diffusion wie den scheinbaren Diffusionskoeffizienten (ADC) oder die Spur der Diffusion Tensor (DAv) ischämische Gewebe rapide Rückgang, aber keine Beziehung mit der Zeit von Schlaganfall auftreten in tierischen Schlaganfall zeigen Modelle 10 und Patienten 11.

Quantitative MRT (qMRI)-Entspannung-Parameter, qT1, qT2 und qT1ρ, unterliegen Drehbewegung und den Austausch von Wasser-Wasserstoff-Atomen und zeigen komplexe zeitabhängige Veränderungen im Gehirn Parenchym folgenden ischämischen Energie-Ausfall- 6. Zeitabhängige Änderungen aktiviert Beginn der Hubzeit Patienten 12 und Tiermodellen der Ischämie 13,14,15geschätzt werden. In Ratte fokale Schlaganfall qT1ρ fast augenblicklich nach Ischämie auftreten erhöht und weiterhin linear für mindestens 6 Stunden 13,14. qT1 Relaxationszeiten erhöhen auch in einer zeitabhängigen Mode im ischämischen Gehirngewebe, durch zwei Zeitkonstanten bezeichnen kann: eine schnelle Anfangsphase gefolgt von einem langsamen Phase dauert Stunden 8,16. Wegen dieser biphasischen Anstieg kann die Verwendung von qT1 Takt Timing qT1ρ MRI 15komplizierter sein. qT2 Relaxationszeiten zeigen auch eine Bi-phasisch Veränderung in Ratte fokale Schlaganfall, wobei es eine erste innerhalb der ersten Stunde Verkürzung ist gefolgt von einem linearen Anstieg mit der Zeit 13. Die erste Verkürzung kann durch zwei parallel laufenden Faktoren erklärt werden: (i) der Aufbau von deoxyhemoglobin resultierende in der so genannten “negativen Blut Sauerstoffversorgung Level abhängigen Effekt” und (Ii), die Verschiebung des extrazellulären Wassers in der intrazellulären Raum 17,18. Die zeitabhängige Zunahme qT2 ist wahrscheinlich durch zytotoxische und/oder Vasogenic Ödem mit folgenden Aufschlüsselung der intrazellulären makromolekulare Strukturen 18. QT1ρ und qT-2 -Daten liefern genaue Schätzungen der Hubzeit Ausbruch in präklinischen Modellen 14. qT2 12 und T2-gewichteten Signal Intensitäten 19,20 auch für Schlaganfall auftreten Zeit Schätzung in den klinischen Einstellungen ausgebeutet worden.

Neben den hemisphärischen unterschieden in quantitative Relaxationszeiten kann die räumliche Verteilung der erhöhten Relaxationszeiten innerhalb der ischämischen Region auch als Surrogate für Schlaganfall Beginn pünktlich 14dienen. In Ratte-Modelle von Schlaganfall, Regionen mit erhöhten qT1ρ, qT2 und qT1 Relaxationszeiten zunächst kleiner sind als die Diffusion ischämischen Läsion definiert, aber mit Zeit 14,15erhöhen, 21. Quantifizierung der räumlichen Verteilung der erhöhten Relaxationszeiten als Prozentsatz der Größe der ischämischen Läsion ermöglicht auch Beginn der Hubzeit schätzungsweise 14,15sein. Hier beschreiben wir das Protokoll zur Beginn der Hubzeit in einem Rattenmodell des Schlaganfalls mit qMRI Parameter zu bestimmen.

Protocol

Tiere Verfahren nach den Richtlinien der Europäischen Gemeinschaft Rat 86/609/EWG Richtlinien durchgeführt und durch die Animal Care and Use Committee der Universität Ostfinnland, Kuopio, Finnland genehmigt wurden. 1. Tier Modell Anesthetize männliche Wistar Ratten mit einem Gewicht von 300-400 g mit Isofluran N 2/o 2 Flow (70 % / 30 %) durch eine Gesichtsmaske für die Dauer des Betriebs und MRI-Experimente. Anästhesie in belüfteten Haube zu induzieren. Isofluran Ebenen zwischen 1,5 und 2,4 % zu erhalten. Monitor Tiefe der Narkose während der MRT von Atemfrequenz über einen pneumatischen Kissen unter dem Rumpf. Fehlende Reaktion auf Reflex kneifen wird als ein Zeichen von ausreichender Tiefe für chirurgische Anästhesie übernommen. Verwendung Isofluran Schnitzeljagd mit einem Magneten verbunden trug. Perform permanent mittlere zerebrale Arterie Okklusion (MCAO), fokalen ischämischen Schlaganfall zu induzieren. Verwenden Sie das Intraluminal-Thread-Modell für MCAO und führen Sie den Betrieb nach den Methoden von Longa Et Al. gegeben 22. verlassen den verschließenden Thread (Silikon-PTFE-temperierten Monofil-Filament, Durchmesser 0,22 mm) im Ort für die Dauer des Experiments MRI. Arteriellen Blutgase und pH mit einer Blut-Analyzer zu analysieren. Bei MRI Monitor die Atemfrequenz mit einem pneumatischen Kissen unter den Torso und die rektale Temperatur mit einer rektalen Temperatur monitoring-System gestellt. Pflegen eine Kerntemperatur in der Nähe von 37 ° C mit einem Heizkissen unter dem Rumpf Wasser. Sofort nach MCAO, sichere die Ratte in eine Docking-Station in der Mitte des Magneten trug mit einer Ratte Kopf Halter. 2 mL Kochsalzlösung intraperitoneal zu injizieren, bevor trug die Ratten in den Magneten übertragen. 2. MRI erwerben MRT-Daten mit Hilfe einer 9.4T / 31 cm (mit 12 cm Steigung Insert) horizontale Magnet eine Schnittstelle zu einer Konsole ausgestattet mit einem aktiv entkoppelten lineare Band Sender und Quadratur Empfänger Spulenpaar. Scannen jede Ratte für bis zu 5 h nach MCAO. Im Stundentakt (60, 120, 180, 240 min Post MCAO), erwerben 12 deckungsgleich abgetastet (Slice-Abstand von 0,5 mm, Scheibendicke = 1 mm, Gesichtsfeld = 2,56 x 2,56 cm) koronalen Scheiben die Spur der Diffusion Tensor (2.2.1), Carr-Purcell-Meiboom-Gill T 2 ( 2.2.2.) und schnell niedrigen Winkel Schuss T 1 (2.2.3.). Erhalten die Spur der Diffusion Tensor Bilder (D Av = 1/3 Spur [D]) mit drei bipolare Steigungen entlang jeder Achse (die Dauer des Verlaufs Diffusion = 5 ms, die Diffusionszeit = 15 ms) und drei b-Werte (0, 400 und 1400 s/mm-2 s), wo, Δ = 15 ms, ∂ = 5 ms, echo der Zeit (TE) = 36 ms Wiederholzeit (TR) = 4000 ms und Erfassungszeit = 7,36 min. Erhalten die Carr-Purcell-Meiboom-Gill T-2-Sequenz mit 12 Echos für T 2 Quantifizierung, wo Echo-Abstand = 10 ms, TR = 2000 ms und Erfassungszeit = 4,20 min. Erhalten die schnell niedrigen Winkel Schuss (FLASH) für T 1, wo die Umkehrung mit der ersten Flash-Sequenz (T 10) beträgt 7,58 ms mit 600 ms Schritten von 10 Inversionen bis zu 5407,58 ms, TR = 5,5 ms, Zeit zwischen den Pulsen Inversion (T entspannen ) = 10 s und Erwerb Zeit = 8,20 min. 3. Bildverarbeitung Berechnung der Relaxometrie und ADC zuordnet: berechnen qT 2, qT 1 und ADC-Karten mit Matlab-Funktionen zur Verfügung gestellt auf Universität von Bristol Website [DOI:10.5523/bris.1bjytiabmtwqx2kodgbzkwso0k] die Eingabe ist ein Dateipfad zum Speicherort der MRI-Daten. Für T-2-Daten gelten Hamming Filterung im k-Raum vor dem Umbau von Bildern (oder in Bild-Domäne durch Faltung, mit entsprechenden Ergebnissen, aber rechnerisch weniger effizient). Berechnen, qT 2 Karten, indem man den Logarithmus der jede Zeitreihe und lösen auf ein Voxel-Weise Grundlage von linearen kleinste-Quadrate (eine Bi-exponentielle Anpassung kann auch durchgeführt werden, um T 2 zerfällt, aber die Voxel-Weise F-Tests Tests ergaben, dass Voxel innerhalb des Bildes für die zusätzliche Parameter nicht zu rechtfertigen). Für T 1 Daten gelten Hamming Filterung im k-Raum vor dem Umbau von Bildern. Führen Sie T 1 Montage nach Methoden in Referenz 23 gegeben. Zur Bewältigung des Problems der unbekannten Zeichen (durch den Einsatz von Größe Bilder), der niedrigsten Intensität Punkt kann entweder ausgeschlossen oder im Zuge der Montage mit ähnlichen Ergebnissen geschätzt. Für diffusionsgewichtete Daten gelten Hamming Filtern nach Faltung im Bild Bereich (Dies ist einfacher durch die segmentierte k-Space-Flugbahn). ADC-Karten passen, nach der Methode 13. Identifizierung von ischämischen Gewebe ischämischen Gewebe auf Gegenseitigkeit D Av Bilder (1/D Av) zu identifizieren, wie dies deutlicher Kontrast zur Läsion Identifikation bietet. Um ischämische Mengen von Interesse (VOI) generieren, definieren Sie ischämischen Gewebe als Voxel mit Werten eine mittlere absolute Abweichung oberhalb der Medianwert der gesamten Gehirn 1/D Av Distribution. Ermittlung homologe Regionen in der nicht-ischämischen Hemisphäre, reflektieren Sie die ischämische VOI um die Hochachse. Manuell anpassen nicht ischämischen VOIs um zu vermeiden, einschließlich Voxel enthält Liquor cerebrospinalis. Um das Verhältnis von qT 1 und qT 2 mit der Zeit jede Ratte MCAO, Feldpost und Zeit-Punkt, der ischämischen und nicht-ischämischen VOIs auf qT 1 und qT 2 Karten zu laden. Mittlere Relaxationszeiten zu extrahieren und die prozentuale Differenz in qT 1 und qT 2 zwischen Hemisphären (ΔT 1 und ΔT 2) unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnen: Gleichung wo T X ist die gewählten Parameter, qT 1 oder qT-2. bezieht sich auf die mittlere Relaxationszeit von ischämischen VOI und die mittlere Relaxationszeit in der nicht-ischämischen VOI. Die nicht-ischämischen VOI sollte verwendet werden, so dass jede Ratte als seine eigene Kontrolle dient. Mit den folgenden Kriterien Voxel mit erhöhten qT 1 und qT 2 bestimmt werden: jedes Voxel innerhalb der ischämischen VOI mit Relaxationszeiten überschreiten die mittlere Relaxationszeit der qT 1 oder qT-2-Verteilung in der nicht-ischämische VOI um mehr als ein halber Breite Hälfte-Maximum (HWMH). Diese Kriterien bedeuten Relaxationszeiten muss in 95 Perzentil oder höher einzustufen als ' hohe '. Die mittlere Relaxationszeit von nicht-ischämischen VOI ermöglicht jede Ratte als seine eigene Kontrolle dienen. , Die räumliche Verteilung der Relaxationszeit Änderungen innerhalb der Regionen der verminderte Diffusion Bild identifizieren und Farbe Code Voxel mit erhöhten qT 1 oder qT 2 sowie Voxel mit beiden erhöhten qT 1 und qT 2 bezeichnet ' qT 1 und qT 2 überschneiden '. Bestimmen die Größe der Läsion nach qT 1 und qT 2, Berechnung die Parameter f (wie von Ritter Et Al. eingeführt 18) von MRT-Daten für jede Ratte und Zeit-Punkt erworben. f 1 und f 2 transpat die Anzahl der Voxel mit hohen qT 1 oder qT 2 (beziehungsweise) als Prozentsatz der Größe der ischämischen VOI. Verwendung der folgenden Gleichung zur Berechnung von f 1 und f 2: wo bezieht sich auf Die Relaxationszeit (qT 1 oder qT-2), bezieht sich auf die Anzahl der ' hohe ' Relaxationszeit Voxel in der ischämischen VOI ist die Anzahl der ' niedrig ' Relaxationszeit Voxel in der ischämischen VOI und , die Gesamtzahl der Voxel innerhalb die ischämische VOI. Kriterien für die Identifizierung Voxel mit erhöhten qT 1 und qT-2 sind in Abschnitt 3.2.3 beschrieben. ' Low ' Voxel sind Voxel mit Entspannung Mal weniger als die mediane qT 1 oder qT 2 von nicht-ischämischen VOI durch eine HWHM. Die Subtraktion des ermöglicht die Abnahme der Relaxationszeiten durch Ischämie oder andere Pathologien 17. bestimmen das Ausmaß der ' qT 1 und qT 2 überlappen sich ' durch die Berechnung des Volumens von überlappenden erhöhten qT 1 und qT 2 als Prozentsatz des gesamten Gehirns Bände, hiermit im Sinne als ' V überschneiden sich '. Verwenden Sie die folgende Gleichung: wo bezieht sich auf die Anzahl der Voxel innerhalb der ischämischen VOI mit beiden ' hohe ' qT 1 und ' hohe ' qT 2 und gibt die Gesamtzahl der Voxel in der gesamten Rattengehirn. Bestimmen Sie die Anzahl der Voxel in der Rattengehirn indem Sie manuell eine VOI um das ganze Gehirn auf qT 2 Relaxometrie Karten. 4. Überprüfung der ischämischen Läsion mit Triphenyletrazolium Chlorid (TTC) unmittelbar nach der Enthauptung, sorgfältig extrahieren die Rattengehirn aus dem Schädel. Führen Sie dieses Verfahren innerhalb von 10 min ab dem Zeitpunkt die Ratte wurde enthauptet. Store Gehirne in gekühlten 0,01 M Phosphat gepufferte Kochsalzlösung (PBS) vor der Verwendung einer Ratte Gehirn Schneidemaschine Matrix des Gehirns in serielle 1 mm dicken koronalen Scheiben Abschnitt. Nach dem Schneiden, brüten jedes Gehirn-Scheibe in 20 mL PBS mit TTC bei 37 ° C für 30 min in der Dunkelheit, wie in 24 empfohlen. Obwohl TTC-Konzentration von 1 % akzeptabel ist, verwenden Sie 0,5 % für verbesserten Kontrast. Decken die Container der Abschnitte in Folie zu dunkel halten. Nach der Inkubation die TTC-Lösung mit einer Pipette entfernen und waschen Scheiben in drei Änderungen des PBS. Scheiben mit einem standard Lichtmikroskop und eine digitale Kamera sofort fotografieren. 5. Statistische Analyse statistische Analysen mit Matlab und Statistiksoftware. Perform Pearson bestimmen das Verhältnis von MR-Parameter mit der Zeit ' s Korrelationen auf gepoolten Ratte Daten bestimmen, die Beziehung des ΔT 1, ΔT 2, f 1 und f 2 und V Überschneiden sich mit der Zeit Post MCAO. Für Parameter, die eine signifikante lineare Beziehung zeigen (p < 0,05), führen Sie linearen zumindest quadratische Regression um festzustellen, ob der Hubzeit Ausbruch vorhergesagt werden kann, durch Quantifizierung des Parameters von Interesse. Den Root-Mean-Square-Fehler (RMSE) verwenden, um die Richtigkeit der Beginn Zeitschätzungen beurteilen. Quantifizierung der Größe der Läsion Läsion Größen nach verschiedenen qMRI Parametern zu vergleichen, One-Way-Verhalten im Zusammenhang mit ANOVAs und Fisher ' s wenigsten signifikanten Unterschied Post-hoc-auf die durchschnittliche Anzahl der Voxel in die ischämische VOI und die durchschnittliche Anzahl der Voxel mit hohen qT 1 und qT-2. Unterschiede werden als signifikant p < 0,05. Sphärizität Annahmen nicht pro Mauchly erfüllt ' s Sphärizität Test, korrekte Freiheitsgrade und Bedeutung Werte nach Greenhouse-Geisser Schätzungen.

Representative Results

Über Ratten die Blut-Gas-Profile wurden wie folgt: SO2 95,8 ± 3,2 %, PeineCO2 51,6 ± 2,9 MmHg und pH 7.30 Uhr ± 0,04. Typische DAv, qT2 und qT1 Bilder aus einer zentralen Scheibe einer repräsentativen Ratte bei 4 Mal Punkte Post MCAO werden in den ersten 3 Abbildung 1a-Panels angezeigt. Bilder in den anderen Bereichen von Abbildung 1 zeigen die automatisch erkannte ischämische Läsion in rot und Regionen innerhalb der ischämischen Läsion mit erhöhten qT1, qT2 und Regionen mit Vüberlappen werden grün angezeigt. Bis zu 2 h Post-MCAO, Regionen mit hohen qT1 in der ischämischen Läsion waren deutlich größer als hohe qT2 (p < 0,01), aber mit der Zeit (Abbildung 1) konvergierten. Die ischämische Läsion durch DAv war auch größer als Regionen der hohen qT1 (p < 0,05) und qT-2 (p < 0,05) in den ersten zwei Stunden. Die Zeitabhängigkeit der qMRI Parameter sind in Abbildung 2dargestellt. Alle qMRI Parameter wurden signifikante Prädiktoren der Zeit Post MCAO (ΔT1: R2 = 0,71, ΔT2: R2 = 0,75, f1: R2 = 0,53, f2: R2 = 0,82, V Überlappung: R2 = 0,87). Basierend auf den RMSE für jeden Parameter, zugeordnete Unsicherheiten Schätzungen der Zeit da Schlaganfall auftreten waren ± 37 min für ΔT1, ± 28 min. für ΔT2, ± 47 min für f1und ±34 min für f2±25 min Vüberlappen. So gab die Vüberlappen die genaueste Schätzung der Zeit seit Schlaganfall auftreten. TTC Färbung der Gehirne Proben um 6 h nach MCAO ischämische Schädigung überwiegend in die graue Substanz (Abbildung 1-d) überprüft. Abbildung 1: Änderungen im qMRI Parameter aufgrund von ischämischen Schlaganfall in einer Beispiel-Ratte. (ein) zeigt Beispiel qMRI Bilder über einen Zeitraum von 4 h der Ischämie. Die ersten vier Spalten zeigen DAv Karten, qT2 Karten, qT1 Karten und T2 gewichtet bzw. Bilder. Verbleibende Spalten zeigen, dass die D-Av Karten mit verschiedenen Darstellungen der automatisch segmentierten Läsionen. Die automatisch erkannte DAv Läsion ist in Spalte 5 in rot angezeigt. In Spalte 6 die D zeigt rot mit VoxelnAv Läsion mit hohen qT2 in grüner Schrift angezeigt. In Spalte 7 die D zeigtAv Läsion rot mit hohen qT1 Voxel in grüner Schrift angezeigt. In Spalte 8 zeigt die D-Av -Läsion in rot mit Voxel mit erhöhten qT1 und qT2 (Vüberlappen) in grüner Schrift angezeigt. (b) zeigt die Verteilung der qT-2 in der D-Av -Läsion als Funktion der Zeit Post MCAO sowie die nicht-Läsion qT2 Verteilung zum Zeitpunkt Null. (c) zeigt die entsprechende qT1 -Distributionen, die angrenzenden Legende Bezug auf beide Platten (b) und (c). (d) zeigt eine TTC-gefärbten Gehirn-Scheibe, nachdem das Tier 6 h Post-MCAO geopfert wurde. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur. Abbildung 2: die Beziehungen zwischen Post-MCAO und qMRI Parameter für das Timing der Ischämie. (ein) zeigt f1, (b) die f2, (c), Vüberlappen, (d), ΔT1 und (e), ΔT2. Am besten passen für jeden Parameter (durchgezogene rote Linie) und RMSE Bars (durchgezogene schwarze Linien) dargestellt. Gepunktete Linien repräsentieren jeweils die individuellen 5 Ratten MCAO unterzogen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Discussion

Das aktuelle Protokoll zur Abschätzung der Hubzeit Beginn bei Ratten verwendet quantitative Diffusion und Relaxationszeit MRI Daten anstatt Signal Intensitäten der jeweiligen gewichteten Herr Kontrast Bilder19. Den letzten Beweise deuten auf minderwertige Leistung Bild Intensitäten bei der Abschätzung der Schlaganfall auftreten Mal 14,25. In der “Diffusion-positiv” Schlaganfall-Läsion bietet unser MRT-Protokoll Schlaganfall auftreten Zeiten von qT1 und qT-2 MRT-Daten mit einer Genauigkeit von einer halben Stunde oder so. Es ist ein allgemeiner Trend, dass qT-2 -Daten, die von qT1übertrifft. Die beste Genauigkeit für Beginn Zeitbestimmung ergibt sich aus der Menge der überlappenden erhöhten qT1 und qT2 (Vüberlappen).

Die Bilder in Abbildung 1 zeigen, dass während der reduzierten Diffusionskoeffizienten vielmehr scheint eine einheitliche, Regionen mit abnormen qT1 und qT2 sind heterogen in der ischämischen Läsion verstreut. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit früheren Beobachtungen und ist wahrscheinlich auf unterschiedliche Empfindlichkeiten an diesen Parametern qMRI pathophysiologischen Veränderungen durch Ischämie 6. Dies legt nahe, qMRI Parameter Gewebe Status und unterstützt Begriffe informativ sein können, dass DWI ischämische Schaden 26over schätzt. In der Tat definiert den letzten präklinischen Beweise deuten auf die Heterogenität der ischämischen Schäden innerhalb von Diffusion Läsionen 27. So informiert die Kombination von Diffusion, qT1 und qT2 potenziell über Schlaganfall auftreten Zeit und Gewebe Status, beide klinisch nützlich für Behandlungsentscheidungen bei Patienten mit unbekannten einsetzen sind.

Vüberlappen und f2 gab die genauesten Schätzungen der Hubzeit auftreten. Der Vorteil der Quantifizierung Relaxationszeiten ist, dass anders als Signalintensitäten sie unempfindlich gegen inhärente Varianten durch technische Faktoren wie Magnetfeld-Inhomogenitäten und Proton Dichte 6 sind, einschließlich der erwarteten Magnetfeld verursacht Variation innerhalb der ischämischen Läsion 18. Reduzierte Unsicherheit bei Beginn Zeit sind Schätzungen von qT1 und f1 wahrscheinlich wegen der oben genannten Bi-phasisch auf qT1 Ischämie, trägt zum flachen Hang des zeitabhängigen qT1 8,15,16zu ändern. MRT-Daten gezeigt (Abbildung 2) sind gemäß den vorherigen Werke 13,14, in dieser Zeit Kurse der Relaxationszeit, die Unterschiede zwischen ischämischen und kontralateralen nicht-ischämische Gehirn ausreichend sind durch lineare Funktionen beschrieben. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Untermauerung hydrodynamischen Änderungen durch Ischämie nicht linear 1,18.

Der aktuelle MRT-Protokoll für die Hubzeit zeigt sich in Ratten permanente Ischämie mit der Longa Et Al. Verfahren 22ausgesetzt. Nach unserer Erfahrung die Longa Et Al. Prozedur fehlschlägt induzieren MCAO in 10-20 % von Ratten, jedoch können als ADC verwendet wird, um die Anwesenheit der Ischämie, überprüfen die Experimente vorzeitig gekündigt werden. Fehler MCAO induzieren ist oft aufgrund von unvollkommenen Occluder Thread. Ein weiterer Faktor, was zu experimentellen Fehler ist, dass MCAO eine schwere Verfahren verursacht Tod von bis zu 20 % von Ratten während einer längeren MRI-Sitzung.

Der Schlaganfall auftreten Timing Protokoll gilt nur für permanente Ischämie. In Ratte fokale Ischämie mit Reperfusion wird die Beziehung zwischen DAv und qT1 oder qT2 distanzieren, da DAv erholt, aber kann nicht für qT1 und qT2 je nach Dauer der Ischämie vor Reperfusion 8,28. Darüber hinaus ist die Entwicklung eines ischämischen Schadens wahrscheinlich mehr variabel in der Schlaganfall-Patienten aufgrund der individuell unterschiedlichen Faktoren, die die Mikrozirkulation wie Alter und Komorbiditäten (z.B.Diabetes, Bluthochdruck, Herz-Kreislauferkrankungen). Diese Faktoren beeinflussen unweigerlich die Zeitabhängigkeit der f1, f2 und Vüberschneiden sich in menschlichen Zügen und erfordert daher Untersuchung in klinischen Umgebungen.

Abschließend möchte ich sagen, geben Sie qMRI Parameter Schätzungen der Hubzeit auftreten. Vüberlappen und f2 bieten die genauesten Schätzungen und möglicherweise auch informative Gewebe Status. qMRI könnte daher klinisch vorteilhaft im Hinblick auf die Beihilfe Behandlungsentscheidungen für Patienten mit unbekannten Beginn Zeit. Ein Thema hier zu berücksichtigen ist, dass das Grauen, weißen Substanz Verhältnis im Rattengehirn viel höher als beim Menschen ist und Hydrodynamik in diesen Gehirn Gewebearten 18 variieren. Dennoch weitere Untersuchung über die Zeitabhängigkeit der f2, Vüberlappen und qT2 in hyper akuten Schlaganfall-Patienten gerechtfertigt ist.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

BLM ist eine Empfänger von EPSRC PhD Zugehörigkeit und erhalten ein Reisestipendium zur Universität Ostfinnland von der School of Experimental Psychology, University of Bristol. MJK ist von Elizabeth Blackwell Instituts und des Wellcome Trust internationale strategische Unterstützung Fonds finanziert [ISSF2: 105612/Z/14/Z]. KTJ und OHJG werden von der Academy of Finland, UEF-Brain strategische Finanzierung von Universität Ostfinnland und Biozentrum Finnland finanziert. Die Arbeit wurde von der Dunhill Medical Trust [Grant-Nummer R385/1114] unterstützt.

Materials

Magnetic Field Strength Operation Frequency
MRI scanner Agilent, Santa Clara, CA, USA 9.4T 400.13 MHz
Linear volume transmit RF-coil RAPID Biomedical, Rimpar, Germany – 400.13MHz
Actively decoupled receive coil RAPID Biomedical, Rimpar, Germany – 400.13MHz
Rat head holder RAPID Biomedical, Rimpar, Germany
i-Stat handheld blood-gas analyzer i-Stat Co, East Windsor, NJ, USA
Pneumatic pillow breathing rate monitor SA Instruments Inc, Stony Brook, NY, USA
Rodent rectal temperarure moniring device SA Instruments Inc, Stony Brook, NY, USA
Name Company
Chemicals
Isoflurane: Attane Vet 1000mg/g Piramal Healthcare UK Ltd, Northumberland, UK
2,3,5-Triphenyltetrazolium cholide=TTC Sigma-Aldrich, Gillinham, Dorset, UK
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References

  1. Siesjö, B. K. Mechanisms of ischemic brain damage. Crit. Care Med. 16, 954-963 (1988).
  2. Astrup, J., Siesjö, B. K., Symon, L. Thresholds in cerebral ischemia: the ischemic penumbra. Stroke. 12, 723-725 (1981).
  3. Hacke, W., et al. Association of outcome with early stroke treatment: pooled analysis of ATLANTIS, ECASS, and NINDS rt-PA stroke trials. Lancet. 363, 768-774 (2004).
  4. Rudd, A. G., et al. Stroke thrombolysis in England, Wales and Northern Ireland: how much do we do and how much do we need?. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 82, 14-19 (2011).
  5. George, M. G., et al. Paul Coverdell National Acute Stroke Registry Surveillance – four states, 2005-2007. MMWR Surveill Summ. 58, 1-23 (2009).
  6. Kauppinen, R. A. Multiparametric magnetic resonance imaging of acute experimental brain ischemia. Prog NMR Spectr. 80, 12-25 (2014).
  7. Moseley, M. E., et al. Early detection of regional cerebral ischemia in cats: comparison of diffusion and T2-weighted MRI and spectroscopy. Magn Reson Med. 14, 330-346 (1990).
  8. Kettunen, M. I., et al. Interrelations of T(1) and diffusion of water in acute cerebral ischemia of the rat. Magn Reson Med. 44, 833-839 (2000).
  9. Wintermark, M., et al. Acute stroke imaging research roadmap. Stroke. 39, 1621-1628 (2008).
  10. Knight, R. A., Dereski, M. O., Helpern, J. A., Ordidge, R. J., Chopp, M. Magnetic resonance imaging assessment of evolving focal cerebral ischemia. Comparison with histopathology in rats. Stroke. 25, 1252-1261 (1994).
  11. Madai, V. I., et al. DWI intensity values predict FLAIR lesions in acute ischemic stroke. PLoS One. 9, e92295 (2014).
  12. Siemonsen, S., et al. Quantitative T2 values predict time from symptom onset in acute stroke patients. Stroke. 40, 1612-1616 (2009).
  13. Jokivarsi, K. T., et al. Estimation of the onset time of cerebral ischemia using T1 and T2 MRI in rats. Stroke. 41, 2335-2340 (2010).
  14. Rogers, H. J., et al. Timing the ischemic stroke by 1H-MRI: Improved accuracy using absolute relaxation times over signal intensities. NeuroReport. 25, 1180-1185 (2014).
  15. McGarry, B. L., et al. Stroke onset time estimation from multispectral quantitative magnetic resonance imaging in a rat model of focal permanent cerebral ischemia. Int J Stroke. , (2016).
  16. Calamante, F., et al. Early changes in water diffusion, perfusion, T1, and T2 during focal cerebral ischemia in the rat studied at 8.5 T. Magn Reson Med. 41, 479-485 (1999).
  17. Gröhn, O. H. J., et al. Graded reduction of cerebral blood flow in rat as detected by the nuclear magnetic resonance relaxation time T2: A theoretical and experimental approach. J Cereb Blood Flow Metab. 20, 316-326 (2000).
  18. Knight, M. J., et al. A spatiotemporal theory for MRI T2 relaxation time and apparent diffusion coefficient in the brain during acute ischemia: Application and validation in a rat acute stroke model. J Cereb Blood Flow Metab. 36, 1232-1243 (2016).
  19. Thomalla, G., et al. DWI-FLAIR mismatch for the identification of patients with acute ischaemic stroke within 4·5 h of symptom onset (PRE-FLAIR): a multicentre observational study. Lancet Neurol. 10, 978-986 (2011).
  20. Petkova, M., et al. MR imaging helps predict time from symptom onset in patients with acute stroke: implications for patients with unknown onset time. Radiology. 257, 782-792 (2010).
  21. Hoehn-Berlage, M., et al. Evolution of regional changes in apparent diffusion coefficient during focal ischemia of rat brain: the relationship of quantitative diffusion NMR imaging to reduction in cerebral blood flow and metabolic disturbances. J. Cereb. Blood Flow Metab. 15, 1002-1011 (1995).
  22. Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20, 84-91 (1989).
  23. Nekolla, S., Gneiting, T., Syha, J., Deichmann, R., Haase, A. T1 maps by K-space reduced snapshot-FLASH MRI. J Comput Assist Tomogr. 16, 327-332 (1992).
  24. Joshi, C. N., Jain, S. K., Murthy, P. S. An optimized triphenyltetrazolium chloride method for identification of cerebral infarcts. Brain Res Brain Res Protoc. 13, 11-17 (2004).
  25. McGarry, B. L., et al. Determining stroke onset time using quantitative MRI: High accuracy, sensitivity and specificity obtained from magnetic resonance relaxation times. Cerebrovasc Dis Extra 6. 6, 60-65 (2016).
  26. Fiehler, J., et al. Severe ADC decreases do not predict irreversible tissue damage in humans. Stroke. 33, 79-86 (2002).
  27. Lestro Henriques, I., et al. Intralesional Patterns of MRI ADC Maps Predict Outcome in Experimental Stroke. Cerebrovasc Dis. 39, 293-301 (2015).
  28. Kettunen, M. I., Gröhn, O. H. J., Silvennoinen, M. J., Penttonen, M., Kauppinen, R. A. Quantitative assessment of the balance between oxygen delivery and consumption in the rat brain after transient ischemia with T2-BOLD magnetic resonance imaging. J Ceber Blood Flow Metab. 22 (3), 262-270 (2002).

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Magnetic Resonance ImagingStroke Onset TimeIschemic StrokeApparent Diffusion CoefficientT1 And T2 Relaxation TimesPermanent Focal IschemiaMiddle Cerebral Artery OcclusionRat ModelSemi-automated Computer Routine

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McGarry, B. L., Jokivarsi, K. T., Knight, M. J., Grohn, O. H., Kauppinen, R. A. A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia. J. Vis. Exp. (127), e55277, doi:10.3791/55277 (2017).
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