A seqüência de difusão na Medula Espinhal Rat Cervical

O objetivo geral deste procedimento é obter imagens de ressonância magnética ponderadas por difusão de alta qualidade da medula espinhal de ratos para caracterização não invasiva da microestrutura tecidual. Isso é realizado primeiramente preparando um rato no scanner de RM com imobilização adequada e monitoramento respiratório. O segundo passo consiste em realizar um exame personalizado de RM ponderada por difusão com sincronização respiratória.

Em seguida, as imagens são corrigidas quanto a artefatos de suscetibilidade. O passo final consiste em ajustar o sinal de RM a um modelo matemático. Por fim, a comparação dos parâmetros do modelo dentro de regiões de interesse é utilizada para evidenciar propriedades da microestrutura tecidual.

A principal vantagem desta técnica em relação a métodos existentes, como a varredura ex vivo, é que ela pode ser traduzida para a clínica com fins diagnósticos. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais sobre lesões medulares, como a identificação de mecanismos de lesão secundária e o prognóstico de recuperação. A demonstração do procedimento será feita por Natasha Wilkins e Matt Renquist, técnicos do meu laboratório, antes da realização das etapas deste protocolo.

Primeiro, obtenha a aprovação dos comitês institucionais apropriados de cuidado e uso para todos os procedimentos. Comece anestesiando a rata em uma câmara de indução usando 5% de isoflurano em ar medicinal. Quando os reflexos de retirada da pata e de contração estiverem ausentes, reduza a anestesia para 2%. Em seguida, transfira o animal para a maca do escâner em posição prona com a cabeça primeiro.

Mantenha 2% de ISO (isoflurano) com fluxo de flúor por meio de um cone nasal durante todo o procedimento e mantenha o fluxo de ar médico em aproximadamente um litro por minuto. Além disso, aplique uma pequena quantidade de pomada lubrificante nos olhos da rata para evitar danos à córnea durante a anestesia. Coloque uma faixa de monitoramento respiratório firmemente ao redor do tronco da rata e conecte-a a um sistema de sincronização respiratória.

Verifique o computador de monitoramento respiratório para garantir que o ciclo respiratório esteja claro e consistente. Ajuste um cinto, se necessário, pois esta etapa é imperativa para a qualidade da imagem. Utilize um sistema de aquecimento a ar quente e monitore, mantendo a temperatura corporal do animal por meio de uma sonda retal, assegurando que seja mantida a 37 graus Celsius.

Mantenha a frequência respiratória entre 30 e 45 respirações por minuto ajustando o nível de anestesia entre 1,2 e 2%. Agora, posicione a rata no suporte craniano com uma barra de mordida e parafuse as barras auriculares, deslizando a cabeça para dentro de uma bobina volumétrica em quadratura até que a coluna cervical esteja posicionada no centro da bobina. Por fim, avance a rata e os suportes auxiliares para dentro do orifício do scanner, se aplicável, ajuste os capacitores de sintonia e casamento da bobina para a frequência adequada e a impedância de acordo com as instruções do fabricante. Adquira uma varredura de orientação padrão em três planos para garantir o posicionamento correto.

Esta primeira varredura ativa os procedimentos automatizados do sistema de ressonância magnética para detecção da frequência de ressonância, ajuste de shim, calibração da potência de radiofrequência e ajuste do ganho do receptor. Verifique se o centro da coluna cervical está alinhado com o centro do ímã e com o centro da bobina de ressonância magnética. Em seguida, adicione uma sequência eco de plano por difusão ponderada em eco de spin ao protocolo de aquisição por imagem.

Utilizou-se as configurações padrão da sequência, mas prescreveram-se 12 cortes com espessura de corte de 0,75 milímetro, orientando-os perpendicularmente ao eixo principal da medula cervical. Utilize a base do cerebelo como referência interna para garantir posicionamento consistente dos cortes entre os animais e entre sessões. Ative as bandas de saturação.

Em seguida, posicione quatro bandas de saturação com espessura de 10 milímetros fora da medula espinhal para minimizar o sinal proveniente desses tecidos e reduzir seu potencial de induzir artefatos. Além disso, certifique-se de ativar o sincronismo respiratório. Agora, configure a sequência utilizando as configurações de espera de difusão conforme exibido na tela aqui.

Em seguida, inicie a aquisição. O tempo total de aquisição será de aproximadamente 25 minutos ao longo dos exames. Monitore o software de sincronização respiratória e ajuste o período de atraso entre o gatilho e o sinal para o sistema de RM, de modo que as aquisições ocorram apenas na fase quiescente do ciclo respiratório.

Observe que um atraso de disparo entre 100 e 400 milissegundos será necessário, dependendo do padrão respiratório do animal. Isso ajudará a reduzir artefatos que ocorrem com o movimento respiratório. Se disponível, repita a sequência com os blips reversos personalizados ativados ao finalizar a aquisição de imagens.

Retire o animal do suporte e devolva-o à sua gaiola. Monitore o animal até que ele tenha recuperado a consciência. Para manter a posição esternal.

Inicie o processamento de imagem realizando primeiro a correção do artefato de suscetibilidade. Em seguida, extraia os volumes com B igual a zero de cada aquisição para um único arquivo utilizando utilitários fornecidos com o FSL ou outros pacotes de software de RM. Um exemplo de código é mostrado aqui.

É necessário um arquivo para cada fase na direção do código. Em seguida, utilize o comando top-up no FSL para criar um arquivo corrigido com artefatos de distorção de imagem reduzidos. Aplique essa correção às imagens brutas de DWI que serão usadas para a criação de mapas de parâmetros.

Carregue este arquivo DWI corrigido no FSLview e selecione o arquivo. Crie uma máscara a partir do menu. Use as ferramentas de desenho para traçar uma região de interesse dentro de um tipo de tecido.

Salve este arquivo e repita o procedimento para quaisquer outras regiões de interesse (ROIs) desejadas. Utilize o arquivo de ROI para mascarar o arquivo DWI e, em seguida, calcule o sinal médio dentro da ROI para cada volume de imagem. Copie os primeiros oito resultados para um programa de computação numérica, como o MATLAB, como um vetor para o sinal transversal, e os segundos oito resultados como um vetor para o sinal longitudinal, sendo oito o número de valores de B utilizados.

Também copie os valores de B no programa como um vetor de oito valores de B. Os valores de B para as direções transversal e longitudinal devem ser idênticos, se possível. O valor efetivo de B, e não o valor nominal de B, deve ser obtido a partir do scanner.

Utilize uma caixa de ferramentas de ajuste de curva para ajustar os dados do sinal versus valor B ao modelo desejado. Digitando CF tools no prompt de comando, selecione os valores B como dados X e os vetores de sinal como dados y. Em seguida, selecione o menu de ajuste e insira uma equação para o ajuste.

Observe que, ao inserir a equação, pode ser necessário definir pontos iniciais e limites para as variáveis que sejam mais adequados aos dados. Após aplicar as equações ao ajuste, anote os valores dos parâmetros que servirão como marcadores quantitativos. Esta imagem mostra imagens ponderadas por difusão de alta qualidade obtidas com a difusão aplicada transversal e longitudinalmente ao eixo principal da medula espinhal.

Diferentes valores de B são mostrados para cada direção, fornecendo o melhor contraste entre substância branca e cinzenta. Aqui, a coluna esquerda mostra um corte obtido com a sequência de DWI. A coluna central mostra a aquisição com inversão de blips.

Observe como as características que parecem alongadas na primeira imagem aparecem comprimidas na coluna central. A coluna da direita mostra as imagens ponderadas por difusão corrigidas usando o top-up. A linha superior é a imagem sem ponderação por difusão.

A linha do meio mostra o peso de difusão aplicado na direção transversal, e a linha inferior mostra o peso de difusão na direção longitudinal. Aqui podemos observar o sinal normalizado traçado como uma função do peso de difusão com as direções de codificação de difusão transversal e longitudinal. Mapas de alta qualidade de difusividade, curtose e anisotropia são calculados a partir do sinal em cada vóxel.

Existe uma diferença clara nos parâmetros entre a substância branca e a cinzenta, bem como diferenças regionais nas regiões da substância branca. Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de monitorar cuidadosamente a respiração do animal e ajustar o atraso na profundidade da anestesia para reduzir artefatos de movimento. Isso é especialmente importante em ratos lesionados, que podem apresentar taxas respiratórias anormais ou outras complicações fisiológicas que possam exigir adaptação dos procedimentos.