Een protocol voor beroerte begin tijd schatting in een rat-model van een beroerte exploitatie van kwantitatieve magnetische resonantie beeldvorming (qMRI) parameters is beschreven. De procedure exploiteert verspreiding MRI voor afbakening van de acute beroerte laesie en kwantitatieve T1 , T2 (qT1 en qT2) ontspanning keer voor timing van een beroerte.
MRI biedt een gevoelige en specifieke beeldvorming instrument om te detecteren van acute ischemische beroerte door middel van een beperkte diffusie-coëfficiënt van hersenen water. In het model van een rat van ischemische beroerte, verschillen in kwantitatieve T1 en T2 MRI ontspanning tijden (qT1 en qT2) tussen de ischemische laesie (afgebakend door lage diffusie) en het contralaterale niet-ischemische halfrond verhogen met de tijd vanaf begin van de lijn. De afhankelijkheid van de tijd van MRI ontspanning tijdverschillen heuristisch wordt beschreven door een lineaire functie en biedt dus een eenvoudige raming van beroerte begin tijd. Bovendien verhogen de hoeveelheid abnormale qT1 en qT2 binnen de ischemische laesie lineair met tijd bieden een complementaire methode voor beroerte timing. Een (semi-) geautomatiseerd computer routine gebaseerd op de gekwantificeerde verspreiding coëfficiënt is bedoeld om te bakenen acute ischemische beroerte weefsel in rat ischemie. Deze routine bepaalt ook hemisferische verschillen in qT1 en qT2 ontspanning keer en de locatie en het volume van abnormale qT1 en qT2 voxels binnen de laesie. Onzekerheden die is gekoppeld aan de schatting van de tijd van het begin van qT1 en qT2 MRI gegevens variëren van ± 25 min tot ± 47 min voor de eerste 5 uur van een beroerte. De meest accurate schatting van de tijd van het begin kan worden verkregen door het kwantificeren van de hoeveelheid overlapping van abnormale qT1 en qT2 laesie volumes, aangeduid als ‘ Voverlappen‘ (± 25 min) of door het kwantificeren van de hersenhelften verschillen in qT2 ontspanning keer alleen (± 28 min). Globaal, qT2 afgeleide parameters beter te presteren dan die van qT1. Het huidige protocol van de MRI is getest in de hyperacute fase van een permanente focal ischemie-model, dat niet voor voorbijgaande focale hersenen ischemie gelden kan.
Hersenweefsel is bijzonder kwetsbaar voor ischemie als gevolg van de hoge afhankelijkheid van de oxidatieve fosforylatie voor ATP-synthese en beperkte energiereserves. Ischemie resulteert in subtiele Ionische veranderingen van de tijd-afhankelijke intracellulaire en extracellulaire ruimtes die tot herverdeling van de hersenen water zwembaden, introductie van excitotoxic neurotransmitters en uiteindelijk inleiding van destructieve processen 1 leiden. In brandpunt ischemie, weefselschade verspreidt zich buiten de initiële kern als de bloedtoevoer wordt niet hersteld binnen een bepaalde tijd frame 2. De tijd van het begin van de lijn is momenteel een van de belangrijkste criteria in klinische beslissingen voor de Farmacotherapie van ischemische beroerte, met inbegrip van recanalization door thrombolytic agenten 3. Veel patiënten zijn dus automatisch niet in aanmerking voor thrombolytic therapy vanwege de onbekende symptoom begin tijd, als gevolg van de beroerte die zich voordoen tijdens de slaap (‘wake-up lijn’), gebrek aan getuige, of wordt niet op de hoogte van symptomen 4,5. Een procedure die de tijd van het begin van de lijn bepaalt is dus nodig, zodat dergelijke patiënten kunnen worden overwogen voor trombolyse.
MRI sondes water in vivo. Dynamiek van die zijn ernstig verstoord door acute ischemische energie fout 6. Meest in het bijzonder, wordt de diffusie van water geregeld door translationeel (thermische) beweging van watermoleculen verminderd in de vroege momenten van ischemie als gevolg van de storing energie 7. Dit leidt op zijn beurt in zuurstofvrije depolarisatie van neurale cellen 8. Diffusie MRI (DWI) is een gouden standaard diagnostische beeldvorming modaliteit voor acute beroerte 9geworden. De DWI signaal verhoogt snel in reactie op ischemische weefsel worden geïdentificeerd waardoor ischemie, maar toont niet alle tijd-afhankelijkheid tijdens de eerste uren van ischemische beroerte 10. Ook kwantitatieve metingen van diffusie van water zoals de schijnbare diffusie coëfficiënt (ADC) of het spoor van de diffusie tensor (Dav) verminderen snel in ischemische weefsel, maar geen relatie met de tijd vanaf begin van de lijn in de dierlijke lijn weergeven modellen 10 en patiënten 11.
Kwantitatieve MRI (qMRI) ontspanning parameters, qT1en qT2 qT1ρ, worden beheerst door de roterende beweging en de uitwisseling van water waterstofatomen en complexe tijdafhankelijke veranderingen in de hersenen parenchym volgende ischemische weergeven 6van de mislukking van energie. Dergelijke wijzigingen in tijd-afhankelijke ingeschakeld beroerte begin tijd worden geraamd in patiënten 12 en dierlijke modellen van ischemie 13,14,15. In rat focal beroerte, qT1ρ verhoogt bijna ogenblikkelijk na ischemie begin en lineair gedurende ten minste 6 uur 13,14. qT1 ontspanning keer ook vergroten in een tijd-afhankelijke mode in ischemische hersenweefsel die kan worden beschreven door twee keer-constanten zijn: een snelle beginfase gevolgd door een trage fase gedurende uur 8,16. Vanwege deze verhoging tweefase mogelijk het gebruik van qT1 lijn timing ingewikkelder dan die van qT1ρ MRI 15. qT2 ontspanning keer tonen ook een bi-phasic wijzigen in rat focal beroerte, waarbij er is een eerste verkorten binnen het eerste uur, gevolgd door een lineaire verhoging met tijd 13. De eerste verkorting kan worden verklaard door twee parallel lopende factoren, waaronder: (i) de opbouw van deoxyhemoglobin resulterend in de zogenaamde ‘negatieve bloed oxygenatie niveau afhankelijk effect’ en (ii), de verschuiving van extracellulaire water in de intracellulaire ruimte 17,18. De tijd-afhankelijke toename qT2 is waarschijnlijk te wijten aan cytotoxische en/of vasogenic oedeem met latere uitsplitsing van intracellulaire macromoleculaire structuren 18. Nauwkeurige schattingen beroerte begin tijd in preklinische modellen 14op qT1ρ zowel qT2 gegevens te leveren. qT2 12 en T2-gewogen signaal intensiteit 19,20 hebben ook benut voor beroerte begin tijd schatting in klinische instellingen.
Naast de hersenhelften verschillen in kwantitatieve versoepeling tijden, kan de ruimtelijke spreiding van verhoogde ontspanning keer binnen de ischemische regio ook dienen als surrogaten voor beroerte begin tijd 14. In rat modellen van beroerte, regio’s met verhoogde qT1ρen qT2 qT1 ontspanning keer aanvankelijk kleiner zijn dan de verspreiding ischemische laesie omschreven maar toenemen met de tijd 14,15, 21. Kwantificering van de ruimtelijke spreiding van verhoogde ontspanning tijden als een percentage van de grootte van de ischemische laesie kunt vandaar ook lijn begin tijd om naar schatting 14,15. Hier beschrijven we het protocol om beroerte begin tijd in een rat-model van een beroerte met qMRI parameters vast te stellen.
Het huidige protocol voor schatting van beroerte begin tijd bij ratten gebruikt kwantitatieve diffusie en ontspanning tijd MRI gegevens in plaats van signaal intensiteiten van de respectieve gewogen heer contrast beelden19. Recente gegevens wijzen op minderwaardig prestaties van afbeelding intensiteiten bij het schatten van de streek begin tijd 14,25. In de ‘diffusie-positieve’ beroerte laesie onze MRI-protocol biedt beroerte begin tijden van qT1 en qT2 MRI gegevens met een nauwkeurigheid van een half uurtje of zo. Het is een algemene tendens dat qT2 gegevens die van qT1 overtreft. De beste nauwkeurigheid voor begin tijd bepaling wordt verkregen uit het volume van overlappende verhoogde qT1 en qT2 (Voverlappen).
De afbeeldingen in Figuur 1 aantonen dat, hoewel de beperkte verspreiding coëfficiënt vrij lijkt uniform, regio’s met abnormale qT1 en qT2 zijn ongelijkmatig verspreid binnen de ischemische laesie. Deze bevinding is in overeenstemming met eerdere opmerkingen en is waarschijnlijk te wijten aan de verschillende gevoeligheden van deze qMRI parameters aan pathofysiologische veranderingen veroorzaakt door ischemie 6. Dit suggereert qMRI parameters kunnen informatief van weefsel status en ondersteunt begrippen dat DWI overdreven ischemische schade 26schat. Inderdaad, recente preklinisch bewijs wijst naar de heterogeniteit van ischemische schade binnen diffusie gedefinieerd laesies 27. De combinatie van diffusie, qT1 en qT2 biedt dus mogelijk informatie over beroerte begin tijd en weefsel status, die beide klinisch nuttig voor behandeling besluiten met betrekking tot patiënten met onbekende begin zijn.
Voverlappen en f2 gaf de meest accurate raming van de beroerte begin tijd. Het voordeel van het kwantificeren van ontspanning keer is dat in tegenstelling tot signaal intensiteit ze ongevoelig voor inherente variaties zijn, veroorzaakt door technische factoren zoals magnetisch veld inhomogeneities en proton dichtheid 6, met inbegrip van de verwachte magnetisch veld variatie binnen de ischemische laesie 18. Verminderd van onzekerheid die is gekoppeld aan de begin tijd ramingen van qT1 en f1 zijn waarschijnlijk te wijten aan de bovengenoemde bi-phasic reactie van qT1 op ischemie, die aan de ondiepe helling van de tijd-afhankelijke qT1 bijdraagt 8,15,16te wijzigen. De MRI-gegevens weergegeven (Figuur 2) zijn in overeenstemming met eerdere werken 13,14, in dat het tijdsverloop van ontspanning tijd verschillen tussen de ischemische en contralaterale niet-ischemische hersenen voldoende zijn beschreven door lineaire functies. Het is echter belangrijk op te merken dat de onderbouwing hydrodynamische veranderingen als gevolg van ischemie niet lineaire 1,18 zijn.
Het huidige MRI protocol voor beroerte keer wordt aangetoond in ratten onderworpen aan permanente ischemie met behulp van de Longa et al. procedure 22. In onze ervaring, de Longa et al. procedure mislukt voor het opwekken van MCAO in 10-20% van de ratten, echter kunnen zoals ADC wordt gebruikt om te controleren of de aanwezigheid van ischemie, de experimenten worden beëindigd. Mislukking voor het opwekken van MCAO is vaak te wijten aan gebrekkige occluder draad. Een verdere factor resulterend in experimentele mislukkingen is dat MCAO een zware procedure die dood van maximaal 20% van de ratten tijdens een langdurige MRI-sessie.
Het protocol van de timing van het begin van lijn geldt alleen voor permanente ischemie. In rat focal ischemie met reperfusie, zal de relatie tussen Dav en1 van de qT of qT2 distantiëren Dav herstelt, maar kan niet voor qT1 en qT2 afhankelijk van duur van ischemie voorafgaand aan reperfusie 8,28. Daarnaast is de ontwikkeling van ischemische schade waarschijnlijk meer variabele in lijn patiënten als gevolg van individuele verschillen in factoren die de microcirculatie zoals leeftijd en co-morbiditeit (zoalsdiabetes, hypertensie, hart-en vaatziekten). Deze factoren beïnvloedt onvermijdelijk de tijdafhankelijkheid van de f-1en f2 V in menselijke strekenelkaar overlappen en dus moet onderzocht in klinische instellingen.
Tot slot, qMRI parameters schattingen van beroerte begin tijd op te leveren. Voverlappen en f2 kan de meest nauwkeurige schattingen op te leveren en ook informatieve van weefsel status. qMRI kan daarom zinvol zijn klinisch in termen van medeplichtigheid behandelingsbeslissingen voor patiënten met onbekende begin tijd. Een probleem hier is dat de verhouding van de grijs-naar-witte-stof in hersenen rat veel hoger dan bij de mens is, en hydrodynamica in deze weefseltypes (HLA) hersenen van 18 variëren kanworden beschouwd. Echter verder onderzoek naar de tijdafhankelijkheid van f2, Voverlappen en qT2 bij hyper acute beroerte-patiënten is gerechtvaardigd.
The authors have nothing to disclose.
BLM is een ontvanger van EPSRC PhD studententijd en ontving een reisbeurs aan Universiteit van Oost-Finland uit de School van experimentele psychologie, Universiteit van Bristol. MJK wordt gefinancierd door het Instituut van Elizabeth Blackwell en Wellcome Trust fund van de internationale strategische ondersteuning [ISSF2: 105612/Z/14/Z]. KTJ en OHJG worden gefinancierd door de Academie van Finland, UEF-Brain strategische financiering van Universiteit van Oost-Finland en door Biocenter Finland. Het werk werd gesteund door de Dunhill medische Trust [subsidie nummer R385/1114].
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 |