Un protocollo per la stima di tempo di insorgenza ictus in un modello del ratto del colpo sfruttando la formazione immagine a risonanza magnetica quantitativa (qMRI) parametri è descritto. La procedura sfrutta la diffusione MRI per la delineazione della lesione colpo acuto e quantitativa T1 e T2 (qT1 e qT2) tempi di rilassamento per la temporizzazione del colpo.
MRI fornisce uno strumento di imaging sensibile e specifico per rilevare il colpo ischemico acuto per mezzo di un coefficiente di diffusione ridotta di acqua del cervello. In un modello del ratto del colpo ischemico, aumentano le differenze in quantitativi T1 e T2 MRI tempi di rilassamento (qT1 e qT2) tra la lesione ischemica (delineato da scarsa diffusione) e nell’emisfero controlaterale non ischemiche con il tempo dall’inizio del colpo. La dipendenza dal tempo delle differenze di tempo di rilassamento di MRI euristicamente è descritta da una funzione lineare e quindi fornisce una semplice stima del tempo di insorgenza di ictus. Inoltre, i volumi di anormale qT1 e qT2 all’interno della lesione ischemica aumentano linearmente con tempo, fornendo un metodo complementare per la temporizzazione di colpo. Un (semi) automatizzato routine di computer basata sulla diffusione quantificata coefficiente è presentato per delineare tessuto di ictus ischemico acuto di ischemia del ratto. Questa routine determina anche differenze emisferiche in qT1 qT2 tempi di rilassamento e la posizione e la volume di anormale qT1 e qT2 voxel all’interno della lesione. Incertezze associate con le stime del tempo di insorgenza di qT1 e qT2 MRI dati variano da ± 25 min a ± 47 min per le prime 5 ore di corsa. Le stime più accurate del tempo insorgenza può essere ottenuta da quantificare il volume di anormale qT1 e qT2 lesione volumi sovrapposti, definito «Vsi sovrappongono» (± 25 min) o di quantificare le differenze emisferiche in qT2 solo i tempi di rilassamento (± 28 min). Nel complesso, qT2 derivato parametri superano quelli da qT1. L’attuale protocollo di MRI è testato nella fase del hyperacute di un modello di ischemia focale permanente, che potrebbe non essere applicabile a ischemia cerebrale focale transitoria.
Tessuto di cervello è particolarmente vulnerabile all’ischemia dovuto l’alta dipendenza della fosforilazione ossidativa per la sintesi di ATP e riserve di energia limitata. L’ischemia provoca sottili cambiamenti ionici dipendente dal tempo in spazi intracellulari ed extracellulari che portano alla ridistribuzione delle piscine di acqua di cervello, rilascio di neurotrasmettitori excitotoxic e, in definitiva, l’inizio di processi distruttivi 1. Nell’ischemia focale, danni ai tessuti si diffonde oltre il nucleo iniziale, se il flusso di sangue non viene ripristinato entro un certo lasso di tempo 2. La data di inizio del colpo è attualmente uno dei criteri chiavi nelle decisioni cliniche per la farmacoterapia del colpo ischemico, tra cui il recanalization di agenti trombolitici 3. Di conseguenza, molti pazienti sono automaticamente idonei per la terapia trombolitica a causa del tempo di inizio di sintomo sconosciuto, a causa del colpo che accade durante il sonno ‘(corsa di wake-up del), mancanza di testimonianza, o ignorando i sintomi 4,5. Una procedura che determina il tempo di inizio del colpo è pertanto necessaria affinché tali pazienti possono essere considerati per la trombolisi.
MRI sonde acqua in vivo. Dinamica di cui è gravemente perturbato dall’energia ischemica acuta insufficienza 6. In particolare, la diffusione dell’acqua sotto l’egida moto traslazionale (termico) delle molecole di acqua è ridotto nei primi momenti di ischemia dovuto il guasto di energia 7. Ciò a sua volta provoca depolarizzazione anossica di cellule neurali 8. MRI diffusione (DWI) è diventata una modalità di imaging diagnostico di parità aurea per il colpo acuto 9. Il segnale di DWI aumenta rapidamente in risposta all’ischemia permettendo tessuto ischemico di essere identificato, ma non mostra alcun tempo-dipendenza durante le prime ore di colpo ischemico 10. Allo stesso modo, misure quantitative di diffusione dell’acqua come il coefficiente di diffusione apparente (ADC) o la traccia del tensore di diffusione (Dav) diminuisce rapidamente nel tessuto ischemico, ma non mostra alcuna relazione con il tempo dall’inizio del colpo nel colpo animale modelli 10 e pazienti 11.
Parametri quantitativi di rilassamento di MRI (qMRI), qT1e qT2 qT1ρ, sono governati dal movimento rotatorio e lo scambio di atomi di idrogeno dell’acqua e visualizza complessi cambiamenti di tempo-dipendenti in seguito parenchima cerebrale ischemico guasto di energia 6. Tali cambiamenti di tempo-dipendente abilitato tempo di inizio di corsa deve essere valutato in pazienti 12 e modelli animali di ischemia 13,14,15. Nel colpo focale del ratto, qT1ρ aumenta quasi istantaneamente dopo l’inizio di ischemia e continua linearmente per almeno 6 ore 13,14. tempi di rilassamento1 qT anche aumentare in modo dipendente dal tempo in tessuto ischemico cerebrale che può essere descritto da due costanti di tempo: una fase iniziale rapida seguita da una fase di lento durano per ore 8,16. A causa di questo aumento bifase, l’uso di qT1 in tempi di ictus può essere più complicata di quella di qT1ρ MRI 15. qT2 tempi di rilassamento Mostra un cambiamento bi-fasico di colpo focale di ratto, per cui c’è un iniziale accorciamento entro la prima ora, seguita da un aumento lineare con tempo 13. La riduzione iniziale può essere spiegata da due fattori in esecuzione parallele tra cui: (i) l’accumulo di deossiemoglobina risultante nel cosiddetto ‘effetto dipendente dal livello del sangue negativo ossigenazione’ e (ii), lo spostamento dell’acqua extracellulare nella spazio intracellulare 17,18. L’aumento di tempo-dipendente in qT2 è probabilmente dovuto citotossici e/o edema vasogenic con successiva ripartizione di intracellulare macromolecolare strutture 18. I qT1ρ qT2 dati e forniscono una stima accurata del tempo di insorgenza di ictus in modelli preclinici 14. qT2 12 e T2-ponderata segnale intensità 19,20 sono state sfruttate anche per la stima del tempo di corsa inizio nelle regolazioni cliniche.
Oltre alle differenze emisferiche in quantitativi tempi di rilassamento, la distribuzione spaziale degli elevati tempi di rilassamento all’interno della regione ischemica può anche servire come surrogati per colpo inizio tempo 14. Nei modelli del ratto del colpo, regioni con elevati qT1ρe qT2 qT1 tempi di rilassamento sono inizialmente più piccoli di quanto la diffusione definito lesione ischemica ma aumenta con il tempo di 14,15, 21. Quindi quantificazione della distribuzione spaziale di elevati tempi di rilassamento come percentuale delle dimensioni della lesione ischemica consente inoltre il tempo di inizio corsa essere stimato 14,15. Qui, descriviamo il protocollo per determinare il tempo di inizio di ictus in un modello del ratto del colpo utilizzando parametri di qMRI.
L’attuale protocollo per la stima del tempo di insorgenza di ictus nei ratti utilizza quantitativa tempo di rilassamento e di diffusione MRI dati piuttosto che un segnale di intensità di rispettivi ponderata MR contrasto immagini19. La prova recente indica prestazioni inferiori delle intensità di immagine nello stimare i tempi inizio tempo 14,25. Nella lesione colpo ‘diffusione-positivo’ nostro protocollo MRI fornisce volte inizio corsa da qT1 e qT2 MRI dati con una precisione di metà un’ora o così. È una tendenza generale che dati2 qT supera quello di qT1. La massima precisione per determinare il tempo di insorgenza è ottenuta dal volume di sovrapposizione elevati qT1 e qT2 (Vsi sovrappongono).
Le immagini nella Figura 1 mostrano che, mentre il coefficiente di diffusione ridotta appare piuttosto uniforme, regioni con qT anormale1 e qT2 eterogeneo sono sparsi all’interno della lesione ischemica. Questa scoperta è in accordo con le osservazioni precedenti e probabilmente a causa di diverse sensibilità di questi parametri di qMRI ai cambiamenti patofisiologici causati da ischemia 6. Ciò suggerisce qMRI parametri possono essere informativi delle nozioni di stato e supporti di tessuto che DWI over-stime danno ischemico 26. Infatti, recenti punti di prove precliniche verso l’eterogeneità di danno ischemico nel raggio di diffusione definita lesioni 27. Così, la combinazione di diffusione, qT1 e qT2 potenzialmente fornisce informazioni su colpo tempo e tessuto di condizione di inizio, entrambi i quali sono clinicamente utili per le decisioni di trattamento per quanto riguarda i pazienti con esordio sconosciuto.
Vsi sovrappongono e f2 ha dato le stime più accurate di corsa di tempo di insorgenza. Il vantaggio di quantificare i tempi di rilassamento è che a differenza di intensità del segnale sono insensibili a variazioni inerenti causate da fattori tecnici quali disomogeneità di campo magnetico e protone densità 6, tra cui il campo magnetico previsto variazione all’interno della lesione ischemica 18. Ridotto l’incertezza associata con onset time stime di qT1 e f1 sono probabilmente dovuto la suddetta risposta bi-fasico di qT1 ad ischemia, che contribuisce al versante superficiale del tempo-dipendente qT1 cambio 8,15,16. I dati di MRI illustrati (Figura 2) sono conformi precedente opere 13,14, in quanto i corsi di tempo di tempo di rilassamento, le differenze tra il cervello ischemico e controlaterale non ischemiche sono adeguatamente descritta da funzioni lineari. Tuttavia, è importante notare che le modifiche di idrodinamica di base dovuto ischemia non sono lineari 1,18.
L’attuale protocollo di MRI per la corsa di tempo è dimostrato in ratti sottoposti ad ischemia permanente utilizzando la procedura di Longa et al. 22. Nella nostra esperienza, la Longa et al procedura non riesce ad indurre MCAO nel 10-20% dei ratti, tuttavia, come ADC viene utilizzato per verificare la presenza di ischemia, gli esperimenti possono essere interrotto in modo anomalo. Guasto per indurre MCAO è spesso a causa di thread di occlusione imperfetta. Un ulteriore fattore conseguente errori sperimentali è che MCAO è una severa procedura causando la morte di fino al 20% dei ratti durante una prolungata sessione di MRI.
Il protocollo di timing di inizio corsa si applica solo a ischemia permanente. Nell’ischemia focale di ratto con riperfusione, il rapporto tra Dav e qT1 o qT2 dissocierà come Dav recupera, ma non possono per qT1 e qT2 a seconda della durata dell’ischemia, prima di riperfusione 8,28. Inoltre, l’evoluzione del danno ischemico è probabile essere più variabile nei pazienti del colpo a causa di differenze individuali in fattori che influenzano la microcircolazione come età e co-morbidità (ad es., diabete, ipertensione, malattie cardiache). Questi fattori inevitabilmente influenzerà la dipendenza dal tempo di f1, f2 e Vsi sovrappongono a tratti umani e pertanto richiede l’indagine nelle regolazioni cliniche.
Per concludere, qMRI parametri forniscono stime del tempo di insorgenza di ictus. Vsi sovrappongono e f2 fornire stime più accurate e può anche essere ben informato dello stato del tessuto. qMRI potrebbe quindi essere clinicamente utile in termini di favoreggiamento le decisioni di trattamento per i pazienti con sconosciuto onset time. Un problema da considerare qui è che il rapporto a-bianco-materia grigia nel cervello del ratto è molto superiore rispetto all’uomo, e idrodinamica in questi tipi di tessuto del cervello può variare 18. Tuttavia, ulteriori indagini la dipendenza dal tempo di f2, Vsi sovrappongono e qT2 nei pazienti con ictus acuto iper è autorizzata.
The authors have nothing to disclose.
BLM è un destinatario di EPSRC PhD studentship e ha ricevuto una sovvenzione di viaggio a Università della Finlandia orientale dalla scuola di psicologia sperimentale, Università di Bristol. MJK è finanziato attraverso il fondo di sostegno strategico internazionale di Wellcome Trust ed Elizabeth Blackwell Istituto [ISSF2: 105612/Z/14/Z]. KTJ e OHJG sono finanziati dall’Accademia di Finlandia, UEF-cervello strategico finanziamenti da Università della Finlandia orientale e dalla Finlandia Biocenter. Il lavoro è stato supportato dalla Dunhill Trust medica [concessione numero 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 |