En protokoll for hjerneslag utbruddet tid anslag i en rotte modell av slag utnytte kvantitative magnetisk resonans imaging (qMRI) parametere er beskrevet. Prosedyren utnytter diffusjon MRI for avgrensning av akutt slag lesjon og kvantitative T1 og T2 (qT1 og qT2) avslapning tider for tidspunkt for hjerneslag.
Mr gir en følsom og bestemt imaging-verktøyet for å oppdage akutt iskemiske hjerneslag med en redusert spredning koeffisient av hjernen vann. I en rotte modell av iskemiske hjerneslag, forskjeller i kvantitative T1 og T2 Mr avslapning ganger (qT1 og qT2) mellom den iskemiske lesjonen (preget av lav spredning) og den kontralateral ikke-iskemiske halvkulen øke med tiden fra slag utbruddet. Tid avhengighet av Mr avslapning tidsforskjeller beskrives heuristisk av en lineær funksjon og dermed gir en enkel anslag slag utbruddet tid. I tillegg volum av unormal qT1 og qT2 innenfor iskemiske lesjon øker lineært med gangen gir en utfyllende metode for hjerneslag timing. En (semi) automatisk datamaskinen rutine basert på kvantifisert spredningen koeffisient er presentert for å avgrense akutt iskemiske hjerneslag vev i rotte ischemia. Denne rutinen bestemmer også hemisfæriske forskjeller i qT1 og qT2 avslapning ganger og plasseringen og volumet av unormal qT1 og qT2 voxels innen lesjonen. Usikkerhet knyttet til utbruddet estimater qT1 og qT2 Mr data varierer fra ± 25 min til ± 47 minutter for de første 5 timene av hjerneslag. De mest nøyaktige utbruddet estimatene kan oppnås ved å kvantifisere mengden overlappende unormal qT1 og qT2 lesjon volumer, kalt ‘ Voverlapper‘ (± 25 min) eller kvantifisere hemisfæriske forskjeller i qT2 avslapning ganger bare (± 28 min). Samlet bedre qT2 avledet parametere fra qT1. Gjeldende MRI protokollen er testet i hyperacute fase av en permanent fokal iskemi modell, som ikke nødvendigvis gjelder for forbigående fokal hjernen ischemia.
Hjernevev er spesielt utsatt for iskemi på grunn av høy avhengighet av oxidative fosforylering for ATP syntese og begrenset energi reservene. Ischemia resultater i subtile tidsavhengige ioniske endringer i intracellulær og ekstracellulære som fører til omfordeling av hjernen bassenger, utgivelsen av excitotoxic nevrotransmittere, og til slutt initiering av destruktive prosesser 1. I fokal iskemi sprer vevsskade utover første kjernen hvis blodstrøm ikke gjenopprettes innenfor en bestemt tidsramme 2. Tidspunktet for hjerneslag er en av de viktigste kriteriene i klinisk beslutninger for farmakoterapi av iskemiske hjerneslag, inkludert recanalization av trombolytika 3. Følgelig er mange pasienter automatisk kvalifisert for thrombolytic terapi på grunn av ukjent symptom utbruddet tid, på grunn av slag forekommer under søvn (“wake-up strek”), mangel på vitne, eller som er klar over symptomer 4,5. En prosedyre som angir tidspunktet for hjerneslag er derfor nødvendig slik at slike pasienter kan anses for thrombolysis.
Mr sonder vann i vivo. Dynamikken som er sterkt opprørt akutt iskemiske energi feil 6. Mest spesielt, er spredningen av vann underlagt translasjonsforskning (termisk) bevegelse i vann redusert i tidlig øyeblikk av iskemi på grunn av den energi feil 7. Dette resulterer i sin tur i anoksisk depolarization av neural celler 8. Diffusjon MRI (DWI) har blitt en gull-standard diagnostiske tenkelig modaliteten for akutt slag 9. DWI signalet øker raskt svar på iskemi tillater iskemiske vevet identifiseres, men viser ikke noen gang-avhengighet i løpet av de første timene av iskemiske hjerneslag 10. Likeledes kvantitative tiltak for spredning av vann som tilsynelatende diffusjon koeffisient (ADC) eller spor av diffusjon tensoren (Dav) redusere raskt i iskemiske vevet, men viser ingen forhold til tid fra slag utbruddet i dyr strøk modeller 10 og pasienter 11.
Kvantitativ MRI (qMRI) avslapning parametere, qT1, qT2 og qT1ρ, styres av roterende bevegelse og utveksling av vann hydrogenatomer og Vis komplekse tidsavhengige endringer i hjernen parenchyma følgende iskemiske energi feil 6. Tidsavhengige endringer aktivert slag utbruddet tid fastsettes i pasienter 12 og dyremodeller iskemi 13,14,15. I rotte fokal slag, qT1ρ øker nesten umiddelbart etter iskemi utbruddet og fortsetter lineært for minst 6 timer 13,14. qT1 avslapning ganger også øke i tidsavhengige mote i iskemiske hjernevev som kan beskrives ved to tid konstantene: en rask startfasen etterfulgt av en langsom fase timer 8,16. På grunn av denne bifasisk økningen, kan bruk av qT1 i slag timing være mer komplisert enn qT1ρ Mr 15. qT2 avslapning ganger også vise en bi-phasic endring i rotte fokal slag, der det er en innledende forkortelse i den første timen, etterfulgt av en lineær økning med tiden 13. Den første forkortelsen kan forklares av to parallelle kjører faktorer inkludert: (i) opphoping av deoxyhemoglobin resulterer i den såkalte “negativ blod oksygenering nivå avhengige effekt” og (ii), skiftet ekstracellulære vann i den intracellulær plass 17,18. Tidsavhengige økningen i qT2 er sannsyligvis cytotoksiske og/eller vasogenic ødem med påfølgende sammenbrudd av intracellulær macromolecular strukturer 18. Både qT1ρ og qT2 data gir nøyaktig anslag over streken utbruddet tid i preklinisk modeller 14. qT2 12 og T2-vektet signal intensiteter 19,20 har også blitt utnyttet ved slag utbruddet tid beregning i klinisk innstillinger.
I tillegg til hemispheric forskjeller i kvantitative avslapning, kan den romlige fordelingen av opphøyet avslapning klokkeslett innenfor iskemiske området også tjene som surrogater for hjerneslag utbruddet tid 14. I rotte modeller av slag, regioner med forhøyet qT1ρ, qT2 og qT1 avslapning tid utgangspunktet mindre enn spredningen definert iskemiske lesjon men øke med tiden 14,15, 21. Kvantifisering av den romlige fordelingen av opphøyet avslapning ganger som en prosent av iskemiske lesjon kan dermed også slag utbruddet tid å være beregnet 14,15. Her beskriver vi protokollen for å avgjøre slag utbruddet tid i en rotte modell av strek med qMRI parametere.
Gjeldende protokollen for estimering av hjerneslag utbruddet tid i rotter bruker kvantitative spredning og avslapning tid MRI data i stedet for signalet intensiteter respektive vektet MR kontrast bilder19. Nyere bevis peker dårligere ytelse av bildet intensiteter ved estimering slag utbruddet tid 14,25. I ‘diffusion-positive’ slag lesjonen våre MRI-protokollen gir slag utbruddet ganger fra qT1 og qT2 Mr data med en nøyaktighet på halvparten en time eller så. Det er en generell trend at qT2 data utkonkurrerer som qT1. Det beste nøyaktigheten for utbruddet tid vilje hentes fra volumet av overlappende opphøyet qT1 og qT2 (Voverlapper).
Bildene i figur 1 viser at mens redusert spredning koeffisient vises ganske jevnt, regioner med unormal qT1 og qT2 heterogeneously spredt i den iskemiske lesjonen. Dette funnet er tidligere observasjoner og trolig på grunn av ulike sensitiviteten for parameterne qMRI patofysiologiske endringer forårsaket av iskemi 6. Dette tyder qMRI parametere kan være informativ vev status og støtter begrepene at DWI over estimatene iskemiske skader 26. Faktisk definert siste prekliniske bevis peker mot heterogenitet iskemiske skader i diffusjon lesjoner 27. Dermed gir kombinasjonen av diffusjon, qT1 og qT2 potensielt informasjon om slag utbruddet tid og vev status, begge er klinisk nyttig for behandling beslutninger om pasienter med ukjent utbruddet.
Voverlapper og f2 ga de mest nøyaktige anslagene slag utbruddet tid. Fordelen med kvantifisere avslapning ganger er at i motsetning til signalet intensiteter de er ufølsomme for iboende variasjoner forårsaket av tekniske forhold som magnetfelt inhomogeneities og proton tetthet 6, inkludert forventede magnetfeltet variasjon i iskemiske lesjon 18. Redusert usikkerhet knyttet til utbruddet tid anslag over qT1 og f1 er sannsynlig på grunn av nevnte bi-phasic responsen fra qT1 til iskemi, som bidrar til den grunne skråningen av tidsavhengige qT1 endre 8,15,16. Mr dataene (figur 2) er i tråd med tidligere arbeider 13,14, som tiden kurs av avslapning tid forskjellene mellom iskemiske og kontralateral ikke-iskemiske hjernen er tilstrekkelig beskrevet av lineære funksjoner. Det er imidlertid viktig å merke seg at understøttelsen etter endringene på grunn av iskemi ikke er lineær 1,18.
Gjeldende MRI protokollen for hjerneslag gang demonstreres i rotter utsatt for permanent iskemi bruker Longa et al. prosedyren 22. I vår erfaring, Longa et al. prosedyren mislykkes å indusere MCAO i 10-20% av rotter, men kan som ADC brukes til å bekrefte tilstedeværelse av iskemi, eksperimenter bli avbrutt. Unnlatelse av å indusere MCAO er ofte imperfektum occluder tråden. En ytterligere faktor som resulterer i eksperimentell feil er at MCAO er en alvorlig prosedyre forårsaker død opptil 20% av rotter under en langvarig MRI-økt.
Den utbruddet timing protokollen gjelder bare permanent ischemia. I rotte fokal iskemi med reperfusion, vil forholdet mellom qT1 -Dav eller qT2 distansere Dav gjenoppretter, men kanskje ikke for qT1 og qT2 avhengig av iskemi før reperfusion 8,28. Dessuten er utviklingen av iskemiske skader sannsynligvis være mer variabel i slagpasienter skyldes individuelle forskjeller i faktorer som påvirker mikrosirkulasjonen som alder og Co-morbidities (f.eks, diabetes, hypertensjon, hjertesykdommer). Disse faktorene påvirker uunngåelig tid avhengigheten av f-1, f2 og Voverlapper i menneskelige slag, og dermed krever etterforskning i klinisk innstillinger.
For å konkludere, gir qMRI parametere estimater slag utbruddet tid. Voverlapper og f2 gir de mest nøyaktige anslagene og kan også være informativ vev status. qMRI kan derfor være klinisk gunstig i forhold til hjelpe behandlingen avgjørelser for pasienter med ukjent utbruddet tid. Et problem å bli vurdert her er at grå-til-hvitt-saken forholdet i rotte hjernen er mye høyere enn i mennesker, og hydrodynamikk i slike hjernen vev kan variere 18. Likevel videre etterforskning av tid avhengighet av f2, Voverlapper og qT2 i hyper akutt slagpasienter garanteres.
The authors have nothing to disclose.
BLM er en mottaker av EPSRC PhD studentship og fikk reise stipend til Universitetet i østlige Finland fra skolen av eksperiementell psykologi, University of Bristol. MJK er finansiert av Elizabeth Blackwell Institute og Wellcome Trust internasjonal strategisk støtte fondet [ISSF2: 105612/Z/14/Z]. KTJ og OHJG er finansiert av Academy i Finland, UEF-hjerne strategiske finansiering fra Universitetet i østlige Finland og Biocenter Finland. Arbeidet ble støttet av The Dunhill medisinsk Trust [bevilgning 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 |