En protokol for slagtilfælde indsættende tid skøn i en rotte model af slagtilfælde at udnytte kvantitative magnetisk resonans imaging (qMRI) parametre er beskrevet. Proceduren, der udnytter diffusion MRI til afgrænsning af akut slagtilfælde læsion og kvantitative T1 og T2 (qT1 og qT2) afslapning gange for timingen af slagtilfælde.
Mr giver en følsom og specifik billeddannelse værktøj til at registrere akut iskæmisk slagtilfælde med en reduceret udbredelse koefficient på hjernen vand. I en rotte model af iskæmisk slagtilfælde, forskelle i kvantitative T1 og T2 Mr afslapning gange (qT1 og qT2) mellem iskæmisk læsion (afgrænset ved lav diffusion) og de kontralaterale ikke-iskæmisk halvkugle øge med tiden fra slagtilfælde debut. Tid afhængighed af Mr relaksationstiden forskelle beskrives heuristisk ved en lineær funktion og dermed giver en simpel beregning af slagtilfælde gang. Derudover mængder af unormal qT1 og qT2 inden for iskæmisk læsion stige lineært med tiden at yde en supplerende metode for slagtilfælde timing. En (semi) automatiseret computer rutine baseret på de kvantificerede diffusion koefficient præsenteres for at afgrænse akut iskæmisk slagtilfælde væv i rotte iskæmi. Denne rutine bestemmer også hemisfærisk forskelle i qT1 og qT2 afslapning gange og placering og omfang af unormal qT1 og qT2 voxels inden for læsion. Usikkerhed forbundet med debut estimater af qT1 og qT2 Mr data varierer fra ± 25 min til ± 47 minutter for de første 5 timer i streg. De mest nøjagtige debut estimater kan fremstillet ved kvantificere mængden af overlappende unormal qT1 og qT2 læsion bind, kaldt ‘ Voverlapper‘ (± 25 min) eller af kvantificere hemisfærisk forskelle i qT2 afslapning gange kun (± 28 min). Samlet set udkonkurrerer qT2 afledte parametre dem fra qT1. Den nuværende Mr protokol er testet i hyperakut fase af en permanent fokal iskæmi model, som ikke muligvis gælder for forbigående fokale hjernen iskæmi.
Hjernevæv er særligt sårbare over for iskæmi på grund af den høje afhængighed af oxidativ fosforylering for ATPsyntesen og begrænset energireserver. Iskæmi resulterer i subtile tidsafhængig ionisk ændringer i intracellulære og ekstracellulære rum, der fører til omfordeling af hjernen vand puljer, frigivelse af neurotransmittere, excitotoxic og i sidste ende indledning af destruktive processer 1. I fokal iskæmi, vævsskader breder sig ud over den indledende kerne hvis blodgennemstrømningen ikke er genoprettet inden for en bestemt tidsramme 2. Tidspunktet for slagtilfælde debut er i øjeblikket en af de vigtigste kriterier i kliniske beslutninger for Farmakoterapi af iskæmisk slagtilfælde, herunder recanalization af trombolytisk agenter 3. Derfor, mange patienter er automatisk udelukket fra trombolytisk behandling på grund af ukendte symptom indsættende tid, på grund af slagtilfælde opstår under søvn (‘wake-up slagtilfælde’), mangel på vidne, eller at være uvidende om symptomer 4,5. Der kræves derfor en procedure, der bestemmer tidspunktet for slagtilfælde debut, således at sådanne patienter kan anses for trombolyse.
Mr sonder vand in vivo. Dynamics som er stærkt rystet af akut iskæmisk energi manglende 6. Mest bemærkelsesværdigt, er diffusion af vand underlagt translationel (termisk) bevægelse af vandmolekyler reduceret i de tidlige øjeblikke af iskæmi på grund af energi fejl 7. Dette medfører igen anoxiske depolarisering af neurale celler 8. Diffusion MRI (DWI) er blevet en guldstandarden diagnostic imaging modalitet for akut slagtilfælde 9. DWI signal øger hurtigt svar på iskæmi tillader iskæmisk væv kan identificeres, men viser ikke nogen tid-afhængighed i de første par timer af iskæmisk slagtilfælde 10. Ligeledes kvantitative foranstaltninger af vand diffusion som den tilsyneladende diffusion koefficient (ADC) eller spor af diffusion tensor (Dav) falde hurtigt i iskæmiske væv, men viser ingen sammenhæng med tiden fra slagtilfælde debut i animalsk slagtilfælde modeller 10 og patienter 11.
Kvantitativ MRI (qMRI) afslapning parametre, qT1, qT2 og qT1ρ, er omfattet af roterende bevægelse og udveksling af vand brintatomer og vise komplekse tidsafhængig ændringer i hjernen parenkym følgende iskæmisk energi manglende 6. Sådanne tidsafhængig ændringer aktiveret slagtilfælde gang til estimeres i patienter 12 og dyremodeller iskæmi 13,14,15. I rotte fokale slagtilfælde, qT1ρ stiger næsten øjeblikkeligt efter iskæmi indsættende og fortsat lineært for mindst 6 timer 13,14. qT1 afslapning gange også stige i en tidsafhængig mode i iskæmisk hjernevæv, som kan beskrives ved to tiden konstanter: en hurtig startfasen efterfulgt af en langsom fase varig for timer 8,16. På grund af denne bifasisk stigning, kan anvendelse af qT1 i slagtilfælde timing være mere kompliceret end for qT1ρ Mr 15. qT2 afslapning gange også viser en bi-phasic ændring i rotte fokale slagtilfælde, hvor der er en indledende afkortning inden for den første time, efterfulgt af en lineær stigning med tid 13. Den indledende afkortning kan forklares ved to parallelt kørende faktorer herunder: (i) ophobning af deoxyhemoglobin resulterer i den såkaldte ‘negativt blod iltning niveau afhængige effect’ og (ii), skift af ekstracellulære vand ind i den intracellulære rum 17,18. Tidsafhængig stigning i qT2 skyldes sandsynligvis cytotoksiske og/eller vasogenic ødem med efterfølgende opdeling af intracellulære makromolekylære strukturer 18. Både qT1ρ og qT2 data give nøjagtige skøn over slagtilfælde gang i prækliniske modeller 14. qT2 12 og T2-vejede signal intensiteter 19,20 , er også blevet udnyttet for slagtilfælde indsættende tid skøn i klinisk indstillinger.
Ud over hemisfærisk forskelle i kvantitative lempelse gange, kan den geografiske fordeling af forhøjede afslapning gange inden for regionen iskæmisk også tjene som surrogater for slagtilfælde indsættende tid 14. I rotte modeller af slagtilfælde, regioner med forhøjet qT1ρ, qT2 og qT1 afslapning gange er i første omgang mindre end udbredelsen defineret iskæmisk læsion men øges med tiden 14,15, 21. Kvantificering af den geografiske fordeling af forhøjede afslapning gange som en procentdel af størrelsen af iskæmisk læsion kan dermed også slagtilfælde gang at være anslået 14,15. Her beskriver vi protokol for at bestemme slagtilfælde gang i en rotte model af streg ved hjælp af qMRI parametre.
Den nuværende protokol for estimering af slagtilfælde gang i rotter bruger kvantitativ diffusion og afslapning gang MRI data snarere end signal intensiteter af respektive vejede hr. kontrast billeder19. Seneste beviser peger på ringere ydeevne af billede intensiteter i estimeringen af slagtilfælde indsættende tid 14,25. I ‘diffusion-positive’ slagtilfælde læsion giver vores Mr protokol slagtilfælde debut gange fra qT1 og qT2 Mr data med en nøjagtighed på en halv time eller deromkring. Det er en generel tendens, at qT2 data udkonkurrerer de qT1. Den bedste nøjagtighed for debut tid bestemmelse er fremstillet af mængden af overlappende forhøjede qT1 og qT2 (Voverlapper hinanden).
Billeder i figur 1 viser, at mens den reducerede diffusion koefficient synes temmelig ensartet, regioner med unormale qT1 og qT2 er uensartet spredt inden for iskæmisk læsion. Denne konstatering er i overensstemmelse med tidligere bemærkninger og sandsynligvis skyldes forskellige følsomheder af disse qMRI parametre til patofysiologiske forandringer forårsaget af iskæmi 6. Dette tyder på qMRI parametre kan være informativ af væv status og understøtter begreber at DWI over skøn iskæmisk skade 26. Ja, de seneste prækliniske beviser peger mod heterogeniteten af iskæmisk skade inden for diffusion defineret læsioner 27. Således, kombinationen af diffusion, qT1 og qT2 potentielt giver oplysninger om slagtilfælde indsættende tid og væv status, som begge er klinisk nyttige for behandling afgørelser vedrørende patienter med ukendt debut.
Voverlapper og f2 gav de mest præcise skøn over slagtilfælde gang. Fordelen ved at kvantificere afslapning gange er i modsætning til signal intensiteter er de ufølsomme iboende ændringer forårsaget af tekniske faktorer såsom magnetfelt inhomogeneities og proton tæthed 6, herunder den forventede magnetfelt variation inden for iskæmisk læsion 18. Reduceret usikkerhed forbundet med gang estimater af qT1 og f1 er sandsynligvis på grund af ovennævnte bi-phasic svar på qT1 iskæmi, som bidrager til den lavvandede skråning af tidsafhængig qT1 ændre 8,15,16. Mr data vist (figur 2) er i overensstemmelse med tidligere værker 13,14, at tidsforløbet af afslapning gang forskelle mellem iskæmisk og kontralaterale ikke-iskæmisk hjernen er tilstrækkeligt beskrevet af lineære funktioner. Det er dog vigtigt at bemærke at understøtte hydrodynamiske ændringer på grund af iskæmi ikke er lineære 1,18.
Den nuværende Mr protokol for slagtilfælde gang er påvist hos rotter udsat for permanent iskæmi ved hjælp af Longa et al. procedure 22. Vores erfaring, Longa et al. procedure undlader at fremkalde MCAO i 10-20% af rotter, men kan som ADC bruges til at kontrollere tilstedeværelsen af iskæmi, eksperimenter afsluttes for tidligt. Manglende evne til at fremkalde MCAO skyldes ofte ufuldkommen occluder tråd. En yderligere faktor resulterer i eksperimentel fejl er, at MCAO er en alvorlig procedure forårsager død af op til 20% af rotter under en langvarig Mr session.
Slagtilfælde indsættende timing protokollen gælder kun for permanent iskæmi. I rotte fokal iskæmi med reperfusion, vil forholdet mellem Dav og qT1 eller qT2 adskille som Dav genopretter, men kan ikke for qT1 og qT2 afhængigt af varigheden af iskæmi forud for reperfusion 8,28. Desuden er udviklingen af iskæmisk skade tilbøjelige til at være mere variabel i apopleksi patienter på grund af individuelle forskelle i faktorer, der påvirker mikrocirkulationen som alder og co-morbiditet (f.eks.diabetes, hypertension, hjertesygdom). Disse faktorer vil uundgåeligt påvirke tid afhængigheden af f1, f2 og Voverlapper i menneskelige strøg og dermed kræver undersøgelser i klinisk indstillinger.
Afslutningsvis vil jeg sige, giver qMRI parametre estimater af slagtilfælde gang. Voverlapper og f2 give de mest præcise skøn og kan også være informativ væv status. qMRI kunne derfor være klinisk fordel i form af medvirken behandling beslutninger for patienter med ukendt gang. Et problem kan betragtes her er at grå til hvid substans forhold i rotte hjernen er meget højere end i mennesker, og hydrodynamik i disse hjernen vævstyper kan variere 18. Ikke desto mindre yderligere undersøgelse tid afhængighed af f2, Voverlapper og qT2 i hyper akut apopleksi patienter er berettiget.
The authors have nothing to disclose.
BLM er en modtager af EPSRC PhD studentship og modtog et rejselegat til universitetet af østlige Finland fra skolen i eksperimentel psykologi, University of Bristol. MJK er finansieret af Elizabeth Blackwell Institute og Wellcome Trust international strategisk støttefond [ISSF2: 105612/Z/14/Z]. KTJ og OHJG er finansieret af Finlands akademi, UEF-hjerne strategiske midler fra Universitet i Østfinland og Biocenter Finland. Arbejdet var støttet af The Dunhill medicinsk Trust [grant antallet 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 |