Name: simultaneous pet/mri imaging during mouse cerebral hypoxia-ischemia
Uploaded: 2015-09-20T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 35 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia at JoVE.com

著者は、カリフォルニア大学デ​​ービス校とジェネンテックで医学科での分子とゲノムイメージングセンターを承認したいと思います。この作品は、国立衛生研究所のバイオエンジニアリング研究パートナーシップ助成金番号R01 EB00993によってサポートされていました。

全ての動物取り扱い及び手順は、本明細書に記載されており、動物実験によると：実験動物管理認定の評価のための協会によって承認されたプロトコルに従って行われた、in vivo実験（ARRIVE）のガイドラインでの報告（AAALAC）インターナショナルは、施設内動物実験を認定しましたそして、カリフォルニア大学デ​​ービス校で使用委員会。適切な手術は動物の任意の痛みや不快感の兆候が生じてはならず、適切な手順は、これらの兆候は、安楽死、鎮痛剤のまたはいくつかの場合には投与を含む、認められた場合取られるべきです。動物の右側を説明一方的な手順については、任意に選ばれました。 1.片側総頸動脈（CCA）連結<ol><li>便利な立地の滅菌手術道具や材料を滅菌フィールドを準備します。確実加熱パッドは、パッド上にしっかりと配置された温度プローブを37℃に加温します。 ＆＃160;手術部位をカバーするために滅菌ドレープを使用してください。 </li><li> （0.5〜1リットル/分でイソフルラン、空気中の1〜3％）、動物を麻酔し、尾は反対側と仰臥位で動物を配置します。つま先をつまんで麻酔を確認します - 動物を適切に麻酔されている場合、これは何の反応を誘発してはなりません。目に眼軟膏を適用します。 </li><li> 1-2綿棒を使って上部の胸の部分に下の首に脱毛クリームを適用します。 1-3分待ってから、濡れたガーゼやアルコール綿棒を使用して髪やクリームを削除します。その後、綿棒切開の内部から外部への循環方法でベタジンの領域、および無菌手術用手袋に変更。 </li><li>手術用ハサミを使用して、下の首の正中線に沿って約1センチの切開を行います。慎重に手術用はさみを使用して筋膜を囲むから外皮を分離します。 </li><li> 2マクファーソンマイクロアイリス縫合鉗子を使用して、損傷静脈またはdisturを避けるように注意しながら、筋膜から右総頸動脈を分離迷走神経をビンビン。 </li><li>右側の鉗子を使用して、安定した位置に右CCAを体外に出します。乾燥を防ぐために生理食塩水を数滴を適用します。二重の正方形の結び目を用いて適切な右CCAの下に6-0絹縫合糸の長さ（2-3センチ）、およびライゲートを渡します。必要に応じて、再度、6-0絹縫合糸の第二の長さを使用して連結します。 </li><li>右CCAを再配置し、滅菌スポンジチップを渡した綿棒を使用して開くから過剰な流体を清掃してください。 6-0絹縫合糸で切開を閉じます。 7ミリグラム/キログラムまでの局所リドカインを適用します。 </li><li>動物が歩行（約30分）まで、麻酔から回復し、動物がイメージングのための準備ができるまで術後のモニタリングを行うことができます。 </li></ol>イメージング用2.準備：システムとハードウェアのチェック<ol><li> MRIとPETシステム用のハードウェアとソフトウェアをセットアップし、次のようにその機能を確認してください。すべての物理的な接続が確実に行われていることを確認し、ソフトウェアの設定が適切に選択されています。 <ol><li&gt; PETシステムは、空気冷却システムを使用して、5°Cの所定の動作温度であることを確認します。 </li><li>ビュー（FOV）のPETやMRIのフィールドを揃えるのMRIボアの内部マウントPETシステムは、既知の軸方向のオフセットを使用して中央に配置されます。 PETシステムのボア内部のMRIコイルをマウントし、PETシステムとMRI磁石センターとコイルを中央に配置します。 </li><li>パワーとバイアス電圧用PETエレクトロニクスをオンにします（注：手順は機器によって異なります）。 68 Geのシリンダーを使用してクイック（5分）スキャンを実行し、すべての検出器が動作している保証するために、得られたサイノグラムを確認してください。 </li><li>必要に応じて同時登録目的のためのPET / MRIの変換行列に使用するデータを取得：18 F水溶液200μCiので三次元ファントム（例えば、3満たさ球）を記入し、PETとの15分間獲得。スキャンコントロールウィンドウで、マルチスライスマルチエコー（MSME）シーケンスを選択します（ 表1を参照してください ：解剖学的MRIデータを取得</stronG&gt;）。軸方向、矢状および冠状：すべての3つの主要な方向性について、この手順を繰り返します。 </li></ol></li><li>輸液ポンプの設定と動作を確認してください。一定注入の45分で総容量200μlを実現し、毎分4.44マイクロリットル、20gの動物における静脈内注射のための典型的な推奨限度にポンプを設定します。 </li><li>ヒーター動作を確認し、温度出力は、動物温かい（37℃）を維持するのに十分であることを確認します。温度および呼吸モニタリングは、動物のベッドの上で動物の配​​置の準備のために動作していることを確認してください。 </li><li> （0.5 L /分：O 2を 57.2ミリグラム/分および0.575グラム/分でN 2で）O 2とN 2流量計の動作を確認した圧縮空気をオフ源とO 2とN 2との両方の電源を入れることにより、ソースの。流量計を損傷する危険性を回避するために、十分な入力圧力なして、電源を入れないでください。 </li><li>そのイソフルランvを確認aporizerは十分に満たされています。イメージングの前に、1〜2％でイソフルラン麻酔の流れを開始し、0.5〜1リットル/分。 </li><li>麻酔、呼吸パッド、およびヒーターシステムがしっかりと機能的に配置されていることを確実にすることにより、動物のベッドを準備します。追加のPET / MRI共同合わせ精度、基準マーカー（例えば、画像化のために注入されたのと同様の濃度で放射性トレーサーで満たされたキャピラリーチューブ）は、視野内の動物のベッドに取り付けることができます。 </li></ol> 3.イメージングワークフローすべての必要な機器のチェックが完了した後、以下のように、画像に進みます。 <ol><li>イソフルランで動物を麻酔し、（5cm未満チューブ28 G針、PE-10）尾静脈カテーテルを挿入し、ヘパリン化生理食塩水（10 mlの生理食塩水0.5 mlのヘパリン、千USP / mlの）を充填しました。動物および/または尾部を加温すると、カテーテル挿入の精度を向上させることができます。必要に応じて挿入部位にシアノアクリレート接着剤のドロップを置きますIVラインを確保します。 </li><li>準備された動物のベッドに動物を転送します。動物の頭部が使用されている場合は代わりに、歯のバーや耳の棒で固定上顎切歯で、安全であることを確認してください。 </li><li>乾燥を防ぐために、目に眼軟膏を適用します。直腸プローブ温度計を挿入します。温度と呼吸測定値が機能していることを確認してください。 </li><li> PE-10チューブと200μlのボリュームを構成するために約3メートル - 適切な長さのヘパリン処理したPE-10チューブに注入する（200μl中μCiの600の周りに）放射性トレーサーの投与量を描画します。輸液ポンプシリンジにこのチューブの一端を接続し、尾静脈カテーテルラインに他の、チューブにパンクを作成しないように注意して。 </li><li>必ずMRIコイルの位置および任意の線やケーブル、特に麻酔チューブを乱さないようになって、磁石のボア内に前方に動物のベッドをスライドさせます。脳の中心がMの中心と整列していることを確認してくださいRIコイル、PETシステム、及びMRI磁石。 </li><li>ハイパワープリアンプの表示を観察することにより、インピーダンス（コイルの仕様を確認してください）と周波数（7テスラで 1時間、300 MHz）のミスマッチを最小限に抑え、コイルに調整ノブを回転させることにより、MRIコイルのチューニングとマッチングを行います。 </li><li>チューニングとマッチングした後（MRI）、スカウト画像を取得：RARE tripilotシーケンスを選択して、スキャンコントロールウィンドウからシーケンスを実行します。ステップ3.5と3.6、必要に応じて繰り返し、動物の位置を確認してください。ゼロ値にシムをリセットします。 </li><li> （MRI）は、脳内のボリュームにローカライズされた、ポイント分解分光スキャン（プレス）を取得するには：寸法3.9ミリメートル×6ミリメートル×9 mmの長方形の体積である （表1を参照）を押しシーケンスを実行します。 CalcLineWidthマクロコマンドを使用して、水の線幅を確認してください。半最大（FWHM）値全幅が許容範囲内にある場合（例えば、0.2 ppm）で、3.10に進みます。ない場合は、ステップ3に進みます。9。 </li><li> （ 表1参照 ）のFieldMapシーケンスを実行します（MRI）は、フィールドマップを取得します。 MAPSHIMマクロコマンドを実行し、線形及び二次（Z 2）ローカル調整を選択することで、多角度投影シム（MAPSHIM）について得られたデータを使用してください。手順を繰り返し3.8。 </li><li> （MRI）のDWIスキャン（ 表1参照 ）ためのスライス計画の位置：ジオメトリエディタを使用して、取得FOVは脳内の関心の所望の体積を取得するように配置されていることを確認。必要に応じて、結果として得られるスライスプランが整列されている場合は、それ以降のすべてのDWIスキャンのスキャンコントロールウィンドウでこのスライスプランをコピーします。取得を開始します。 </li><li> PET収集を調製し、開始する準備で（PET）、注入ポンプを起動します。カテーテルからの生理食塩水が注入された予め決定された遅延の後、放射性トレーサーのエントリを捕捉するために、（ 表1参照）PET収集を開始します。計数率を監視し、緩やかな増加を見て成功注入を示すカウントインチ</li><li> 10〜15分後に、ステップ3.12と低酸素チャレンジ同時を開始します。低酸素チャレンジを開始するには、8％の酸素と92％の窒素を提供し、0.8％にイソフルランを減らすために所定の設定で、O 2とN 2の流量計に医療空気の流れと、すぐに電源を切ってください。入力圧力なしに流量計の電源は入れないでください。 </li><li> （MRI）ステップ3.12と同時に、ステップ3.10（「H1」をスキャン）で調製したDWI取得を開始します。 </li><li> （MRI）スキャンH1が完了した直後に、ステップ3.10で製造し、DWI取得は（「H2」をスキャン）を開始します。 、流量計の電源をオフに医療空気の流れを回復し、生理学的モニタリングに基づいて、適切な値にイソフルラン濃度を返すことによって、低酸素の挑戦を終了します。 </li><li> （MRI）後低酸素症DWIスキャンステップ3.10で製造し取得します。このスキャンが完了した後に輸液ポンプの電源を切ります。 </li><li> （MRI）はアナトを買収軸と矢状面でomical画像。スキャンコントロールウィンドウで- MSMEシーケンスを（ 表1を参照）を選択します。ジオメトリエディタを使用して、取得FOVは脳をカバーしていることを確認してください。 </li><li> 、動物を削除する際に歩行ケージに戻り、罹患の兆候を監視し、必要に応じて二次方法として頸椎脱臼に続いてCO 2の投与と安楽死。 </li></ol>

<ol>
	<li>Donnan, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Lancet. 371, 1614-1623 (2008).</li><li>Turner, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+science+of+cerebral+ischemia+and+the+quest+for+neuroprotection+navigating+past+failure+to+future+success+A+review.">The science of cerebral ischemia and the quest for neuroprotection navigating past failure to future success A review.</a> Journal of Neurosurgery. 118, 1072-1085 (2013).</li><li>Vannucci, R. C., Perlman, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interventions+for+perinatal+hypoxic+ischemic+encephalopathy.">Interventions for perinatal hypoxic ischemic encephalopathy.</a> Pediatrics. 100, 1004-1014 (1997).</li><li>Chicha, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stem+cells+for+brain+repair+in+neonatal+hypoxia&#8211;ischemia.">Stem cells for brain repair in neonatal hypoxia&#8211;ischemia.</a> Childs Nervous System. 30, 37-46 (2014).</li><li>Barks, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+controversies+in+hypothermic+neuroprotection.">Current controversies in hypothermic neuroprotection.</a> Seminars in Fetal and Neonatal. 13 (1), 30-34 (2008).</li><li>Jantzie, L. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neonatal+ischemic+stroke+a+hypoxic+ischemic+injury+to+the+developing+brain.">Neonatal ischemic stroke a hypoxic ischemic injury to the developing brain.</a> Future Neurology. 3, 99-102 (2008).</li><li>James, A., Patel, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypoxic+ischaemic+encephalopathy.">Hypoxic ischaemic encephalopathy.</a> Paediatrics and Child Health. 24 (9), (2014).</li><li>Levine, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anoxic+ischemic+encephalopathy+in+rats.">Anoxic ischemic encephalopathy in rats.</a> The American Journal of Pathology. 36 (1), (1960).</li><li>Vannucci, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+stroke+in+the+female+diabetic+db+db+mouse.">Experimental stroke in the female diabetic db db mouse.</a> Journal of Cerebral Blood Flow &amp; Metabolism. 21, 52-60 (2001).</li><li>Sheldon, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+related+brain+injury+in+neonatal+mice+subjected+to+hypoxia+ischemia.">Strain related brain injury in neonatal mice subjected to hypoxia ischemia.</a> Brain Research. 810, 114-122 (1998).</li><li>Adhami, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+ischemia+hypoxia+induces+intravascular+coagulation+and+autophagy.">Cerebral ischemia hypoxia induces intravascular coagulation and autophagy.</a> American Journal of Pathology. 169 (2), 566-583 (2006).</li><li>Catana, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+in+vivo+positron+emission+tomography+and+magnetic+resonance+imaging.">Simultaneous in vivo positron emission tomography and magnetic resonance imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 3705-3710 (2008).</li><li>Judenhofer, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+PET+MRI+a+new+approach+for+functional+and+morphological+imaging.">Simultaneous PET MRI a new approach for functional and morphological imaging.</a> Nature Medicine. 14, 459-465 (2008).</li><li>Wehrl, H. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+PET+MRI+reveals+brain+function+in+activated+and+resting+state+on+metabolic+hemodynamic+and+multiple+temporal+scales.">Simultaneous PET MRI reveals brain function in activated and resting state on metabolic hemodynamic and multiple temporal scales.</a> Nature Medicine. 19, 1184-1189 (2013).</li><li>Judenhofer, M. S., Cherry, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+for+preclinical+PET+MRI.">Applications for preclinical PET MRI.</a> Seminars in Nuclear Medicine. 43 (1), 19-29 (2013).</li><li>Wehrl, H. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preclinical+and+Translational+PET/MR+Imaging.">Preclinical and Translational PET/MR Imaging.</a> Journal of Nuclear Medicine. 55, 11S-18S (2014).</li><li>Heiland, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+and+Perfusion+Weighted+MR+Imaging+in+Acute+Stroke+Principles+Methods+and+Applications.">Diffusion and Perfusion Weighted MR Imaging in Acute Stroke Principles Methods and Applications.</a> Imaging Decisions MRI. 7, 4-12 (2003).</li><li>Loubinoux, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spreading+of+vasogenic+edema+and+cytotoxic+edema+assessed+by+quantitative+diffusion+and+T2+magnetic+resonance+imaging.">Spreading of vasogenic edema and cytotoxic edema assessed by quantitative diffusion and T2 magnetic resonance imaging.</a> Stroke. 28, 419-427 (1997).</li><li>Ouyang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+2+[18F]fluoroacetate+kinetics+in+rodent+models+of+cerebral+hypoxia&#8211;ischemia.">Evaluation of 2 [18F]fluoroacetate kinetics in rodent models of cerebral hypoxia&#8211;ischemia.</a> Journal of Cerebral Blood Flow &amp; Metabolism. 34 (5), 836-844 (2014).</li><li>Kuhl, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+stroke+on+local+cerebral+metabolism+and+perfusion+mapping+by+emission+computed+tomography+of+18FDG+and+13NH3.">Effects of stroke on local cerebral metabolism and perfusion mapping by emission computed tomography of 18FDG and 13NH3.</a> Annals of Neurology. 8, 47-60 (1980).</li><li>Planas, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+Brain+Imaging+in+Small+Animal+Stroke+Models+MRI+and+PET.">Noninvasive Brain Imaging in Small Animal Stroke Models MRI and PET.</a> Neuromethods. 47, 139-165 (2010).</li><li>Marik, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PET+of+glial+metabolism+using+2-18F-fluoroacetate.">PET of glial metabolism using 2-18F-fluoroacetate.</a> Journal of Nuclear Medicine. 50 (6), 982-990 (2009).</li><li>Mart&#237;n, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depressed+glucose+consumption+at+reperfusion+following+brain+ischemia+does+not+correlate+with+mitochondrial+dysfunction+and+development+of+infarction:+an+in+vivo+positron+emission+tomography+study.">Depressed glucose consumption at reperfusion following brain ischemia does not correlate with mitochondrial dysfunction and development of infarction: an in vivo positron emission tomography study.</a> Current Neurovascular Research. 6, 82-88 (2009).</li><li>Carson, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PET+physiological+measurements+using+constant+infusion.">PET physiological measurements using constant infusion.</a> Nuclear Medicine and Biology. 27, 657-660 (2000).</li><li>Greve, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+BOLD+effect.">The BOLD effect.</a> Methods in Molecular Biology. 771, 153-159 (2011).</li><li>Flores, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+anesthetic+agent+and+carrier+gas+on+blood+glucose+and+tissue+uptake+in+mice+undergoing+dynamic+FDG-PET+imaging+sevoflurane+and+isoflurane+compared+in+air+and+in+oxygen.">The effects of anesthetic agent and carrier gas on blood glucose and tissue uptake in mice undergoing dynamic FDG-PET imaging sevoflurane and isoflurane compared in air and in oxygen.</a> Molecular Imaging and Biology. 10, 192-200 (2008).</li><li>Delso, G., Ziegler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PET+MRI+system+design.">PET MRI system design.</a> European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 36, 86-92 (2009).</li></ol>

JMとSWはジェネンテックの従業員です。

同時解剖学的MRI、ダイナミックDWI-MRIおよび[18 F] FDG PETデータが正常に総頸動脈結紮後低酸素チャレンジの間に実験動物から取得しました。これは、脳内の虚血発作に関連する急速に進化する病態生理のマルチモーダルイメージングのための強力な実験パラダイムを表し、容易に他のPETやMRIシーケンス（神経炎症の例マーカー用）の放射性トレーサー、ならびに介入戦略の影響を研究するために拡張することができます中またはまもなく虚血性攻撃後。 脳HIモデルにおける低酸素チャレンジの間に同時PET / MRI画像を正常に実行するために、物流が考慮され、方法は、それに応じて調整する必要があります。潜在的に、実験の時間的な配置に影響を与える要因としては、これらに限定されないが、放射能の1）ソース - RAに応じて放射性核種の使用diotracer、半減期、及び比活性の必要条件は、これは、画像化された動物の可能な合計数に影響を及ぼし得ます。 2）部屋のレイアウト - これは使用チューブ、したがって、注入量の長さに影響を与える可能性がある、または注射用量を維持するために追加の手順が必要な場合があります。これはまた、麻酔チューブ内のガス混合物の平衡に到達する時間に小さな影響を有していてもよいです。 3）動物の体重-いくつかの機関は、潜在的にチューブの長さと輸液ポンプ速度設定に影響を与える順番に、生存方法 （例えば、体重の1％未満）の総注入量に制限を課すことができます。 4）トレーサの配信-ボーラス、注入、またはボーラスプラス注入配信は放射性トレーサーの薬物動態によって決定されるように、使用され、観察可能な変化を期待することができる-後者の二つは、ダイナミックな変化24に追従するために特に有用です。 PET及びMRI画像取得プロトコルの設計、特定のLY作業すると、限られた時間を与えられ、この実験では、別の重要な要因です。エコープラナーイメージング（EPI）は、ここで提示されるようなベースのDWIシーケンス（EPI-DWI）を使用している場合は、重要な考慮事項が持続、視野、および拡散勾配の重みと方向をスキャンすることを含みます。これらのパラメータを調整しながら、EPI-DWIに固有の問題もゴースト、信号ドロップアウト、および勾配デューティ・サイクルの制限を含め、対処しなければなりません。呼吸ゲーティングを使用することは、運動に起因する問題に対処するために使用することができる。 表1は PETハードウェア、取得パラメータ、及びトレーサー配信パラメータに関する情報と共に使用されるMRI収集パラメータを記述する。 PETデータの定量化のために、検出器の正規化を適用する必要があります。我々のケースで行われていないが、さらなるステップは、セグメント化されたMRIデータを使用して減衰補正及び散乱補正を含む、より正確な定量化を達成するために取ることができます。前者はトンのような小さな動物では必要ないかもしれません減衰の程度彼が小さく、同様のサイズのキャリブレーション・オブジェクトを使用して説明することができます。使用されるMRIの配列に応じて、それはまた、T2 * 25上の任意の有意なBOLD効果を考慮する必要があるかもしれません。また、血糖で麻酔し、キャリアガスの効果は、[18 F] FDG 26を使用する際に考慮される必要があり得ます。 チェックは、PETとMRIシステムとの間に、または撮像システムおよび実験に使用される他の計測器との間に有意な相互干渉がないことを保証するために行われるべきです。私たちは急激な勾配スイッチングによって誘導されたPSAPDベースの検出器におけるスプリアス信号にPETシステムにおける数の瞬間的な損失を観察しているが、個別に、または同時に取得時に我々の経験では、PETやMRI画像品質に有意差は見られず、他の12で指摘されている効果。観察されたもう一つの問題はありませんでしたRFISEは、注入ポンプ、電源からのデータが失われたPET検出器の収集を妨げます。これは、実験室品質の電源で、元のACアダプタを交換することで解決しました。より多くのPET / MRIのハードウェア構成は、文献に記載されており、このプロトコルの調整には、固有のセットアップ12,27を収容するために必要とされてもよいです。 撮像ワークフローは異なるMRIパルスシーケンス、またはPETトレーサー及び取得スキームのための条件を最適化するために修飾することができます。例えば、脳HIモデルにおける損傷の重症度は、他の条件の中で低酸素状態11の継続時間を変調することが示されています。低酸素チャレンジの長さを大きくすると、より細かい時間分解能でDWIデータの取得を可能にする、またはPETトレーサーのためのより強固な半球状の取り込みの比較を可能にすることができます。プロトコルの他の態様は、利用可能なリソースと人員に基づいて調整することができます。ための例えば、手術は、互い違いとCCAライゲーションおよび低酸素との間の時間のばらつきを低減するために、イメージングセッションに平行に実行することができます。 このプロトコルでは、同時PETやMRI買収は、生理的な課題に加えて、タイミングの面でお互いに相互の制限を課しています。 EPI-DWIシーケンスを最適化するには、画質を維持しながら、追加の拡散方向を有する低酸素チャレンジの間に、複数の取得を実行するための許容範囲を超えて取得時間を増加させることが見出されました。したがって、拡散勾配は、単にz軸に沿って適用しました。また、撮影プロトコルに動物モデルの適応は、いくつかの変更が必要になる場合があり - 私たちの場合には、標準的な脳低酸素虚血モデルは、低酸素チャレンジの間に追加の流体（放射性トレーサーの0.2ミリリットル）を注入することによって変更されました。 <p class=この実験におけるタイミングの複雑さを考える「jove_contentは &quot;&gt;、せいぜい実験を遅らせる、あるいは最悪の場合に救出データなしで実験を終了する場合があり、道に沿って異なるステップで多くの障害モードがあります。各ステップでの一貫性は、動物モデルの生成からの撮像に、重要である唯一の調製および実施によって達成することができます。本論文で提示技術の習得は、動物モデルとPETやMRIコントラストの様々な方法への同時PET / MRI画像の堅牢なアプリケーションを可能にします。

世界的に、脳卒中は、死亡原因の第2位と障害1の主要な原因です。中に発生し、急性脳卒中イベントを以下の生化学的および生理学的事象のカスケードを迅速かつ組織の生存率と最終的な結果2への影響で発生します。低酸素性虚血性脳症（HIE）につながる脳低酸素虚血は、（HI）、最大0.3％、フル用語や早産出生、それぞれ3,4の4％に影響を与えると推定されます。 HIEを有する乳幼児の死亡率は20％、約15％です。 HIE生存者の25％は、恒久的な合併症は、精神遅滞、運動障害、脳性麻痺、てんかん3,4を含む傷害の結果として生じます。過去の治療的介入は、ケアの標準として採用の価値が証明されていないと、低体温に基づいて、最も高度な方法は、効果的に罹患率3,5を削減していることをコンセンサスがまだ到達しなければなりません。その他の問題OFの競合は、低体温と患者の選択6の投与方法が含まれます。したがって、神経保護および神経修復のための戦略は、まだ研究のために7肥沃な地域です。 脳HIのラットモデルは、1960年代から利用されてきたし、その後マウス8,9に適応させました。これにより、モデルの性質および連結の場所に、固有の変動が原因の動物10の間の側副流の違いの結果であります。結果として、これらのモデルは、中大脳動脈閉塞（MCAO）と同様のモデルに比べて、より可変である傾向があります。生理学的変化のリアルタイム測定は、レーザードップラー流量計ならびに拡散強調MRI 11で実証されています。中に、すぐに低酸素症の後、ならびに梗塞体積および神経などの急性転帰における脳の流れ、血液中の観察イントラ動物変動赤字は、マルチモーダルデータの同時取得と相関が有益であろうことを示唆しています。 同時陽電子放出断層撮影（PET）及び磁気共鳴イメージング（MRI）における最近の進歩は、前臨床イメージング12-14に新しい可能性を可能にしました。これらのハイブリッドの潜在的な利点は、前臨床用途のための組み合わせたシステムは、文献15,16に記載されています。多くの臨床前の質問は個々の動物を順次撮像することにより、または別個の動物群を画像化することによって対処することができますが、特定の状況 - 例えば、このようなイベントの各インスタンスは、ストロークが急激に病態生理を進化させると、独自に現れとして - それが望ましいとしても必要な作ります同時測定を使用しています。脳機能イメージングこのような一例を提供し、同時に2-デオキシ-2-（18 F）フルオロᴅグルコース（[18 F] FDG）PETとblooD-酸素レベル依存（BOLD）MRIは、最近、ラットウィスカ刺激試験14において示されています。 ここでは、低酸素性虚血性脳卒中における脳生理学の発症時に同時PET / MRI画像を立証することは定常状態ではありませんが、代わりに、迅速かつ不可逆的に低酸素チャレンジの間に変化しています。水拡散の変化は、MRIによって測定され、拡散強調画像（DWI）に由来する見かけの拡散係数（ADC）によって定量化として、臨床および前臨床データ17,18に脳卒中のためによく特徴づけられています。このようにMCAoなどの動物モデルでは、影響を受けた脳組織中の水の拡散が原因で、細胞傷害性浮腫18につながる生体エネルギーカスケードに急速に低下します。 ADCにおけるこれらの変化はまた、急性脳低酸素虚血11,19の齧歯類モデルにおいて観察されます。 [18 F] FDG PET画像化は、ローカルGLの変化を評価するために、脳卒中患者において使用されていますucose代謝20、及びインビボでの動物試験の小さい数は、脳低酸素虚血モデル22を含む、[18 F] FDG 21を使用しています 。再灌流でモデルを用いた研究では、後に梗塞開発23これらの代謝変化の相関は認められなかったが、一般的に、これらの研究は、虚血性の地域で減少したグルコース利用を示しています。これは不可逆的に損傷を受けたコア21と関連している拡散変化とは対照的です。これは、損傷の進行とのインパクトについて意味のある情報をもたらす可能性があるようにこのように、ストロークの進化中に同時の様式で、[18 F] FDG PETおよびDWIに由来する相補的な情報を得ることができることが重要です治療的介入。私たちはここで説明する方法は、PETトレーサーおよびMRIシーケンスの様々な使用することが容易に適しています。たとえば、[15 O] H 2 O PETDWIおよびMRIから灌流強調画像（PWI）と一緒にイメージングは​​さらに、虚血性半影の開発を模索し、ストロークイメージングフィールド内の現在の技術を検証するために使用することができます。

<table><tbody><tr><td>Surgery</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Surgical scissors</td><td>Roboz</td><td>RS-5852</td><td></td></tr><tr><td>Forceps</td><td>Roboz</td><td>RS-5237</td><td></td></tr><tr><td>Hartman mosquito forceps</td><td>Miltex</td><td>7-26</td><td></td></tr><tr><td>2x McPherson suturing forceps, 8.5 cm</td><td>Accurate Surgical &amp;amp; Scientific Instruments</td><td>4473</td><td>It is useful to reduce the opening width with a band on the forceps used to hold the carotid artery</td></tr><tr><td>6-0 silicone coated braided silk suture with 3/8 C-1 needle</td><td>Covidien Sofsilk</td><td>S-1172</td><td></td></tr><tr><td>Homeothermic blanket system</td><td>Harvard Apparatus</td><td>507220F</td><td></td></tr><tr><td>Super glue</td><td>(Generic)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hypoxia</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Flowmeter for O2</td><td>Alicat Scientific</td><td>MC-500SCCM-D</td><td></td></tr><tr><td>Flometer for N2</td><td>Alicat Scientific</td><td>MC-5SLPM-D</td><td></td></tr><tr><td>O2 meter</td><td>MSA</td><td>Altair Pro</td><td></td></tr><tr><td>Imaging</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>7.05 Tesla MRI System</td><td>Bruker</td><td>BioSpec</td><td>20 cm inner bore diameter with gradient set. Paravision 5.1 software.</td></tr><tr><td>Volume Tx/Rx 1H Coil, 35 mm ID</td><td>Bruker</td><td>T8100</td><td></td></tr><tr><td>PET system</td><td>(In-house)</td><td></td><td>4x24 LSO-PSAPD detectors,&lt;br/&gt; 10x10 LSO array per detector,&lt;br/&gt; 1.2 mm crystal pitch and 14 mm depth. 14 x 14 mm PSAPD. FOV: 60x35 mm. 350-650 keV energy window. 16 nsec timing window.</td></tr><tr><td>Vessel cannulation Dumont forceps</td><td>Roboz</td><td>RS-4991</td><td></td></tr><tr><td>PE-10 polyethylene tubing</td><td>BD Intramedic</td><td>427401</td><td></td></tr><tr><td>Infusion pump</td><td>Braintree Scientific</td><td>BS-300</td><td></td></tr><tr><td>Animal monitoring &amp;amp; gating equipment</td><td>Small Animal Instruments Inc.</td><td>Model 1025</td><td>Only respiration monitoring used</td></tr><tr><td>Animal bed with temperature regulation</td><td>(In-house)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

simultaneous pet/mri imaging during mouse cerebral hypoxia-ischemia

組織の水の拡散およびグルコース代謝の動的変化は、影響を受けた細胞内の生体エネルギーの乱れを反映して、脳低酸素虚血に低酸素症の間と後に発生します。拡散強調磁気共鳴画像法（MRI）は、低酸素性虚血によって、潜在的に不可逆的に、破損している領域を特定します。影響を受けた組織は、2-デオキシ-2-（18 F）フルオロᴅグルコース（[18 F] FDG）取り込みの陽電子放射断層撮影（PET）画像化によって検出可能でグルコース利用の変化。これによって動物モデルにおける傷害の迅速かつ可変性のために、データの両方のモードの取得は意味のあるPETやMRIのデータを相関させるために、同時に実行する必要があります。また、血管の違いによる低酸素性虚血性損傷における動物間変動は、マルチモーダルデータを分析し、データが個々の被験者に同時に取得されていない場合に、グループごとのアプローチの変化を観察する能力を制限します。メソッドのPここに憤慨中、1は前に同じ動物で拡散強調MRI及び[18 F] FDGの取り込みデータの両方を取得することを可能にし、低酸素チャレンジ後即時生理学的変化を調べるためです。

図1は、6-0絹縫合糸で創傷を閉鎖する前に、総頚動脈の適切なライゲーションの結果を示しています。 この方法では、イメージングから得られるデータは、順番に指示し、また、画像取得方式や機器の設定を含む実験的な制限によって決定され、実験の時間的な配置に大きく依存します。これらおよびその他の考慮事項は、さらなる議論のセクションで検討されています。本明細書に記載されたプロトコルでは、機器（ 図2A）の物理的なセットアップは中、前途切れのないマルチモーダル画像取得を可能にし、（ 図2B）、低酸素チャレンジ（ 図2C）の迅速な導入後。 この動物モデルでは、多くの虚血性脳卒中モデルと同様に、拡散の変化は侮辱した後、急速に検出可能である（representat については、図3Aを参照してくださいアイブ例）。基本的に脳HIモデルを変えることはない私たちの方法は、拡散変更は堅牢な方法で再生することができるように- 図3Bは、反対側の（非閉塞、左）との間に（z方向のADC）進化パーセントのADC Zの違いを示していそして、同側（スキャンH2のためのn = 6、N =他のすべての時点で5）、％LRを、脳の両側を（右、閉塞）。予想されたように、傷害などの脳の減少の閉塞された側のADC値が進行する。 図3Cは、DWIシーケンスの例冠状スライスだけでなく、ためのFOV（8ミリメートル）の限られた軸方向の広がりを実証矢状スライスを示していますシーケンスが使用されます。 DWIのために使用されるエコープラナーイメージング（EPI）シーケンスに課せられた制限に関する詳細は議論の項に記載されています。要するに、提案されている撮像フレームワークを用いて得られた画像の品質は、システムの性能特性に依存し、particulでEPIベースのDWIシーケンスARハードウェア条件または取得パラメータ次善のを露出させることができる（ 図5B参照 ）。その有意差はベースラインとそれに続くADC％のLR値（P &lt;0.05、不対のt検定）との間で観察されたが、これは我々の実験セットアップを使用して問い合わせる堅牢なパラメータであることを示唆しています。 ADCの変化と並行に、半球状の差が低酸素チャレンジを開始した後、スキャンH2（11％平均LR差、N = 3）中の [18 F] FDGの取込みで観察されました。これが原因で動物の多様性のため、おそらくすべての場合に真実ではありませんでしたが、2〜3の例では、同側の[18 F] FDGの取り込みは、（代表例については、図4を参照）、低酸素後に対側の取り込みと比較し減少した。 図5（a）は、どこに例を示します2つの半球間の[18 F] FDGの取り込みの相対的な差は、1つの動物（青）。 図中では予想されなかったとして、図5（a）はまた、低酸素症後の予想通り、[18 F] FDGの取り込みがあったが、動物がスキャンH2の終わりに死亡した例を示しています。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52728/52728fig1.jpg" /> 6-0絹縫合糸で結紮右総頸動脈の図1の例。動物は、その頭部が画像の底部に向かって指摘して仰臥位です。切開周辺を脱毛されており、切開は、可視化のための鉗子でオープン開催されている。 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52728/52728fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/52728/52728fig2.jpg" /> 図2（A）の物理的な配置の代表的な図<html>機器。 PETインサートは、磁石のボア内に配置され、MRIコイルは次にPETインサートの孔内に配置されています。示すように、生理学的モニタリング（呼吸パッド図示せず）、麻酔ライン、およびIVカテーテルと一緒に動物のベッドは、ボア内に実行されます。点線のリングは浮遊磁場のための安全マージンを表し、 -それは（すべての安全注意以下）、この領域の外側ではなく、MRI室内の磁気部品が使われている装置を配置する必要があるかもしれない（B）図は、実験の時間的経過をまとめました。 。（C）すぐに低酸素チャレンジ開始後の動物に送達O 2レベルの初期変化の代表的な結果。 0.5 L誘導ボックス（図示せず）に配置されたO 2計で測定すると、約1分以内に、低酸素状態は、インライン麻酔システムでは、達成することができます。<html> rge.jpg「ターゲット= &quot;_空白&quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/52728/52728fig3.jpg" /> 低酸素症を投稿するベースラインからのADC Zの％LRの違いを示す図3.ベースライン時とポスト低酸素を介して取得したパラメトリックADC Zマップの（A）の例。（B）プロット。アスタリスクは、ベースライン値と比較して有意な差（p &lt;0.05、不対のt検定）を示します。エラーバーは、EPI-DWI取得の+/- 1標準偏差。（C）例 （FOVの範囲を示すために、軸方向、矢状、および3Dビュー）を表す。 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52728/52728fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> /ftp_upload/52728/52728fig4.jpg &quot;/&gt; 図4（A）動物示す[18 F] FDGの取り込みの冠状および横方向のスライス。 PET画像は、フォアグラウンドで、視覚化のためのバックグラウンドでの解剖学的MRI画像に登録され、融合されています。 PETデータは、すべてのフレームにわたって合計されている。（B）同じ動物では、[18 F] FDGの時間活動半球（青）の曲線と同側半球（赤）。 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52728/52728fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/52728/52728fig5.jpg" /> 図5（A）対側の時間放射能曲線を（固体）と同側（点線）半球[18 F] FDGの取り込み-同じ軸上に示され、予期しない[18 F] FDGの時間の一例であり、H2の終わりに活性曲線（青）と動物の死亡（45分、緑で）。潜在的なハードウェアベースのRF障害に（B）ゴーストアーティファクト。 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52728/52728fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td>画像集録パラメータとハードウェアの取得</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td></tr><tr><td>拡散テンソル画像（EPI-DWI） </td><td></td></tr><tr><td> Acqusition時間</td><td> 15分</td></tr><tr><td>行列のサイズ</td><td> 256×64 </td></tr><tr><td>スライス</td><td> 10 </td></tr><tr><td> FOV </td><td> 30×14×8ミリメートル</td></tr><tr><td>ボクセルサイズ</td><td> 0.117 X 0.219 X 0.8ミリメートル</td></tr><tr><td>効果的なスペクトル帯域幅</td><td> 150 kHzの</td></tr><tr><td> TE </td><td> 41ミリ秒</td></tr><tr><td> TR </td><td> 3000ミリ秒</td></tr><tr><td>平均値</td><td> 6 </td></tr><tr><td> k空間セグメント</td><td> 16 </td></tr><tr><td> b値</td><td> 0、400、800秒/ mm 2の</td></tr><tr><td></td><td></td></tr><tr><td>解剖学的MRI（MSME） </td><td></td></tr><tr><td>捕捉時間</td><td> 5分</td></tr><tr><td>行列のサイズ</td><td> 256×256 </td></tr><tr><td>スライス</td><td> 16 </td></tr><tr><td> FOV </td><td> 30×22のx 12.8ミリメートル</td></tr><tr><td>ボクセルサイズ</td><td> 0.117 X 0.086 X 0.8ミリメートル</td></tr><tr><td> TE </td><td> 14ミリ秒</td></tr><tr><td> TR </td><td>千ミリ秒</td></tr><tr><td>平均値</td><td> 1 </td></tr><tr><td>繰り返し</td><td> 1 </td></tr><tr><td></td><td></td></tr><tr><td>ポイント分解分光 スキャン（プレス） </td><td></td></tr><tR&gt; <td>捕捉時間</td><td> 15秒</td></tr><tr><td>ボクセルサイズ</td><td> 3.9×6×9ミリメートル</td></tr><tr><td> TE </td><td> 20ミリ秒</td></tr><tr><td> TR </td><td> 2,500ミリ秒</td></tr><tr><td>平均値</td><td> 6 </td></tr><tr><td></td><td></td></tr><tr><td> FieldMapの</td><td></td></tr><tr><td>捕捉時間</td><td> 1分21秒</td></tr><tr><td>第一TE </td><td> 1.49ミリ秒</td></tr><tr><td>第2回TE </td><td> 5.49ミリ秒</td></tr><tr><td> TR </td><td> 20ミリ秒</td></tr><tr><td>平均値</td><td> 1 </td></tr><tr><td></td><td></td></tr><tr><td> PETの取得、ヒストグラム、 復興パラメータ</td><td></td></tr><tr><td>トレーサー</td><td> [18 F] FDG </td></tr><tr><td>注入速度</td><td> 4.44μL/分</td></tr><tr><td>捕捉時間</td><td> 60分</td></tr><tr><td>スライスあたりの画像サイズ</td><td> 128×128 </td></tr><tr><td>スライス</td><td> 99 </td></tr><tr><td>ボクセルサイズ</td><td> 0.4×0.4×0.6ミリメートル</td></tr><tr><td>ダイナミックフレーミング</td><td> 12×300秒</td></tr><tr><td>復興タイプ</td><td> OS-MLEM（6サブセット、6回の反復） </td></tr></tbody></table> プロトコルに記載スキャン、PET収集、ヒストグラム、および再構成パラメータについては、表1のMRIパルスシーケンスパラメータ。

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia at JoVE.com

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

ここに提示された方法は、同時陽電子放出断層撮影法および磁気共鳴イメージングを使用します。脳低酸素虚血モデルでは、拡散およびグルコース代謝の動的変化は、負傷中および後に発生します。意味のあるマルチモーダルイメージングデータを取得する場合は、このモデルにおける進化と再生不可能な損傷が同時取得を必要とします。

マウス脳低酸素性虚血の間に同時PET / MRIイメージング

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

simultaneous-petmri-imaging-during-mouse-cerebral-hypoxia-ischemia

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Medicine

12.2K ビュー.  University of California, Davis. ここに提示された方法は、同時陽電子放出断層撮影法および磁気共鳴イメージングを使用します。脳低酸素虚血モデルでは、拡散およびグルコース代謝の動的変化は、負傷中および後に発生します。意味のあるマルチモーダルイメージングデータを取得する場合は、このモデルにおける進化と再生不可能な損傷が同時取得を必要とします。 

ビデオ: Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in which functional MRI data and in vivo intracortical recording can be performed simultaneously. The combination of MRI and electrical recording is technically challenging because the electrodes used for recording distort the MRI images and the MRI acquisition induces noise in the electrical recording. To minimize the mutual interference of the two modalities, glass microelectrodes were used rather than metal and a noise removal algorithm was implemented for the electrophysiology data. In our studies, two microelectrodes were separately implanted in bilateral primary somatosensory cortices (SI) of the rat and fixed in place. One coronal slice covering the electrode tips was selected for functional MRI. Electrode shafts and fixation positions were not included in the image slice to avoid imaging artifacts. The removed scalp was replaced with toothpaste to reduce susceptibility mismatch and prevent Gibbs ringing artifacts in the images. The artifact structure induced in the electrical recordings by the rapidly-switching magnetic fields during image acquisition was characterized by averaging all cycles of scans for each run. The noise structure during imaging was then subtracted from original recordings. The denoised time courses were then used for further analysis in combination with the fMRI data. As an example, the simultaneous acquisition was used to determine the relationship between spontaneous fMRI BOLD signals and band-limited intracortical electrical activity. Simultaneous fMRI and electrophysiological recording in the rodent will provide a platform for many exciting applications in neuroscience in addition to elucidating the relationship between the fMRI BOLD signal and neuronal activity.

We have developed a method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and electrophysiological recording in the rodent brain, providing a platform for the investigation of the relationship between neural activity and the blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signal.

齧歯類の脳における同時fMRIと電気生理学

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

神経科学

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

The field of mouse phenotyping with magnetic resonance imaging (MRI) is rapidly growing, motivated by the need for improved tools for characterizing and evaluating mouse models of human disease. MRI is an excellent modality for investigating genetically altered animals. It is capable of whole brain coverage, can be used in vivo, and provides multiple contrast mechanisms for investigating different aspects of neuranatomy and physiology. The advent of high-field scanners along with the ability to scan multiple mice simultaneously allows for rapid phenotyping of novel mutations.
Effective mouse MRI studies require attention to many aspects of experiment design. In this article, we will describe general methods to acquire quality images for mouse phenotyping using a system that images mice concurrently in shielded transmit/receive radio frequency (RF) coils in a common magnet (Bock et al., 2003). We focus particularly on anatomical phenotyping, an important and accessible application that has shown a high potential for impact in many mouse models at our imaging centre. Before we can provide the detailed steps to acquire such images, there are important practical considerations for both in vivo brain imaging (Dazai et al., 2004) and ex vivo brain imaging (Spring et al., 2007) that should be noted. These are discussed below.

Magnetic resonance imaging (MRI) has become an increasingly popular tool for examining the phenotype of genetically altered mice. This article illustrates the methods necessary to achieve high-throughput phenotyping of genetically altered mice using multiple-mouse MRI.

複数のマウスの神経解剖学的磁気共鳴イメージング

The field of mouse phenotyping with magnetic resonance imaging (MRI) is rapidly growing, motivated by the need for improved tools for characterizing and ...

Detection of Microregional Hypoxia in Mouse Cerebral Cortex by Two-photon Imaging of Endogenous NADH Fluorescence

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. Here we present a visualized experimental and methodological protocol to directly visualize microregional tissue hypoxia and to infer perivascular oxygen gradients in the mouse cortex. It is based on the non-linear relationship between nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) endogenous fluorescence intensity and oxygen partial pressure in the tissue, where observed tissue NADH fluorescence abruptly increases at tissue oxygen levels below 10 mmHg1. We use two-photon excitation at 740 nm which allows for concurrent excitation of intrinsic NADH tissue fluorescence and blood plasma contrasted with Texas-Red dextran. The advantages of this method over existing approaches include the following: it takes advantage of an intrinsic tissue signal and can be performed using standard two-photon in vivo imaging equipment; it permits continuous monitoring in the whole field of view with a depth resolution of ~50 &mu;m. We demonstrate that brain tissue areas furthest from cerebral blood vessels correspond to vulnerable watershed areas which are the first to become functionally hypoxic following a decline in vascular oxygen supply. This method allows one to image microregional cortical oxygenation and is therefore useful for examining the role of inadequate or restricted tissue oxygen supply in neurovascular diseases and stroke.

Here we describe a method to directly visualize microregional tissue hypoxia in the mouse cortex in vivo. It is based on concurrent two-photon imaging of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and the cortical microcirculation. This method is useful for high resolution analysis of tissue oxygen supply.

内在性NADH蛍光の二光子イメージングによるマウス大脳皮質におけるMicroregional低酸素の検出

The brain's ability to function at high levels of metabolic demand depends on continuous oxygen supply through blood flow and tissue oxygen diffusion. ...

MRI and PET in Mouse Models of Myocardial Infarction

Myocardial infarction is one of the leading causes of death in the Western world. The similarity of the mouse heart to the human heart has made it an ideal model for testing novel therapeutic strategies.
In vivo magnetic resonance imaging (MRI) gives excellent views of the heart noninvasively with clear anatomical detail, which can be used for accurate functional assessment. Contrast agents can provide basic measures of tissue viability but these are nonspecific. Positron emission tomography (PET) is a complementary technique that is highly specific for molecular imaging, but lacks the anatomical detail of MRI. Used together, these techniques offer a sensitive, specific and quantitative tool for the assessment of the heart in disease and recovery following treatment.
In this paper we explain how these methods are carried out in mouse models of acute myocardial infarction. The procedures described here were designed for the assessment of putative protective drug treatments. We used MRI to measure systolic function and infarct size with late gadolinium enhancement, and PET with fluorodeoxyglucose (FDG) to assess metabolic function in the infarcted region. The paper focuses on practical aspects such as slice planning, accurate gating, drug delivery, segmentation of images, and multimodal coregistration. The methods presented here achieve good repeatability and accuracy maintaining a high throughput.

We describe how to perform MRI and PET imaging of the mouse heart. The protocol is tailored to assess treatment efficacy in models of myocardial infarction and heart failure.

Myocardial infarction is one of the leading causes of death in the Western world. The similarity of the mouse heart to the human heart has made it an ...

医学

Non-Invasive PET/MR Imaging in an Orthotopic Mouse Model of Hepatocellular Carcinoma

Preclinical experimental models of hepatocellular carcinoma (HCC) that recapitulate human disease represent an important tool to study tumorigenesis and evaluate novel therapeutic approaches. Non-invasive whole-body imaging using positron emission tomography (PET) provides critical insights into the in vivo characteristics of tissues at the molecular level in real-time. We present here a protocol for orthotopic HCC xenograft creation with and without hepatic artery ligation (HAL) to induce tumor hypoxia and the assessment of their tumor metabolism in vivo using [18F]Fluoromisonidazole ([18F]FMISO) and [18F]Fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) PET/magnetic resonance (MR) imaging. Tumor hypoxia could be readily visualized using the hypoxia marker [18F]FMISO, and it was found that the [18F]FMISO uptake was higher in HCC mice that underwent HAL than in the non-HAL group, whereas [18F]FDG could not distinguish tumor hypoxia between the two groups. HAL tumors also displayed a higher level of hypoxia-inducible factor (HIF)-1&#945; expression in response to hypoxia. Quantification of HAL tumors showed a 2.3-fold increase in [18F]FMISO uptake based on the standardized value uptake (SUV) approach.

Here, we present a protocol to create orthotopic hepatocellular carcinoma xenografts with and without hepatic artery ligation and perform non-invasive positron emission tomography (PET) imaging of tumor hypoxia using [18F]Fluoromisonidazole ([18F]FMISO) and [18F]Fluorodeoxyglucose ([18F]FDG).

肝細胞癌の同所性モデルマウスにおける非侵襲的PET/MRイメージング

Preclinical experimental models of hepatocellular carcinoma (HCC) that recapitulate human disease represent an important tool to study tumorigenesis and ...

がん研究

A Dual Tracer PET-MRI Protocol for the Quantitative Measure of Regional Brain Energy Substrates Uptake in the Rat

We present a method for comparing the uptake of the brain&#39;s two key energy substrates: glucose and ketones (acetoacetate [AcAc] in this case) in the rat. The developed method is a small-animal positron emission tomography (PET) protocol, in which&#160;11C-AcAc and 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) are injected sequentially in each animal. This dual tracer PET acquisition is possible because of the short half-life of 11C (20.4 min). The rats also undergo a magnetic resonance imaging (MRI) acquisition seven days before the PET protocol. Prior to image analysis, PET and MRI images are coregistered to allow the measurement of regional cerebral uptake (cortex, hippocampus, striatum, and cerebellum). A quantitative measure of 11C-AcAc and 18F-FDG brain uptake (cerebral metabolic rate; &#956;mol/100 g/min) is determined by kinetic modeling using the image-derived input function (IDIF) method. Our new dual tracer PET protocol is robust and flexible; the two tracers used can be replaced by different radiotracers to evaluate other processes in the brain. Moreover, our protocol is applicable to the study of brain fuel supply in multiple conditions such as normal aging and neurodegenerative pathologies such as Alzheimer&#39;s and Parkinson&#39;s diseases.

Small-animal positron emission tomography enables the assessment of the brain&#39;s two main energy substrates:&#160;glucose and ketones. In the present method, 11C-acetoacetate and 18F-fluorodeoxyglucose are injected sequentially in each animal, and their uptake is measured quantitatively in specific brain regions determined from the magnetic resonance images.

We present a method for comparing the uptake of the brain&#39;s two key energy substrates: glucose and ketones (acetoacetate [AcAc] in this case) in the ...

Noninvasive In Vivo Small Animal MRI and MRS: Basic Experimental Procedures

Small animal Magnetic Resonance (MR) research has emerged as an important element of modern biomedical research due to its non-invasive nature and the richness of biological information it provides. MR does not require any ionizing radiation and can noninvasively provide higher resolution and better signal-to-noise ratio in comparison to other tomographic or spectroscopic modalities. In this protocol, we will focus on small animal MR imaging and MR spectroscopy (MRI/MRS) to noninvasively acquire relaxation weighted 1H images of mouse and to obtain 31P spectra of mouse muscle. This work does not attempt to cover every aspect of small animal MRI/MRS but rather introduces basic procedures of mouse MRI/MRS experiments. The main goal of this work is to inform researchers of the basic procedures for in vivo MR experiments on small animals. The goal is to provide a better understanding of basic experimental procedures to allow researchers new to the MR field to better plan for non-MR components of their studies so that both MR and non-MR procedures are seamlessly integrated.

Noninvasive In Vivo Small Animal MRI and MRS: Basic Experimental Procedures

This work describes basic procedures of noninvasive small animal MRI and MRS in vivo.

非侵襲的インビボでの小動物MRIとMRS：基本的な実験手順

Small animal Magnetic Resonance (MR) research has emerged as an important element of modern biomedical research due to its non-invasive nature and the ...

生物学

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to return to normal in a large majority of patients2, which is mainly due to current lack of clinical treatment for acute stroke. This necessitates understanding the physiological effects of cerebral ischemia on brain tissue over time and is a major area of active research. Towards this end, experimental progress has been made using rats as a preclinical model for stroke, particularly, using non-invasive methods such as 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) coupled with Positron Emission Tomography (PET) imaging3,10,17. Here we present a strategy for inducing cerebral ischemia in rats by middle cerebral artery occlusion (MCAO) that mimics focal cerebral ischemia in humans, and imaging its effects over 24 hr using FDG-PET coupled with X-ray computed tomography (CT) with an Albira PET-CT instrument. A VOI template atlas was subsequently fused to the cerebral rat data to enable a unbiased analysis of the brain and its sub-regions4. In addition, a method for 3D visualization of the FDG-PET-CT time course is presented. In summary, we present a detailed protocol for initiating, quantifying, and visualizing an induced ischemic stroke event in a living Sprague-Dawley rat in three dimensions using FDG-PET.

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

と陽電子放射断層撮影法を用いた非侵襲的イメージングとリビングラットにおける脳虚血の分析<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to ...

A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat model of ischemic stroke, differences in quantitative T1 and T2 MRI relaxation times (qT1 and qT2) between the ischemic lesion (delineated by low diffusion) and the contralateral non-ischemic hemisphere increase with time from stroke onset. The time dependency of MRI relaxation time differences is heuristically described by a linear function and thus provides a simple estimate of stroke onset time. Additionally, the volumes of abnormal qT1 and qT2 within the ischemic lesion increase linearly with time providing a complementary method for stroke timing. A (semi)automated computer routine based on the quantified diffusion coefficient is presented to delineate acute ischemic stroke tissue in rat ischemia. This routine also determines hemispheric differences in qT1 and qT2 relaxation times and the location and volume of abnormal qT1 and qT2 voxels within the lesion. Uncertainties associated with onset time estimates of qT1 and qT2 MRI data vary from &plusmn; 25 min to &plusmn; 47 min for the first 5 hours of stroke. The most accurate onset time estimates can be obtained by quantifying the volume of overlapping abnormal qT1 and qT2 lesion volumes, termed 'Voverlap' (&plusmn; 25 min) or by quantifying hemispheric differences in qT2 relaxation times only (&plusmn; 28 min). Overall, qT2 derived parameters outperform those from qT1. The current MRI protocol is tested in the hyperacute phase of a permanent focal ischemia model, which may not be applicable to transient focal brain ischemia.

A protocol for stroke onset time estimation in a rat model of stroke exploiting quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) parameters is described. The procedure exploits diffusion MRI for delineation of the acute stroke lesion and quantitative T1 and T2 (qT1 and qT2) relaxation times for timing of stroke.

恒久的な脳虚血における脳卒中発症時間推定のための磁気共鳴イメージ投射プロトコル

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat ...

PET Imaging of Neuroinflammation Using [11C]DPA-713 in a Mouse Model of Ischemic Stroke

Neuroinflammation is central to the pathological cascade following ischemic stroke. Non-invasive molecular imaging methods have the potential to provide critical insights into the temporal dynamics and role of certain neuroimmune interactions in stroke. Specifically, Positron Emission Tomography (PET) imaging of translocator protein 18 kDa (TSPO), a marker of activated microglia and peripheral myeloid-lineage cells, provides a means to detect and track neuroinflammation in vivo. Here, we present a method to accurately quantify neuroinflammation using [11C]N,N-Diethyl-2-[2-(4-methoxyphenyl)-5,7-dimethylpyrazolo[1,5-a]pyrimidin-3-yl]acetamide ([11C]DPA-713), a promising second generation TSPO-PET radiotracer, in distal middle cerebral artery occlusion (dMCAO) compared to sham-operated mice. MRI was performed 2 days post-dMCAO surgery to confirm stroke and define the infarct location and volume. PET/Computed Tomography (CT) imaging was carried out 6 days post-dMCAO to capture the peak increase in TSPO levels following stroke. Quantitation of PET images was conducted to assess the uptake of [11C]DPA-713 in the brain and spleen of dMCAO and sham mice to assess central and peripheral levels of inflammation. In vivo [11C]DPA-713 brain uptake was confirmed using ex vivo autoradiography.

PET Imaging of Neuroinflammation Using [11C]DPA-713 in a Mouse Model of Ischemic Stroke

Positron Emission Tomography (PET) imaging of translocator protein 18 kDa (TSPO) provides a non-invasive means to visualize the dynamic role of neuroinflammation in the development and progression of brain diseases. This protocol describes TSPO-PET and ex vivo autoradiography to detect neuroinflammation in a mouse model of ischemic stroke.

虚血性脳卒中のマウス モデルで [11C] DPA-713 Neuroinflammation のイメージングをペットします。

Neuroinflammation is central to the pathological cascade following ischemic stroke. Non-invasive molecular imaging methods have the potential to provide ...

マウス脳低酸素性虚血の間に同時PET / MRIイメージング

要約

さらに動画を探す

この動画の章

齧歯類の脳における同時fMRIと電気生理学

複数のマウスの神経解剖学的磁気共鳴イメージング

内在性NADH蛍光の二光子イメージングによるマウス大脳皮質におけるMicroregional低酸素の検出

MRI and PET in Mouse Models of Myocardial Infarction

肝細胞癌の同所性モデルマウスにおける非侵襲的PET/MRイメージング

A Dual Tracer PET-MRI Protocol for the Quantitative Measure of Regional Brain Energy Substrates Uptake in the Rat

非侵襲的インビボでの小動物MRIとMRS：基本的な実験手順

と陽電子放射断層撮影法を用いた非侵襲的イメージングとリビングラットにおける脳虚血の分析

恒久的な脳虚血における脳卒中発症時間推定のための磁気共鳴イメージ投射プロトコル

虚血性脳卒中のマウスモデルで [¹¹C] DPA-713 Neuroinflammation のイメージングをペットします。

マウス脳低酸素性虚血の間に同時PET / MRIイメージング

要約

さらに動画を探す

この動画の章

齧歯類の脳における同時fMRIと電気生理学

複数のマウスの神経解剖学的磁気共鳴イメージング

内在性NADH蛍光の二光子イメージングによるマウス大脳皮質におけるMicroregional低酸素の検出

MRI and PET in Mouse Models of Myocardial Infarction

肝細胞癌の同所性モデルマウスにおける非侵襲的PET/MRイメージング

A Dual Tracer PET-MRI Protocol for the Quantitative Measure of Regional Brain Energy Substrates Uptake in the Rat

非侵襲的インビボでの小動物MRIとMRS：基本的な実験手順

と陽電子放射断層撮影法を用いた非侵襲的イメージングとリビングラットにおける脳虚血の分析

恒久的な脳虚血における脳卒中発症時間推定のための磁気共鳴イメージ投射プロトコル

虚血性脳卒中のマウス モデルで [11C] DPA-713 Neuroinflammation のイメージングをペットします。

虚血性脳卒中のマウスモデルで [¹¹C] DPA-713 Neuroinflammation のイメージングをペットします。