Name: diffusion imaging in the rat cervical spinal cord
Uploaded: 2015-04-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 46 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord at JoVE.com

우리는 실험 지원 카일 스텔 릭, 나타샤 윌킨스, 매트 Runquist 감사합니다. 연구 및 교육 이니셔티브 기금, 위스콘신 의과 대학에서 진행 건강한 위스콘신 자질의 구성 요소와 크레이그 H. Neilsen 재단을 통해 자금 지원.

참고 : 윤리 문 : 시설 보호 및 사용위원회 (IACUC) 위스콘신 의과 대학과 클레멘트 J. Zablocki VA 의료 센터는 모든 절차를 승인했다. 1. 동물 준비 및 모니터링 <ol><li> 의료 공기 중 5 % 이소 플루 란을 이용하여, 유도 챔버에서 래트를 마취. 바로 잡고 반사가없는과 뒷발을 압박하는 것은 더 철수 반사를하지 못하는 경우, 2 %로 마취를 줄이고 헤드 처음 발생하기 쉬운 위치에 스캐너 침대에 동물을 전송합니다. 절차 내내 노즈콘 장치를 통해 2 % 이소 플루 란을 유지하며, 약 1 L / min의 유량으로 공기를 유지하는 의료. 마취 동안 각막 손상을 방지하기 위해 래트의 눈 연고 윤활유의 소량을 적용한다. </li><li> 쥐의 몸통 주위에 안전하게 호흡 모니터링 벨트를 놓습니다. 호흡 게이팅 시스템에 벨트를 연결합니다. 스캐너 구멍으로 쥐를 진행, CHEC 전<html> 호흡주기가 명확하고 일관성을 보장하기 위해 호흡 모니터링 컴퓨터 케이. 필요하다면이 단계는 화질 필수적이기 때문에, 벨트를 조정. </li><li> 모니터 및 직장 프로브와 온풍 가열 방식을 통해 37 ℃에서 동물의 체온을 유지한다. 1.2 내지 2 % 사이 마취의 레벨을 조정함으로써, 분당 호흡 30-45 사이의 호흡 속도를 유지한다. </li><li> 물린 바 헤드 홀더에 쥐를 놓고 스크류에 귀 바 (그림 1)과 경추가 코일의 중앙에 위치 할 때까지 직교 볼륨 코일에 머리를 밀어 넣습니다. 주 : 쥐의 어깨는 코일로 더 진행되지 않을 수 있습니다. </li><li> 스캐너 구멍으로 쥐와 지원 홀더를 진행합니다. 해당되는 경우, 조정 및 적절한 주파수 코일의 일치 커패시터를 조정하고 코일 공급 업체에서 제공 한 지침에 따라 임피던스. </li></ol>e_title &quot;&gt; 2. MRI 스캔 매개 변수 참고 : 여기에 설명 된 절차는 9.4 T 수평 구멍 작은 동물 시스템을 사용하지만 작은 동물 MRI 시스템의 다른 필드의 강점에 적용 할 수있다. <ol><li> 반복적 수신기 이득의 자계의 균질성 (shimming), 고주파 전원의 교정, 조절 및 개선, 공진 주파수의 검출 용 MRI 시스템의 자동화 된 절차를 사용한다. </li><li> 시스템의 소프트웨어 인터페이스를 사용하여 정확한 위치 결정을 보장하기 위해 기본 세 평면 정찰 스캔을 얻었다. <ol><li> &quot;새로운 스캔&quot;을 선택 tripilot을 클릭하고 이미지를 수집하기 위해 &quot;신호등&quot;을 클릭합니다. </li><li> 경추 중심 자석의 중심과 MRI 코일의 중심과 정렬되는 두 확인. 자석, 밀어 내 척추 센터 또는 크래들에 끌어와 검증을 위해 스카우트 스캔을 재 취득합니다. </li><li> 하여 위치 될를 조정하려면MRI 코일 경추 상대의 n은 재배치를위한 자석에서 받침대를 제거합니다. 필요한 경우 위치가 일치 할 때까지이 과정을 반복합니다. 동물의 위치를​​ 바꾼 경우 2.1 단계를 반복합니다. </li></ol></li><li> 현재 이미징 프로토콜에 새로운 에코 평면 확산 가중 스핀 에코 시퀀스 (DtiEpi)를 추가합니다. <ol><li> 구성하고 다음을 제외한 기본 설정을 사용 DWI 시퀀스 확산 강조 영상을 획득 : </li><li> 0.75 mm의 두께로 12 조각을 규정하는 슬라이스 위치 그래픽 인터페이스를 엽니 다. 자궁 코드의 주축에 수직 한 방향을 슬라이스. 다른 동물 사이 또는 내부 기준으로 소뇌의베이스를 사용하여 다른 이미지 세션에서 일관된 조각의 위치를​​ 확인합니다. </li><li> &#39;ON&#39;으로 포화 밴드를 설정합니다. 척수의 외측 10mm의 두께를 갖는 4 위치 포화 대역이 조직으로부터 신호를 최소화하고유물 (그림 3)을 유도하기 위해 자신의 가능성을 줄일 수 있습니다. 설정 호흡기 게이트 &#39;에&#39;( &#39;트리거 모듈&#39;)에. 참고 : 사용자 지정 호흡 게이팅 펄스 시퀀스 프로그래밍 지식과 경험이 필요합니다. 이 사용할 수없는 경우, 해결책은 모든 슬라이스는 동물의 호흡 사이에 수득되도록 3-5 슬라이스의 수 (S)에 1 TR을 감소시키는 것이다. 자궁 코드의 전체 범위를 얻기 위해 조각의 다른 부분 집합 전체 순서를 반복합니다. </li><li> 도구 상자 아이콘을 클릭 한 다음 &quot;편집 방법을.&quot;4. 변경을 좌우하는 위상 인코딩 방향을 EPI 세그먼트의 수를 설정합니다. 다른 기본 설정은 다음과 같습니다 간격 = 0.3234 MS, EPI 세그먼트 당 총 에코 기차 길이 = 32 에코. 주의 : 다른 구조에서 움직임 오염을 줄일 전후방 아닌 좌우 방향으로 설정된 위상 인코딩. </li><li> 다음 geometri를 사용하여칼 설정. 평면 공간 해상도의 결과 = X 128 (128), 및 평면 시야 = 25.6 X 25.6 mm 매트릭스 크기 = 0.200 X 0.200 mm. 슬라이스 두께를 확인 = 0.75 mm를. 슬라이스 순서 = 슬라이스 격차 = 0mm, &#39;끼워&#39;. </li><li> 다음 확산 가중치 설정을 사용하여 DW 측정 모드 = &#39;DW 대비&#39;, 확산 그라데이션 기간 (δ) = 7 MS, 확산 그라데이션 분리 (Δ) = 12 밀리 초, B-값의 수를 = 8, 원하는 B-값 = 0 , 250, 500, 750, 1,000, 1,500, 2,500, 3,500mm / s의 2, 확산 방향 = 2, 확산 가중 방향 = [1 0 0]의 수와 [0 0 1] (만든면에 평행하고 ) 척수 축에 직교. 참고 :이 설정으로, 우리는 / mm 2 3500 S로 높은 B-값을 달성했다. 하드웨어 사양 및 확산법 기간 (δ) 및 확산법 분리 (Δ) 때문에, B 값을 제한 할 수있는 다른 시스템의 성능 특성에 의존 g우리의 시스템에 있었다 radient 성능 (최대 그라데이션 강도 : 440 만 T / m, 최대 회전 속도 : 3440 T / M / S). mm 2 이상 2000 S /의 높은 B-값 첨도의 측정, 2 B-값의 경우, 사용하는 것이 좋습니다. </li><li> 다음 타이밍 설정을 사용합니다. 에코 시간 (TE)은 27 밀리 초 (0을 입력하여 최소로 설정), 반복 시간 (TR) = 1800 밀리 초 =. </li></ol></li><li> 준비된 순서를 취득. 위에 열거 된 매개 변수들을 획득 총 시간은 약 25 분이다. </li><li> 획득 할수 호흡주기의 정지 (비가 동부) 부 (도 발생되도록 모든 검사 내내 (소프트웨어 만료 검출) 및 MRI 시스템에 신호를 호흡 동기화 소프트웨어를 모니터링하고 &quot;트리거&quot;사이의 지연 기간을 조정 2A, 회색 라인의 안정적인 부분). 100-400 밀리 간의 트리거 지연은 동물의 호흡 패턴에 따라 필요하다. 이 ARTI을 줄이기 위해 도움이 될 것입니다호흡 운동 (그림 3E) 발생 사실. </li><li> 가능하면, 획득 시간의 추가 25 분 필요 &#39;에&#39;로 설정 사용자 지정 &quot;글을 역&quot;으로 순서를 반복합니다. 참고 : 사용자 지정 순서 9 &#39;- 글을 역&#39;경우 (3 단계 중 감수성 이슈 보정을하기위한) 반대 글 순서 변경은 위상 인코딩 방향의 선택을 허용하는 반면 단일 EPI 위상 인코딩 방향이 오른쪽 (, 수, 사용할 수 없습니다 ) -to-왼쪽 또는 왼쪽에서 오른쪽으로. </li><li> 촬상이 완료되면 홀더로부터 제거하고 동물을 케이지로 복귀. 이 흉골 드러 누움을 유지하기 위해 충분한 의식을 회복 할 때까지 무인 동물을 방치하지 마십시오. </li></ol> 3. 이미지 처리 <ol><li> 직접 시스템에서 DICOM 형식의 시스템으로부터 데이터 내보내기 (바람직) 또는 사용자 또는 THIR를 사용 NIFTI 형식으로 데이터를 변환D-자 소프트웨어. </li><li> 감수성 이슈 보정을 수행합니다. <ol><li> 추출 B = 각 0 볼륨은 FSL 또는 다른 MRI 소프트웨어 패키지와 함께 제공되는 유틸리티를 사용하여, 하나의 파일로 스캔 할 수 있습니다. 각 단계 인코딩 방향에 대한 하나의 파일이 필요합니다. 주 : 각 스캔은 길이 방향으로 확산 가중 8 스캔이어서 횡 방향 확산 가중과 B-값을 변화시키는 8 스캔 이루어진 경우, 예를 들어, 이미지 파일에 포함 된 B = 1 일 0 스캔 및 아홉 번째 볼륨 및 추출하고 다음 쉘 코드로 조립 될 수있다 : fslroi $ {최대} _dwi_masked.nii.gz의 TEMP1 0 1 fslroi $ {최대} _dwi_masked.nii.gz의 TEMP2 8 일 fslroi $ {다운} _dwi_masked.nii.gz의 TEMP3 0 1 fslroi $ {다운} _dwi_masked.nii.gz의 temp4 8 일 fslmerge -t blip_both TEMP1 TEMP2 TEMP3 temp4 (단,이 경우 최대 $ 달러 아래로 정상으로 스캔하고 각각 위상 인코딩 방향을 역으로). </li&gt; <li> 감소 된 이미지 왜곡 아티팩트와 수정 된 파일을 만들 FSL (10, 11)의 &#39;topup&#39;명령을 사용하십시오. 파라미터 맵의 작성에 사용되는 원료 DWI 화상이 보정을 적용한다. 참고 : 명령의 사용 방법에서 찾을 수 있습니다 <a href="http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide">http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/TOPUP/TopupUsersGuide</a> . 이 경우에는 아래와 같은 명령을 사용하여, 실시 예 코드 : topup --imain = blip_both_nlmf_b0images_masked.nii --datain = .. / topup_data.txt --config =. / b02b0_ratspine.cnf --out = topup_splines_nlmf --iout = $ 밖으로 --verbose --logout = topuplog.log {최대} dwiup =`1!의 $ * dwi_nlmFilt.nii` dwidown =는`1!의 $ {다운} * dwi_nlmFilt.nii` applytopup --imain = $ {dwiup}, $ {dwidown} --datain = .. / topup_data.txt --method = JAC --inindex = 1, $ 공업 --topup = topup_splines_nlmf --out = 음주 운전으로 _ $ {아웃 } -v를 복사 및 쥐의 스핀을 위해 $ {FSLDIR} /etc/flirtsch/b02b0.cnf의 기본 파일을 편집(10)의 인자에 의해 --warpres --fwhm 라인과 각각의 값을 감소시킴으로써 알 코드. </li></ol></li><li> 확산 웨이팅 이미지 (Paravision의 DTI 방식 또는 유사한 주문 설계를 사용하여) 적어도 6 비 직교하는 방향을 따라 취득하는 경우, 표준 DTI 파라미터 맵을 계산하도록 이러한 FSL의 확산 툴박스 12 카미노 13 소프트웨어 패키지를 사용한다. 그렇지 않은 경우, 이후의 단계 3.4에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 단지 2 개의 방향을 따라 확산 웨이팅을 채용 유용한 메트릭을 생성하기위한 사용자 지정 절차를 사용한다. </li><li> 메뉴에서 - &quot;마스크 만들기 파일&gt;&quot;fslview에 TOPUP에 의해 출력 수정 DWI 파일을로드를 선택합니다. (예 : GM, 지느러미 WM을 위해, 또는 WM을 ventrolateral) 하나의 조직 유형 내 관심 영역을 그리는 연필 도구를 사용합니다. 이 파일을 저장하고 기타 원하는 ROI를 나중에 사용할 수 있도록 반복합니다. 참고 : 척수에서 세그먼트의 ROI에 다른 절차는 14, 15을 기록되었습니다 </s업&gt; 및 고급 사용자를위한 것이 바람직 할 수있다. </li><li> 음주 운전으로 파일을 마스크 한 후 다음 명령을 사용하여 각 이미지 볼륨에 대한 투자 수익 (ROI) 내에서 평균 신호를 계산하기 위해 투자 수익 (ROI) 파일을 사용하여 : fslstats -t DWI_corrected.nii.gz -k GM_mask.nii.gz -M </li><li> 가로 신호의 벡터로, 같은 MATLAB 등의 수치 계산 프로그램에 첫 번째 8 결과를 복사합니다 (예를 들어 그것을 sig_T 전화) 및 B-의 수 8 종 신호 (sig_L)를위한 벡터로 제 8 결과 값을 사용합니다. <ol><li> 8 B-값의 벡터로 수치 계산 프로그램에서 B-값을 복사합니다. 가로 및 세로 방향의 B-값은 동일했다. 가능하면 효과적 B 값보다는 공칭 B 값은 &quot;유효 값 B&quot;로 단계 2.3.5에서 파라미터 창에 나열된 스캐너로부터 취득한다. </li><li> B-값 데이터 토륨 대 신호에 맞게 수치 컴퓨팅 프로그램의 커브 피팅 도구 상자를 사용하여전자는 명령 프롬프트에서 cftools을 입력하여 모델을 원했다. 이렇게하려면, &quot;데이터를 ..&quot;버튼을 클릭하고 X-데이터로 Y-데이터와 신호 벡터와 B-값을 선택합니다. 선택 &quot;... 피팅&quot;를 클릭하고 &quot;맞는 유형&quot;에서 &quot;사용자 지정 식을,&quot;다음 피팅에 대한 방정식을 입력 &quot;새&quot;와 &quot;일반 방정식&quot;을 클릭합니다. </li></ol></li><li> 표준 확산 모델에 맞추기 위해 수식을 입력 : S0. * 애 썼는데 (-x. * D) &quot;(1) </li><li> 확산 및 2 차 기간 (첨도, K)가 포함 된 모델에 맞게 방정식을 입력 가우시안 확산 (16)로부터 편차를 측정하기를 : S0. * 애 썼는데 (-x. * D + (1/6). * (X. * D). ^ 2 * K) &quot;(2) </li><li> &quot;적용&quot;, &quot;확인&quot;을 클릭합니다. 출력 창에 확산 (D)와 첨도 (K)에 대한 예상 값을 준수하십시오. &quot;데이터 세트&quot;에서 선택 식에 사용 sig_T (또는 sig_L) 데이터를 선택 (1)또는 (2) &quot;적용&quot;을 클릭합니다. </li><li> 횡 방향 및 종 방향 확산 성을 이용하여 이방성 지수 (AI)를 계산 : AI = (D L -D T) / (D의 L + D T) (3) 이것은 DTI 모델로부터 산출 분별 이방성 (FA)와 유사하다. 첨도 용 이방성 확산 지수는 또한 대신에 종횡 첨도을 사용하여 계산 될 수있다. 이 방법은 이후 모델에서 각 변수의 맵을 생성하기 위해 척추 내의 각 복셀에서 커브 피팅 툴박스의 커맨드 라인 동작을 사용하는 것도 가능하다 등 K T, D T, 같은 모델 파라미터들의 값을 제공 참고 . 대체 피팅 방법을 사용할 수 있으며, 다른 곳에서 자세히 설명되어 있습니다. (17) </li></ol>

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	<li>Jirjis, M. B., Kurpad, S. N., Schmit, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ex+Vivo+Diffusion+Tensor+Imaging+of+Spinal+Cord+Injury+in+Rats+of+Varying+Degrees+of+Severity.">Ex Vivo Diffusion Tensor Imaging of Spinal Cord Injury in Rats of Varying Degrees of Severity.</a> J Neurotrauma. 30 (18), 1577-1586 (2013).</li><li>Basser, P. J., Mattiello, J., Lebihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+the+Effective+Self-Diffusion+Tensor+from+the+NMR+Spin+Echo.">Estimation of the Effective Self-Diffusion Tensor from the NMR Spin Echo.</a> J Magn Reson. 103 (3), 247-254 (1994).</li><li>Basser, P. J., Mattiello, J., LeBihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MR+diffusion+tensor+spectroscopy+and+imaging.">MR diffusion tensor spectroscopy and imaging.</a> Biophys J. 66 (1), 259-267 (1994).</li><li>Song, S. -. K., Sun, S. -. W., Ju, W. -. K., Lin, S. -. J., Cross, A. H., Neufeld, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+tensor+imaging+detects+and+differentiates+axon+and+myelin+degeneration+in+mouse+optic+nerve+after+retinal+ischemia.">Diffusion tensor imaging detects and differentiates axon and myelin degeneration in mouse optic nerve after retinal ischemia.</a> NeuroImage. 20 (3), 1714-1722 (2003).</li><li>Beckmann, N., Bruttel, K., Urban, L., Rudin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal+changes+in+the+spinal+cord+of+the+rat+after+injection+of+formalin+into+the+hindpaw:+characterization+using+functional+magnetic+resonance+imaging.">Signal changes in the spinal cord of the rat after injection of formalin into the hindpaw: characterization using functional magnetic resonance imaging.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 94 (10), 5034-5039 (1997).</li><li>Le Bihan, D., Poupon, C., Amadon, A., Lethimonnier, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artifacts+and+pitfalls+in+diffusion+MRI.">Artifacts and pitfalls in diffusion MRI.</a> J Magn Reson Imaging. 24 (3), 478-488 (2006).</li><li>Ford, J. C., Hackney, D. B., 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=MRI+characterization+of+diffusion+coefficients+in+a+rat+spinal+cord+injury+model.">MRI characterization of diffusion coefficients in a rat spinal cord injury model.</a> Magn Reson Med. 31 (5), 488-494 (1994).</li><li>Clark, C. A., Barker, G. J., Tofts, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+diffusion+imaging+of+the+human+cervical+spinal+cord+in+vivo.">Magnetic resonance diffusion imaging of the human cervical spinal cord in vivo.</a> Magn Reson Med. 41 (6), 1269-1273 (1999).</li><li>Mohammadi, S., Nagy, Z., Hutton, C., Josephs, O., Weiskopf, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correction+of+vibration+artifacts+in+DTI+using+phase-encoding+reversal+(COVIPER).">Correction of vibration artifacts in DTI using phase-encoding reversal (COVIPER).</a> Magn Reson Med. 68 (3), 882-889 (2012).</li><li>Andersson, J. L. R., Skare, S., Ashburner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+correct+susceptibility+distortions+in+spin-echo+echo-planar+images:+application+to+diffusion+tensor+imaging.">How to correct susceptibility distortions in spin-echo echo-planar images: application to diffusion tensor imaging.</a> NeuroImage. 20 (2), 870-888 (2003).</li><li>Smith, S. M., Jenkinson, M., 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=Advances+in+functional+and+structural+MR+image+analysis+and+implementation+as+FSL.">Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL.</a> NeuroImage. 23, S208-S219 (2004).</li><li>Behrens, T. E. J., Woolrich, M. W., 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=Characterization+and+propagation+of+uncertainty+in+diffusion-weighted+MR+imaging.">Characterization and propagation of uncertainty in diffusion-weighted MR imaging.</a> Magn Reson Med. 50 (5), 1077-1088 (2003).</li><li>Cook, P. A., Bai, 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=Camino:+Open-Source+Diffusion-MRI+Reconstruction+and+Processing.">Camino: Open-Source Diffusion-MRI Reconstruction and Processing.</a> 14th Scientific Meeting of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine. , 2759 (2006).</li><li>Kim, J. H., Tu, T. -. W., Bayly, P. V., Song, S. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+Speed+Does+Not+Determine+Severity+of+Spinal+Cord+Injury+in+Mice+with+Fixed+Impact+Displacement.">Impact Speed Does Not Determine Severity of Spinal Cord Injury in Mice with Fixed Impact Displacement.</a> J Neurotrauma. 26 (8), 1395-1404 (2009).</li><li>Tu, T. -. W., Kim, J. H., Yin, F. Q., Jakeman, L. B., Song, S. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+myelination+on+axon+sparing+and+locomotor+function+recovery+in+spinal+cord+injury+assessed+using+diffusion+tensor+imaging.">The impact of myelination on axon sparing and locomotor function recovery in spinal cord injury assessed using diffusion tensor imaging.</a> NMR Biomed. 26 (11), 1484-1495 (2013).</li><li>Jensen, J. H., Helpern, J. A., Ramani, A., Lu, H., Kaczynski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusional+kurtosis+imaging:+The+quantification+of+non-gaussian+water+diffusion+by+means+of+magnetic+resonance+imaging.">Diffusional kurtosis imaging: The quantification of non-gaussian water diffusion by means of magnetic resonance imaging.</a> Magn Reson Med. 53 (6), 1432-1440 (2005).</li><li>Veraart, J., Sijbers, J., Sunaert, S., Leemans, A., Jeurissen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Weighted+linear+least+squares+estimation+of+diffusion+MRI+parameters:+Strengths,+limitations,+and+pitfalls.">Weighted linear least squares estimation of diffusion MRI parameters: Strengths, limitations, and pitfalls.</a> NeuroImage. 81, 335-346 (2013).</li><li>Budgell, B. S., Bolton, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebrospinal+Fluid+Pressure+in+the+Anesthetized+Rat.">Cerebrospinal Fluid Pressure in the Anesthetized Rat.</a> J Manipulative Physiol Ther. 30 (5), 351-356 (2007).</li><li>Tu, T. -. W., Kim, J. H., Wang, J., Song, S. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Full+Tensor+Diffusion+Imaging+Is+Not+Required+To+Assess+the+White-Matter+Integrity+in+Mouse+Contusion+Spinal+Cord+Injury.">Full Tensor Diffusion Imaging Is Not Required To Assess the White-Matter Integrity in Mouse Contusion Spinal Cord Injury.</a> J Neurotrauma. 27 (1), 253-262 (2010).</li><li>Kim, J. H., Song, S. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+tensor+imaging+of+the+mouse+brainstem+and+cervical+spinal+cord.">Diffusion tensor imaging of the mouse brainstem and cervical spinal cord.</a> Nat Protoc. 8 (2), 409-417 (2013).</li></ol>

이 기사에 대한 출판 비용은 부분적으로 공사 Bruker 후원했다.

여기에 설명 된 기술은, 생체 내에서 래트 척수 고품질 확산 강조 영상을 제공 할 수있다. 이미지 품질은 여러 가지 요인에 따라 다르지만, 척수 중요한 몇 가지 고유 한 문제점을 갖는다. 모션 수정하지 않을 경우 사용할 수없는 이미지를 얻을 수 있다는 중요한 문제이다. 따라서, MRI 세션 동안 모니터링주의를 필요로한다. 이미지 아티팩트 움직임과 일치 초기 검사에서 관찰하는 경우, 인수를 중지하고 이러한 후 처리에서 제거하기가 어렵습니다 때문에, 아티팩트를 제거하는 조치를 취합니다. 호흡 컴퓨터가 호흡 모니터링 장치에서 강한, 일반 신호를 수신하는지 확인하십시오. 호흡 벨트 일관된 신호를 제공하지만, 동물의 호흡을 제한하지 않습니다 올바른 장력 조정해야 할 수도 있습니다. 항상 마취의 적절한 수준을 유지; 1.5 ~ 2.0 % 이소 플루오 란 우리 experien에 사용 된CE. 마찬가지로, 동물과 척추의 전체 운동 감소 잡티없는 이미지를 제공하는 또 하나의 중요한 측면이다. 심장주기에 관련된 CSF 맥동에 의한 의미있는 움직임을 경험 인간의 척수는 달리, 설치류에서 CSF 맥동은 호흡주기 (18)과 주로 관련이있다. 완전히 코드의 모든 움직임을 제거하는 것이 곤란하지만, 종종 시행 착오를 통해 달성 가능한 한도 내에서, 움직임을 줄이기 위해 특히 중요하다. 또한, 다양한 신경 학적 부상 또는 장애를 가진 쥐들은 여기에 설명 된 절차의 적응이 필요할 수 있습니다 비정상적인 호흡 속도 또는 다른 생리 학적 합병증이있을 수 있습니다. 이러한 목적에 맞춘 화상 재구성 과정과 함께 호흡 게이팅 펄스 시퀀스로 변형, remov 수없는 불균일 자기장에 의한 왜곡의 영향을 최소화MRI 시스템에 의해 수행되는 조정 에디션. 마찬가지로, 화질 촬상 시간의 지속 기간에 의존한다. 우리의 예에서, 단지 두 방향을 따라 확산 가중치의 수를 제한하는 것은 전체 촬상 시간의 감소를 가능. 이 방법의 한계는 더 이상 다른 많은 연구 규범 전체 텐서 분석 (DTI)과 호환하지 않는다는 것이다. 대안 적으로, 동일한 획득 시간을 유지하면서 더 특성화를 허용 할 수 평균보다 적은 확산 방향 또는 B- 값을 사용. 이전의 연구는 2 방향 접근법 6 방향 (DTI) 접근법 19 일관성있는 정보를 제공한다는 것을 도시했지만,주의를 슬라이스 (및 확산 방향)을 보장하기 위해 취해 져야 정확하게을 따라 직교 코드로 배향된다. 그러나, 다수의 B-값을 취득하는 것은 더 나은 특성화 및 첨도의 수학 피팅이 가능하며 하나의 B-가치있는의 사용을 통해 권장전자. 또한, 풀 시퀀스는 자기장 감수성 아티팩트의 효과를 감소시키고, 평균화 통한 전체 이미지 품질을 향상 역상 인코딩 방향으로 반복 하였다. 마지막으로, 우리의 프로토콜에 사용되는 이미지 해상도는 흰색과 회색 물질의 명확한 분리를 제공합니다. 이 종종 이상 검사 시간의 비용 이상의 유물의 가능성에 온다하더라도 더 높은 해상도의 이미지는 가능하다. 고주파 코일, 펄스 시퀀스, 및 후 처리 방법의 개선은 모두이 방법의 미래에 적응 척수의 영상을 향상시키는 효과를 가질 것이다. 예를 들어, 표면 코일 마우스에서 관찰 된 것과 유사한 이미지 품질 개선에 유용 할 수있다. 이러한 치수는 20 척수 손상의 임상 진단 및 관리를위한 바이오 마커로서 유용한되는 일 가능성이 높다.

자기 공명 영상 (MRI)은 건강과 질병 모두에서 뇌와 척수에있는 창을 제공하는 비 침습적 인 도구입니다. MRI 임상 진단을 혁명뿐만 아니라 실험실 조사를위한 유용한 도구입니다. 신경 상해 또는 질병의 동물 모델은 병태 생리를 이해하고 치료법의 발견을 촉진하기위한 플랫폼을 제공한다. 이보고에서는, 확산 텐서 영상 (DTI)을 사용하여 미세 부상 한 바이오 마커의 가능성을 조사하기 척수 손상의 쥐 모델 MRI의 적용을 보여준다. 이미징 바이오 마커의 잠재력 발견은 척수 손상 환자의 진단 및 관리에 도움이 될 것입니다. 이러한 마커는 임상 그들의 번역 관찰 또는 예후를 전임상 모델에서 치료의 발견에 중요한 역할을하고 사용을 할 가능성이있다. DTI는 미세한 움직임을 측정하는 MRI의 전문 형태물 분자 (즉, 확산). DTI는 그들의 방향 및 미세 성분에 관한 정보를 제공합니다 확산 불균형 빨리 그들에게 수직보다 축삭을 따라입니다 축색 돌기의 존재에 신경 시스템에서 특히 유리하고있다. 확산 성 (MD), 및 확산의 방향 의존성의 측정 값을 의미하는, 조직 내의 전체적인 확산의 측정 값 DTI 유래의 스칼라 지수, 분별 이방성 (FA) 2,3, 미세 구조를 특징으로 광범위한 애플리케이션을 보았다 건강과 질병 (4) 모두에서 신경계의. 이러한 통계는 대부분의 다른 MRI의 방법을 통해 보이지 않는 미세한 조직 기능을 계시했다. 이전 노력은 DTI 쥐 1 흉부 SCI에 따라 자궁 경부 코드 내에서 원격 미세 변화를 감지하는지 보여 주었다. 병변의 원격 DTI 변경 가능성이 방법은 전체 척수 입술을 반영부상 연못, 잠재적 차 부상의 마커입니다. 생체 내에서 쥐의 척수 이미징은 몇 가지 독특한 도전을 선물한다. 특히, 척수는 호흡 운동에 의해 영향을 여러 가지 방법을 사용하여 움직임을 최소화하기 위해 세심한주의를 필요로한다. 최근 연구에서, 고정 장치 (5)을 스캔하는 동안 척추의 움직임을 제거했다. 자궁 코드의 촬상을 위해, 우리는 감쇠 헤드 홀더 및 손잡이 바의 형태로 물리적 구속을 이용하지만, 호흡에 의한 움직임을 제거하지 않는다. 더욱이, 우리는 효율적인 방식으로 호흡주기 화상 취득을 동기화하는 커스텀 호흡 동기화 방식을 이용한다. 이러한 변경은 그렇지 않은 호흡 6에 의한 대규모 벌크 운동으로 인한 아티팩트의 제거를 가능하게한다. 음주 운전은 CSF 흐름과 혈액 맥동 및 모션의 이러한 작은 원을 포함하여 미세한 움직임에 매우 민감 contamination은 또한 호흡 게이팅 방식에 의해 완화된다. 또한 척수 작은 단면적을 가지고 있으며, 시야의 일부만을 나타낸다. 척수 동물의 체내 깊은 위치해있는 경추 이미징의 경우, 적절한 신호 보급률 원통형 고주파 코일 이미지를 고해상 경추 척수 필요하다. 시야의 감소는 또한 척수의 외부 조직으로부터 취소 신호 또는 망치고 역할 외부 볼륨 억제 (OVS)에 의해 달성된다. 스포일러 구배 또는 외부 볼륨 억제 불리는이 방법은, 이러한 조직 내에 잔류 동물 모션 CSF 흐름, 또는 혈액의 맥동의 오염을 감소시키는 역할을한다. 척수의 배열은 또한 촬상 된 프로토콜을 단순화하기 위해 이용 될 수있다. 백질 (WM)의 척수 축삭 거의 모든 척수의 주축에 평행하게 배향된다. 목뇌의 DWI이 결과 자석 (프로세스라는 확산 텐서 영상) 내의 위치에 의존하지 않도록하기 위해, 적어도 6 방향을 따라 측정을 필요로하는 반면 우리, 척수에서의 측정이 병행에만 따라 두 방향을 취득 할 수 있고, 7,8에 직교 코드, 이하 각각 종횡이라. 따라서, 확산 및 다른 파라미터는 건강과 질병이나 부상 모두 조직의 미세 구조를 개별적으로 추론이 방향을 따라 측정하고있게된다.

<table><tbody><tr><td>Small animal imaging RF coil</td><td>Doty</td><td>SAIP400-H-38-S</td><td></td></tr><tr><td>Respiratory gating system</td><td>SA Instruments</td><td>1030</td><td></td></tr><tr><td>MR scanner</td><td>Bruker</td><td>Biospec 94/30 USR</td><td></td></tr></tbody></table>

diffusion imaging in the rat cervical spinal cord

Magnetic resonance imaging (MRI) is the state of the art approach for assessing the status of the spinal cord noninvasively, and can be used as a diagnostic and prognostic tool in cases of disease or injury. Diffusion weighted imaging (DWI), is sensitive to the thermal motion of water molecules and allows for inferences of tissue microstructure. This report describes a protocol to acquire and analyze DWI of the rat cervical spinal cord on a small-bore animal system. It demonstrates an imaging setup for the live anesthetized animal and recommends a DWI acquisition protocol for high-quality imaging, which includes stabilization of the cord and control of respiratory motion. Measurements with diffusion weighting along different directions and magnitudes (b-values) are used. Finally, several mathematical models of the resulting signal are used to derive maps of the diffusion processes within the spinal cord tissue that provide insight into the normal cord and can be used to monitor injury or disease processes noninvasively.

적절한 절차 모션 아티팩트 래트 자궁 척수 고품질 확산 강조 영상 발생을 최소화한다. 척추 외부 조직에서 원치 않는 신호를 포화, (그림 2) 사용자 정의 호흡기 게이팅을 사용하여 (그림 3B &amp; C), 자기장 감수성 왜곡 보정은 그림 4와 5에서와 확산 강조 영상을 생성한다. 부적절하거나 게이팅 이미지를 올바른 게이팅 유물이없는 반면, (그림 3E)을 고스트 형태의 유물로 이어질 것입니다. 조각 (12)에 걸쳐 확산 강조 영상의 육안 검사는 그 미세 구조에 관한 것이다 척수의 특징을 보여준다. 특히, 더 큰 확산 가중치 (B 값)으로 악화된다 확산 강조 영상에 더 큰 신호 손실에있는 조직 결과에 빠르게 확산. 확산 웨이팅 perpendic 함께 수행확산은 느리고 축색에 수직 제한 때문에 척수 축 울라 코드의 주위를 따라 백질은 밝다. 이 모두 한 방향을 따라 정렬되지 축색과 세포체이 구성되므로 대조적으로, 코드의 중심 영역 내의 회백질는 어둡게 나타난다. 회색 물질이 상대적으로 밝은 반면, 비교, 확산 이후 어두운 외관 흰색 문제에 평행 방향 결과에 확산 가중치, 빠른 축삭을 따라입니다. 그것은 병렬과 수직 방향이 다른 B-값에 흰색과 회색 물질 사이의 가장 좋은 대비가 있기 때문에 별도의 확산 강조 영상은, 다른 B-값을 표시된다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 수학적 형식주의를 사용하여 확산 강조 영상을 모두 결합하여 확산 파라미터 맵을 도시 할 수있다. 흰색과 회색 물질의 평균 신호는 DIF에 대해 플롯평행 및 수직 방향에 대한 융합 가중 계수 (B 값). 이 정량적 데이터는 그림 4의 확산 강조 영상을 강화. 회색 물질이 방향에 덜 의존하는 반면 특히, 흰색 물질이, (세로 또는 가로) 확산 가중치의 방향에 강한 의존성을 가지고있다. 유사하게, 확산 첨도 수율이 동일한 의존성을 강조 확산 파라미터 (도 6B), 정량 맵 식을 이용하여 각 복셀에서 신호의 피팅. 화이트 문제는 확산 (AID)와 첨도 측정 (AIK) 모두에 대한 이방성의 높은 수준을 보유하고 있습니다. 따라서, 횡 방향 확산 첨도는 조직 학적 연구로부터 알려져 척수의 기본 미세 구조를 보여준다. 라이브에서 취득한하지만 동물을 마취 선택된 확산 파라미터는, 예컨대 엑손 밀도 및 직경 미시적 조직 특성을 반영한다. 의 변화상해 및 질병에 의한 자체 대책을 간접적으로 상해의 결과와 약속 치료의 효과를 평가하기위한 도움이 될 것입니다. 쥐의 자궁 경부 척수의 확산 가중 영상 그러므로 척수 손상 및 척수 질환의 임상 시험을위한 도구가 될 수 있습니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig1highres.jpg" /> 그림 1 :. 자궁 경부 척수의 코일과 홀더의 디자인은 MRI 사용자 정의 직교 볼륨 코일 (도티 과학 Inc의)는 이미지에 높은 민감도와 균일 경추를 사용 하였다. 마취 및 의료 공기는 쥐의 코 주위에 편안하게 맞는 코 콘으로 표시된 가스 포트가 제공된다. 호기 잉여 가스는 진공 하에서 약간의 배기 라인에 의해 캡쳐된다. 쥐의 머리는 앞니 주위에 배치 물린 바, 귀 바 배치 델 리치와 함께 고정러면 외이도 내에서. 호흡기 모니터 및 온도 프로브를 포함하는 다른 생리적 모니터링 구성 요소는 도시되지 않는다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig2highres.jpg" /> 그림 2 : 호흡기 게이팅 방식. 게이팅 부에서 일반적인 호흡기 트레이스 (회색) 및 트리거 (적색) 개략적으로 나타내었다 (A). 게이팅 (B)의 전형적인 구현에서, 하나의 트리거는 모든 슬라이스 얻기 위해 사용된다 (수직선 12은 여기에 도시) 반복 시간 (TR) 내에서 균일하게 이격 된 시간. TR은 일반적인 기간을 초과하는 경우, 여러 조각 숨 중에 발생 및 모션 (빨간색)에 감염 될 수있다. 개질 방식 (C)에서, 슬라이스의 서브 세트가 후속 트리거 후에 취득한 다른 슬라이스, 지연 뒤에 트리거 (6은 여기에 도시 된) 후에 빠르게 취득한다. 효과적으로, TR은 시퀀스 내에서 지연을 재 배열하여 두 제도 사이의 동일합니다. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig3highres.jpg" /> 그림 3 :. MRI 슬라이스 위치, 포화 밴드 및 모션 제어 십이 축 조각은 뇌간과 소뇌의 교차점에서 일관성있는 거리에 위치하는 가장 앞쪽에 슬라이스 스카우트 이미지 (A)에 배치되었다. 채도 밴드 (B)는 관심 영역 외부의 원하지 않는 신호를 제거하기 위해 첨가 하였다. 사용되는 사용자 정의 게이팅 방식으로 확산 가중치 (D)와 확산 가중치 (C)과 하나없이 이미지가 명확하게 코드의 해부학을 보여 유물은 무료입니다. 최적화되지 않은 게이트 방식 또는 부적절한 호흡 게이팅, 확산 강조 영상이 손실 유물 (E)를 쇼<html> 코드 내에서 신호 또는 손상 이후의 분석.합니다 코드 외부의 여러 &quot;유령&quot;의 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52390/52390fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig4highres.jpg" /> 도 4 :. 주제 확산 강조 영상 텍스트에 설명 최적화를 이용하여, 고품질의 화상을 확산 가중 척수 주축 확산 가중인가 횡 (A)과 길이 방향 (B)을 수득 하였다. 다른 B-값은 예시적인 목적으로 흰색과 회색 물질의 최적 대비를 각 방향에 대해 표시됩니다. 각 방향 또는 b 값의 경우, 모든 12 조각은 약 90 초에 인수되었다.<html> 로드 / 52390 / 52390fig4large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig5highres.jpg" /> 그림 5 :.이 프로토콜 ( &quot;위로 글&quot;이미지)에 설명 된대로 역상 인코딩 보정 과정 왼쪽 열은 음주 운전으로 시퀀스를 이미지화 한 조각을 보여줍니다. 중간 열은 순서가 설정 한 &quot;역 글&quot;로 두 번째를 인수 표시 &#39;에.&#39; 첫 번째 이미지로 확대되어 표시 기능 가운데 열 압축 나타나는 방법을 참고. 오른쪽 열은 TOPUP를 사용하여 수정 확산 강조 영상을 보여줍니다. 윗줄은 비 확산 강조 영상은, 중간 행은 가로 방향으로인가 확산 웨이팅 예제이며, 하단 행은 길이 방향으로인가 확산 웨이팅 예이다.//www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52390/52390fig5large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/52390/52390fig6highres.jpg" /> 도 6 :. 확산율 첨도의 맵을 계산 정규화 신호 (이미지 세기)는 횡 (T)과 길이 (L)의 확산 부호화 방향 확산 가중 (B 값)의 함수로서 (A) 플롯. 고품질 확산 맵 (D)의 (B), 첨도 (K)과 이방성 (AI)는 각 복셀에서의 신호로부터 계산 및 척수 조직의 고유의 기능을 공개한다. 특히, 흰색과 회색 물질 사이의 매개 변수뿐만 아니라 백질 지역의 지역적 차이에 명확한 차이가있다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52390/52390fig6large.jpg" target="_blank">vi를하려면 여기를 클릭하십시오</a>이 그림의 더 큰 버전을 EW.

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Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

The goal of this protocol is to obtain high-quality diffusion weighted magnetic resonance imaging (DWI) of the rat spinal cord for noninvasive characterization of tissue microstructure. This protocol describes optimizations of the MRI sequence, radiofrequency coil, and analysis methods to enable DWI images free from artifacts.

쥐 자궁 경부 척수에 확산 이미징

Magnetic resonance imaging (MRI) is the state of the art approach for assessing the status of the spinal cord noninvasively, and can be used as a ...

diffusion-imaging-in-the-rat-cervical-spinal-cord

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.6K 조회수.  Medical College of Wisconsin. The goal of this protocol is to obtain high-quality diffusion weighted magnetic resonance imaging (DWI) of the rat spinal cord for noninvasive characterization of tissue microstructure. This protocol describes optimizations of the MRI sequence, radiofrequency coil, and analysis methods to enable DWI images free from artifacts.

비디오: Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

Using Laser Doppler Imaging and Monitoring to Analyze Spinal Cord Microcirculation in Rat

Laser Doppler flowmetry (LDF) is a noninvasive method for blood flow (BF) measurement, which makes it preferable for measuring microcirculatory alterations of the spinal cord. In this article, our goal was to use both Laser Doppler imaging and monitoring to analyze the change of BF after spinal cord injury. Both the laser Doppler image scanner and the probe/monitor were being employed to obtain each readout. The data of LDPI provided a local distribution of BF, which gave an overview of perfusion around the injury site and made it accessible for comparative analysis of BF among different locations. By intensely measuring the probing area over a period of time, a combined probe was used to simultaneously measure the BF and oxygen saturation of the spinal cord, showing overall spinal cord perfusion and oxygen supply. LDF itself has a few limitations, such as relative flux, sensitivity to movement, and biological zero signal. However, the technology has been applied in clinical and experimental study due to its simple setup and rapid measurement of BF.

Here we present a combination of laser Doppler perfusion imaging (LDPI) and laser Doppler perfusion monitoring (LDPM) to measure spinal cord local blood flows and oxygen saturation (SO2), as well as a standardized procedure for introducing spinal cord trauma on rat.

레이저 도플러 이미징 및 모니터링을 사용 하 여 쥐에서 척수 미세 분석 하

Laser Doppler flowmetry (LDF) is a noninvasive method for blood flow (BF) measurement, which makes it preferable for measuring microcirculatory ...

연구

행동분석학

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.

과 양전자 방출 단층 촬영을 이용하여 비 침습적 영상 및 뇌허혈의 분석 생활 쥐<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 ...

의학

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal degeneration. Lack of growth cone formation, regeneration, and loss of additional myelinated axonal projections within the spinal cord greatly limits neurological recovery following injury. To assess how central myelinated axons of the spinal cord respond to injury, we developed an ex vivo living spinal cord model utilizing transgenic mice that express yellow fluorescent protein in axons and a focal and highly reproducible laser-induced spinal cord injury to document the fate of axons and myelin (lipophilic fluorescent dye Nile Red) over time using two-photon excitation time-lapse microscopy. Dynamic processes such as acute axonal injury, axonal retraction, and myelin degeneration are best studied in real-time. However, the non-focal nature of contusion-based injuries and movement artifacts encountered during in vivo spinal cord imaging make differentiating primary and secondary axonal injury responses using high resolution microscopy challenging. The ex vivo spinal cord model described here mimics several aspects of clinically relevant contusion/compression-induced axonal pathologies including axonal swelling, spheroid formation, axonal transection, and peri-axonal swelling providing a useful model to study these dynamic processes in real-time. Major advantages of this model are excellent spatiotemporal resolution that allows differentiation between the primary insult that directly injures axons and secondary injury mechanisms; controlled infusion of reagents directly to the perfusate bathing the cord; precise alterations of the environmental milieu (e.g., calcium, sodium ions, known contributors to axonal injury, but near impossible to manipulate in vivo); and murine models also offer an advantage as they provide an opportunity to visualize and manipulate genetically identified cell populations and subcellular structures. Here, we describe how to isolate and image the living spinal cord from mice to capture dynamics of acute axonal injury.

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

We present a protocol utilizing two-photon excitation time-lapse microscopy to simultaneously visualize the dynamics of axon and myelin injuries in real time. This proposed protocol permits studies of both intrinsic and extrinsic factors which can influence central myelinated axon fate after injury and contribute to permanent clinical disability.

<em&gt; 전의 VIVO</em&gt; 레이저에 의한 척수 손상 모델은 실시간으로 축삭 변성의 메커니즘을 평가하기 위해

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal ...

신경과학

A Procedure for Implanting a Spinal Chamber for Longitudinal In Vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord

Studies in the mammalian neocortex have enabled unprecedented resolution of cortical structure, activity, and response to neurodegenerative insults by repeated, time-lapse in vivo imaging in live rodents. These studies were made possible by straightforward surgical procedures, which enabled optical access for a prolonged period of time without repeat surgical procedures. In contrast, analogous studies of the spinal cord have been previously limited to only a few imaging sessions, each of which required an invasive surgery. As previously described, we have developed a spinal chamber that enables continuous optical access for upwards of 8 weeks, preserves mechanical stability of the spinal column, is easily stabilized externally during imaging, and requires only a single surgery. Here, the design of the spinal chamber with its associated surgical implements is reviewed and the surgical procedure is demonstrated in detail. Briefly, this video will demonstrate the preparation of the surgical area and mouse for surgery, exposure of the spinal vertebra and appropriate tissue debridement, the delivery of the implant and vertebral clamping, the completion of the chamber, the removal of the delivery system, sealing of the skin, and finally, post-operative care. The procedure for chronic in vivo imaging using nonlinear microscopy will also be demonstrated. Finally, outcomes, limitations, typical variability, and a guide for troubleshooting are discussed.

A Procedure for Implanting a Spinal Chamber for Longitudinal In Vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord

In this video, we describe a procedure for implanting a chronic optical imaging chamber over the dorsal spinal cord of a live mouse. The chamber, surgical procedure, and chronic imaging are reviewed and demonstrated.

종의 척추 상공 회의소를 주입하는 절차<em&gt; 생체</em&gt; 마우스 척수의 영상

Studies in the mammalian neocortex have enabled unprecedented resolution of cortical structure, activity, and response to neurodegenerative insults by ...

Contrast Enhanced Ultrasound Imaging for Assessment of Spinal Cord Blood Flow in Experimental Spinal Cord Injury

Reduced spinal cord blood flow (SCBF) (i.e., ischemia) plays a key role in traumatic spinal cord injury (SCI) pathophysiology and is accordingly an important target for neuroprotective therapies. Although several techniques have been described to assess SCBF, they all have significant limitations. To overcome the latter, we propose the use of real-time contrast enhanced ultrasound imaging (CEU). Here we describe the application of this technique in a rat contusion model of SCI. A jugular catheter is first implanted for the repeated injection of contrast agent, a sodium chloride solution of sulphur hexafluoride encapsulated microbubbles. The spine is then stabilized with a custom-made 3D-frame and the spinal cord dura mater is exposed by a laminectomy at ThIX-ThXII. The ultrasound probe is then positioned at the posterior aspect of the dura mater (coated with ultrasound gel). To assess baseline SCBF, a single intravenous injection (400 &#181;l) of contrast agent is applied to record its passage through the intact spinal cord microvasculature. A weight-drop device is subsequently used to generate a reproducible experimental contusion model of SCI. Contrast agent is re-injected 15 min following the injury to assess post-SCI SCBF changes. CEU allows for real time and in-vivo assessment of SCBF changes following SCI. In the uninjured animal, ultrasound imaging showed uneven blood flow along the intact spinal cord. Furthermore, 15 min post-SCI, there was critical ischemia at the level of the epicenter while SCBF remained preserved in the more remote intact areas. In the regions adjacent to the epicenter (both rostral and caudal), SCBF was significantly reduced. This corresponds to the previously described &#8220;ischemic penumbra zone&#8221;. This tool is of major interest for assessing the effects of therapies aimed at limiting ischemia and the resulting tissue necrosis subsequent to SCI.

Contrast Enhanced Ultrasound imaging is a reliable in-vivo tool for quantifying spinal cord blood flow in an experimental rat spinal cord injury model. This paper contains a comprehensive protocol for application of this technique in association with a contusion model of thoracic spinal cord injury.

실험 척수 부상에서 척수 혈액 흐름의 평가를위한 향상된 초음파 이미징 대비

Reduced spinal cord blood flow (SCBF) (i.e., ischemia) plays a key role in traumatic spinal cord injury (SCI) pathophysiology and is accordingly an ...

Two-photon Imaging of Cellular Dynamics in the Mouse Spinal Cord

Two-photon (2P) microscopy is utilized to reveal cellular dynamics and interactions deep within living, intact tissues. Here, we present a method for live-cell imaging in the murine spinal cord. This technique is uniquely suited to analyze neural precursor cell (NPC) dynamics following transplantation into spinal cords undergoing neuroinflammatory demyelinating disorders. NPCs migrate to sites of axonal damage, proliferate, differentiate into oligodendrocytes, and participate in direct remyelination. NPCs are thereby a promising therapeutic treatment to ameliorate chronic demyelinating diseases. Because transplanted NPCs migrate to the damaged areas on the ventral side of the spinal cord, traditional intravital 2P imaging is impossible, and only information on static interactions was previously available using histochemical staining approaches. Although this method was generated to image transplanted NPCs in the ventral spinal cord, it can be applied to numerous studies of transplanted and endogenous cells throughout the entire spinal cord. In this article, we demonstrate the preparation and imaging of a spinal cord with enhanced yellow fluorescent protein-expressing axons and enhanced green fluorescent protein-expressing transplanted NPCs.

A new ex vivo preparation for imaging the mouse spinal cord. This protocol allows for two-photon imaging of live cellular interactions throughout the spinal cord.

마우스 척수의 세포 역학의 두 광자 이미징

Two-photon (2P) microscopy is utilized to reveal cellular dynamics and interactions deep within living, intact tissues. Here, we present a method for ...

An In Vivo Duo-color Method for Imaging Vascular Dynamics Following Contusive Spinal Cord Injury

Spinal cord injury (SCI) causes significant vascular disruption at the site of injury. Vascular pathology occurs immediately after SCI and continues throughout the acute injury phase. In fact, endothelial cells appear to be the first to die after a contusive SCI. The early vascular events, including increased permeability of the blood-spinal cord barrier (BSCB), induce vasogenic edema and contribute to detrimental secondary injury events caused by complex injury mechanisms. Targeting the vascular disruption, therefore, could be a key strategy to reduce secondary injury cascades that contribute to histological and functional impairments after SCI. Previous studies were mostly performed on postmortem samples and were unable to capture the dynamic changes of the vascular network. In this study, we have developed an in vivo duo-color two-photon imaging method to monitor acute vascular dynamic changes following contusive SCI. This approach allows detecting blood flow, vessel diameter, and other vascular pathologies at various sites of the same rat pre- and post-injury. Overall, this method provides an excellent venue for investigating vascular dynamics.

An In Vivo Duo-color Method for Imaging Vascular Dynamics Following Contusive Spinal Cord Injury

We introduce an in vivo imaging method using two different fluorescent dyes to track dynamic spinal vascular changes following a contusive spinal cord injury in adult Sprague-Dawley rats.

에 비보 듀오 컬러 이미징 혈관 역학 Contusive 척수 상해를 따르는 방법

Spinal cord injury (SCI) causes significant vascular disruption at the site of injury. Vascular pathology occurs immediately after SCI and continues ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic resonance imaging (MRI) plays an important role in both confirming the diagnosis and evaluating the degree of compression. However, the anatomical detail provided by conventional MRI is not sufficient to accurately estimate neuronal damage and/or assess the possibility of neuronal recovery in chronic spinal cord compression patients. In contrast, diffusion tensor imaging (DTI) can provide quantitative results according to the detection of water molecule diffusion in tissues. In the present study, we develop a methodological framework to illustrate the application of DTI in chronic spinal cord compression disease. DTI fractional anisotropy (FA), apparent diffusion coefficients (ADCs), and eigenvector values are useful for visualizing microstructural pathological changes in the spinal cord. Decreased FA and increases in ADCs and eigenvector values were observed in chronic spinal cord compression patients compared to healthy controls. DTI could help surgeons understand spinal cord injury severity and provide important information regarding prognosis and neural functional recovery. In conclusion, this protocol provides a sensitive, detailed, and noninvasive tool to evaluate spinal cord compression.

Here, we present a protocol for the application of diffusion tensor imaging parameters to evaluate spinal cord compression.

확산 텐서 만성 척수 압축에서 자기 공명 이미징

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic ...

In Vivo SiRNA Transfection and Gene Knockdown in Spinal Cord via Rapid Noninvasive Lumbar Intrathecal Injections in Mice

This report describes a step-by-step guide to the technique of acute intrathecal needle injections in a noninvasive manner, i.e. independent of catheter implantation. The technical limitation of this surgical technique lies in the finesse of the hands. The injection is rapid, especially for a trained experimenter, and since tissue disruption with this technique is minimal, repeated injections are possible; moreover immune reaction to foreign tools (e.g. catheter) does not occur, thereby giving a better and more specific read out of spinal cord modulation. Since the application of the substance is largely limited to the target region of the spinal cord, drugs do not need to be applied in large dosages, and more importantly unwanted effects on other tissue, as observed with a systemic delivery, could be circumvented1,2. Moreover, we combine this technique with in vivo transfection of nucleic acid with the help of polyethylenimine (PEI) reagent3, which provides tremendous versatility for studying spinal functions via delivery of pharmacological agents as well as gene, RNA, and protein modulators.

In Vivo SiRNA Transfection and Gene Knockdown in Spinal Cord via Rapid Noninvasive Lumbar Intrathecal Injections in Mice

This report describes a simple and rapid technique of intrathecal needle puncture for a localized transfection of siRNA in the lumbar spinal cord in mouse under short lasting light anesthesia.

마우스의 빠른 비 침습 요추 경 막내 주사를 통해 생체 siRNA의 형질과 척수에있는 유전자 넉다운에

This report describes a step-by-step guide to the technique of acute intrathecal needle injections in a noninvasive manner, i.e. independent of catheter ...

생물학

CNS 유전자 치료를 위한 어린 쥐에서 AAV9의 요추 천자 전달

Intrathecal Vector Delivery in Juvenile Rats via Lumbar Cistern Injection

Gene therapy is a powerful technology to deliver new genes to a patient for the treatment of disease, be it to introduce a functional gene, inactivate a toxic gene, or provide a gene whose product can modulate the biology of the disease. The delivery method for the therapeutic vector can take many forms, ranging from intravenous infusion for systemic delivery to direct injection into the target tissue. For neurodegenerative disorders, it is often desirable to skew transduction towards the brain and/or spinal cord. The least invasive approach to target the entire central nervous system involves injection into the cerebrospinal fluid (CSF), allowing the therapeutic to reach a large fraction of the central nervous system. The safest approach to deliver a vector into the CSF is the lumbar intrathecal injection, where a needle is introduced into the lumbar cistern of the spinal cord. This technique, also known as a lumbar puncture, has been widely used in neonatal and adult rodents and in large animal models. While the technique is similar across species and developmental stages, subtle differences in size, structure, and elasticity of tissues surrounding the intrathecal space require accommodations in the approach. This article describes a method for performing lumbar puncture in juvenile rats to deliver an adeno-associated serotype 9 vector. Here, 25-35 &#181;L of vector were injected into the lumbar cistern, and a green fluorescent protein (GFP) reporter was used to evaluate the transduction profile resulting from each injection. The benefits and challenges of this approach are discussed.

저자 스포트라이트: Assessing Intrathecal Gene Therapy Effect in Juvenile Rats

A surgical procedure is described to perform injections into the lumbar cistern of the juvenile rat. This approach has been used for the intrathecal delivery of gene therapy vectors, but it is anticipated that this approach can be used for a variety of therapeutics, including cells and drugs.

Intrathecal vector delivery in juvenile rats via lumbar cistern injection(요추 수조 주입을 통한 어린 쥐의 척수강내 벡터 전달)

Gene therapy is a powerful technology to deliver new genes to a patient for the treatment of disease, be it to introduce a functional gene, inactivate a ...

쥐 자궁 경부 척수에 확산 이미징

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