Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury | Protocol (Translated to Turkish)
Hafif Travmatik Beyin Hasarı Olan Sıçanların Hipokampuslarında İleri Difüzyon Görüntüleme
Bu işlemin genel amacı hafif travmatik beyin hasarı olan bir sıçanda hipokampus kantitatif mikroyapısal bilgi elde etmektir. Bu gelişmiş difüzyon ağırlıklı manyetik rezonans görüntüleme protokolü ve parametrik difüzyon haritalarının ilgi alanı tabanlı analizi kullanılarak yapılır.
Hafif travmatik beyin hasarı (mTBI) edinilmiş beyin hasarının en sık görülen türüdür. Travmatik beyin hasarı olan hastalar muazzam bir değişkenlik ve heterojenlik (yaş, cinsiyet, travma türü, diğer olası patolojiler, vb) gösterdiğinden, hayvan modelleri klinik araştırmalarda sınırlamalar olan faktörlerin çözülmesinde önemli bir rol oynamaktadır. TBI'den sonra yaralanma ve onarımın biyolojik mekanizmalarını araştırmak için standart ve kontrollü bir ortam sağlarlar. Ancak, tüm hayvan modelleri etkili mTBI yaygın ve ince doğasını taklit. Örneğin, yaygın olarak kullanılan kontrollü kortikal etki (CCI) ve lateral sıvı perküsyon hasarı (LFPI) modelleri beyni ortaya çıkarmak ve yaygın olarak mTBI'de görülmeyen yaygın fokal travmaya neden olmak için kraniyotomi kullanırlar. Bu nedenle, bu deneysel modeller mTBI taklit etmek için geçerli değildir. Bu nedenle, mTBI araştırmak için uygun bir model kullanılmalıdır. Sıçanlar için Marmarou kilo damla modeli hafif travma sürdüren hastalarda görüldüğü gibi benzer mikroyapısal değişiklikler ve bilişsel bozukluklar neden olur; bu nedenle, bu model bu protokol için seçildi. Konvansiyonel bilgisayarlı tomografi ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) taramaları genellikle hafif bir yaralanma sonrasında herhangi bir hasar göstermez, çünkü mTBI genellikle sadece ince ve yaygın yaralanmalara neden olur. Difüzyon ağırlıklı MRG ile beyin dokusunun mikroyapısal özelliklerini araştırmak mümkündür, bu da hafif travma sonrası mikroskobik değişiklikler hakkında daha fazla bilgi sağlayabilir. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, hafif ve yaygın beyin hasarı elde edildikten sonra hastalığın ilerlemesini takip etmek için seçilen bir ilgi bölgesi (yani, hipokampus) kantitatif bilgi elde etmektir.
Travmatik beyin hasarı (TBI) son yıllarda daha fazla dikkat kazanmıştır, bu beyin yaralanmaları yaşam boyu bilişsel neden olabilir olduğu ortaya çıkmıştır gibi, fiziksel, duygusal, ve sosyal sonuçları1. Bu artan farkındalığa rağmen, hafif TBI (mTBI, veya beyin sarsıntısı) hala sık sık underreported ve tanısı konmamış. MTBI sessiz bir salgın olarak anılacaktır ve mTBI öyküsü olan bireyler madde bağımlılığı veya psikiyatrik sorunlar2daha yüksek oranlarda göstermektedir. MTBI'li bazı hastalar, genellikle konvansiyonel bilgisayarlı tomografi (BT) veya manyetik rezonans görüntüleme (MRG) taramalarında görülemeyen yaralanmaların yaygın ve ince doğası nedeniyle her yıl tanı konulamamaktadır. Beyin hasarının radyolojik kanıt bu eksikliği difüzyon MRG gibi daha gelişmiş görüntüleme tekniklerinin gelişmesine yol açmıştır, hangi mikroyapısal değişikliklere daha duyarlı3.
Difüzyon MRG mikroyapının in vivo haritalama sağlar, ve bu MRI tekniği TBI çalışmalarda yaygın olarak kullanılmıştır4,5,6. Difüzyon tensorundan, fraksiyonel aizotropi (FA) ve ortalama difüzivite (MD) yaralanma sonrası mikroyapısal organizasyondaki değişimi ölçmek için hesaplanır. mTBI hastalarında son değerlendirmeleri FA artışlar rapor ve yaralanma sonrası MD azalır, hangi aksonal şişlik göstergesi olabilir7. Aksine, MD artışlar ve FA azalır da bulunur ve ödem oluşumu, aksonal dejenerasyon, ya da lif yanlış hizalama / bozulma8aşağıdaki parankimal yapıda bozulmalar underlie önerilmiştir 8 . Bu karışık bulgular, farklı etki ve şiddet türlerinin (örneğin, rotasyon-ivmelenme, künt kuvvet travması, patlama yaralanması veya eskisinin kombinasyonu) kaynaklanan mTBI'nin önemli klinik heterojenliği ile kısmen açıklanabilir. Ancak, şu anda mikroyapısal organizasyonda değişikliklerin altında yatan patoloji ve biyolojik/hücresel temel hakkında net bir fikir birliği bulunmamaktadır.
Hayvan modelleri, TBI'den sonra biyolojik yaralanma ve onarım mekanizmalarını daha ayrıntılı olarak araştırmak için standart ve kontrollü bir ortam sağlar. TBI için çeşitli deneysel modeller geliştirilmiştir ve insan TBI farklı yönlerini temsil (örneğin, odak vs diffüz travma veya travma rotasyonel kuvvetlerin neden olduğu)9,10. Yaygın olarak kullanılan hayvan modelleri kontrollü kortikal etki (CCI) ve lateral sıvı perküsyon yaralanması (LFPI) modelleri11,12içerir. Deneysel parametreler iyi kontrol edilebilir rağmen, Bu modeller beyin ortaya çıkarmak için bir kraniyotomi kullanmak. Kraniyotomiler veya kafatası kırıkları mTBI'de yaygın olarak görülmez; bu nedenle, bu deneysel modeller mTBI taklit etmek için geçerli değildir. Marmarou ve ark.13 tarafından geliştirilen darbe ivme modeli, belirli bir yükseklikten bir kask tarafından korunan farenin kafasına bırakılan bir ağırlığı kullanır. Bu hayvan modeli hafif travma sürdüren hastalarda görüldüğü gibi benzer mikroyapısal değişiklikler ve bilişsel bozukluklar neden olur. Bu nedenle, bu Marmarou kilo damla modeli diffüz mTBI14için görüntüleme biyobelirteçleri araştırmak için uygundur,15.
Bu rapor, Marmarou kilo düşürme modelini kullanarak bir mTBI sıçan modelinde ileri difüzyon MRG uygulamasını göstermektedir. İlk olarak hafif ve diffüz travmanın nasıl indüklenebildiğini gösteren difüzyon tensor görüntüleme (DTI) modeli kullanılarak analiz yapılır. Daha gelişmiş difüzyon modelleri [yani difüzyon kurtoz görüntüleme (DKI) ve beyaz madde yolu bütünlüğü (WMTI) modeli] kullanımı ile spesifik biyolojik bilgiler elde edilir. Özellikle, hafif travma ve mikroyapısal değişiklikler sonra hipokampus konvansiyonel T2 ağırlıklı MRG ve gelişmiş difüzyon görüntüleme protokolü kullanılarak değerlendirilir.
Protokol Gent Üniversitesi Hayvan Etik Komitesi (ECD 15/44Aanv) tarafından onaylanmıştır ve tüm deneyler Avrupa Komisyonu'nun yönergelerine uygun olarak yapılmıştır (Direktif 2010/63/EU).
1. Hayvan hazırlama ve kask eki
Bir dişi Wistar H sıçan (± 250 g veya 12 haftalık yaş) tartın ve isofluran karışımı (%5) ile dolu küçük bir indüksiyon odasında anestezi ve O2 en az 1 dakika.
Fareye boyuna 0.05 mg/kg buprenorfin enjekte edin, ev kafesine geri verin ve en az 30 dakika boyunca önleyici analjeziye izin verin.
NOT: 30 dk bekleme sırasında cerrahi bölge hazırlanabilir.
Cerrahi alanın altına 37 °C'de tutulan bir ısıtma yastığı yerleştirin. Sterilize edilmiş cerrahi aletleri %70 etanol ile dezenfekte edilen cerrahi alana yerleştirin.
Fareyi indüksiyon odasına geri yerleştirin ve fareyi bir pati veya kuyruk kıskacına yanıt vermeyene kadar anestezi edin.
Cerrahi alana sıçan yerleştirin ve lateral kuyruk ven bir kateter takın. Sonra, sıçan başını tıraş, aşırı kürk kaldırmak ve kafa derisi ve klorohexidine ile cerrahi alanın geri kalanı dezenfekte.
Kafa derisine %2 lidokain inklünes inn.
Küçük makas ile herhangi bir fazla membranlar kaldırarak, kafatası ortaya çıkarmak için bir neşter boyutu 11 kullanarak bir orta hat kesi olun. 1 cm maksimum yayılmış bir oküler spekulum kullanarak cilt geri çekin. Ayrıca, periosteum artık mevcut olana kadar yavaşça kafatası boyunca steril bir pamuk tomurcuk sürtünme tarafından periost kaldırın.
Kafatasına bir damla doku tutkalı ve kask görevi gören sterilize edilmiş metalik diske (10 mm ve 3 mm kalınlık çapı) bir damla doku tutkalı koyun. Diski yaklaşık üçte bir önce ve üçte ikisini bregma'nın arkasına yapıştırın. Tutkal 1 dakika kurumasını bekleyin.
2. Travmatik beyin hasarı indüksiyonu (TBI)
Belirli yay sabitbir köpük yatak ile özel yapım yatakta sıçan yerleştirin (Malzeme Tablosubakınız). Fareyi, kaskı mümkün olduğunca yatay bir şekilde 450 g pirinç ağırlığıyla şeffaf bir plastik tüpün altına yerleştirin. Fareyi anesteziden ayırın.
Ağırlığı 1 m'ye kadar çekin ve hazır olduğunuzda bırakın. İkinci bir darbeyi önlemek için fareyi darbeden hemen sonra plastik tüpten uzaklaştırmak için ikinci bir deneycinin bulunduğundan emin olun.
NOT: Sahte yaralı sıçanlar 2.2.
Hemodinamik şoku azaltmak için fareyi anesteziye yeniden takın ve kateter aracılığıyla 1 mL fizyolojik solüsyon (%0.9 NaCl) enjekte edin.
NOT: Farenin etkisi nden dolayı nefes almayı kısa bir süre durması mümkündür. Fare solunum refleksini teşvik etmek için 2 sn sonra kendiliğinden nefes almazsa toraksı yavaşça sıkıştırın.
Kaskı kafatasından yavaşça çekerek çıkarın. Kafatası ve deriden kalan herhangi bir tutkal çıkarın ve cerrahi dikiş ile kesi kapatın. Steril aplikatör ucu kullanarak lokal analjezi jeluygulayın.
Fareyi CT tarayıcısının yatağına yerleştirin. İzci tonu kullanarak doğru konumu onaylayın. Bir yatak pozisyonu içinde tüm baş görüntüleme sağlamak için görüş alanını ayarlayın. Kafatası kırıklarını ekarte etmek için genel bir amaç, düşük doz BT taraması uygulayın.
NOT: Kafatası kırığı ötenazi için bir kriterdir.
Fareyi temiz bir kafese ısıtma yastığı (37 °C) üzerine yerleştirin. Bilincini geri kazanmak için zamanı izleyin. Bir kez sıçan dik oturabilir, sıçan ev kafesi geri döndürülebilir.
TBI indüksiyonundan bir gün sonra 0.05 mg/kg buprenorfin ikinci bir doz uygulayın.
3. Difüzyon manyetik rezonans görüntüleme (MRG)
NOT: Difüzyon ağırlıklı görüntüleme travma indüksiyonundan önce ve 1 gün sonra yapılır.
Isofluran karışımı ile dolu küçük bir indüksiyon odasında sıçan anestezik (%5) ve O2. Sıçan bir pençe veya kuyruk kıskaç yanıt vermiyor sayılsa 500 mL/dk akış hızı ile anesteziyi %2'ye düşürün.
Anesteziyi sağlayarak fareyi baş tutucuya diş çubuğu ve burun konisi ile yerleştirin ve beynin merkezi quadrature volume MRI bobininin merkezinde olana kadar başı öne doğru kaydırın. Korneada herhangi bir zarar görmesini önlemek için az miktarda gözlere yağlayıcı merhem uygulayın. Tarama sırasında hareket önlemek için küçük bir bant parçası ile baş sabitleyin.
Solunum izlemek ve sıçan sıcak tutmak için dolaşan sıcak su ısıtma battaniye ve kabarcık şal ile sıçan kapağı için sıçan toraks altında bir basınç yastığı yerleştirin. Taramadan önce, sinyalin gürültü olmadan temiz olduğundan ve solunum döngüsünün tutarlı olduğundan emin olmak için solunum monitörünü kontrol edin. Gerekirse basınç yastığını değiştirin.
NOT: Anestezi düzeyi %1-2 arasında ayarlanarak solunum hızı 1.200-1.700 ms'de 1 nefes arasında tutulmalıdır.
Quadrature hacim bobinini başın üzerinde kaydırın. Bobinin ayar ve eşleşen kapasitörlerini uygun frekansa ve empedansa bobin satıcısı tarafından sağlanan talimatlara göre ayarlayın. Tarama başlatmak için tarayıcı delik içine tarayıcı yatak ilerletin.
Doğru konumlandırmayı sağlamak için varsayılan üç düzlemli izci tonu ("üç pilot") edinin.
Yeni Scan'ı tıklatarak ve protokol listesinden üç pilot sırasını seçerek üç pilot sırasını Scan Denetimi'ne yükleyin. Ardından, tbmmayı başlatmak için trafik ışığı düğmesini tıklatın.
Tsama bittiğinde, görüntüyü titretin ve 1) kafanın düz ve 2) beynin mıknatıs ve bobinin ortasına yerleştirildiğinden emin olun. Gerekirse başın ve/veya tarayıcı yatağının konumunu ayarlayın ve yeni bir üç pilottuzun tarar.
Otomatik bir ikinci sıra şimleme protokolü kullanarak yerel manyetik alanı ayarlayın: ikinci dereceden şim protokolünü adım 3.5.1'de açıklandığı gibi Scan Denetimi'ne yükleyin. Ardından, Acq sekmesine tıklayın | Güncel Ayarlamalar | Spektrometre Kontrol Aracı penceresinde ki Yerel Alan Homojenliği için otomatik shimming başlatmak için yönteme özgü ayarlama.
Adım 3.5.1'de açıklandığı gibi Yeniden Odaklanmış Yankılar (RARE) dizisiyle yeni bir T2 Rapid görüntülemeyi Scan denetimine yükleyin.
Aşağıdaki parametreler dışında varsayılan ayarları kullanarak T2 ağırlıklı görüntüler edinin:
Titre tonu sekmesini açın ve yineleme süresini (TR) ve yankı süresini (TE) sırasıyla 5.500 ms ve 37 ms olarak ayarlayın. Ayrıca, 109 μm x 109 μm (varsayılan çözünürlük = 156 μm x 156 μm) daha yüksek bir düzlem içi çözünürlüğe izin verecek şekilde görüş alanını ve matris boyutunu değiştirin. Dilim kalınlığının 600 μm, dilim sayısının 45, RARE faktörünün ise 8 olarak ayarlandıklarından emin olun.
Geometri editörü açın ve beyin ve beyincik bulbus da dahil olmak üzere doğru pozisyonda dilim paketi yerleştirin.
Adım 3.5.1'de açıklandığı gibi B_DiIFFUSION klasöründen üç yeni yankı-düzlemsel difüzyon ağırlıklı spin-echo dizisi (DtiEpi) Teşrin Denetimi protokolüne yükleyin.
NOT: Üç farklı difüzyon "kabukları" kullanılarak, difüzyon tensor görüntüleme (DTI) model4,16, difüzyon kurtoz görüntüleme (DKI) modeli17, ve beyaz madde yolu bütünlüğü (WMTI) modeli18 tüm tahmin edilebilir. En yüksek b değeri en fazla 3000 s/mm2 olan ve görüntüleme kabuğu başına en az 15 eşit aralıklı yöne sahip en az üç farklı b değeri kullanılması tavsiye edilir17.
Aşağıdaki ayarların dışında varsayılan ayarları kullanarak difüzyon ağırlıklı görüntüler (DWIs) edinin:
Titret sekmesini açın ve Geometri sekmesi altındaki geometrik parametreleri ayarlayın. 333 μm x 333 m çözünürlük sağlamak için görüş alanını ve matris boyutunu 105 x 105 olarak ayarlayın.
Dilim yönünü eksenel ve dilim sayısını 25'e ayarlayın ve bu da dilim kalınlığının 500 μm ve dilimler arası 600 m'lik bir mesafe ye sahip olmasını sağlar. Okuma yönünü sol-sağa değiştirin.
Yankı süresini 24 ms'e, tekrarlama süresini ise 6.250 ms'e ayarlamak için Kontrast sekmesini tıklatın.
Bant genişliğini 250.000 Hz'e ayarlayın ve yağ bastırmayı açın. Ortalama sayısını bire ayarlayın.
Araştırma sekmesine tıklayın ve ortalamasayısını (EPI segmentleri) 4'e değiştirin.
Araştırma sekmesindeki Difüzyon sekmesine tıklayın. Üç difüzyon kabuğunun her biri için bu adımı ayrı ayrı gerçekleştirin.
Difüzyon yönünün sayısını ilk kabuk için 32, ikinci kabuk için 46 ve üçüncü kabuk için 64 olarak ayarlayın.
Özel degrade yön dosyaları ile degrade yönergeleri ayarlayın.
İlk kabuk için B0 görüntü sayısını 5, ikinci kabuk için 5 ve üçüncü kabuk için 7 olarak değiştirin.
Yön başına b değerini ilk kabuk için 800 s/mm 2, ikinci kabuk için 1500 s/mm2 ve üçüncü kabuk için 2000 s/mm2 olarak ayarlayın.
NOT: Degrade yönergeleri özel bir degrade yönler dosyasıyla ayarlamak, DTI_SET_DIRECTIONS makrosu kullanılarak Difüzyon Yönergelerini Evet'e veya otomatik olarak gir'e ayarlayarak el ile yapılabilir.
Geometri editörü açın ve artifakı ve taşkınlık süresini azaltmak için sadece serebrum içeren bulbus ve beyincik arasındaki görüş alanını yerleştirin. Doygunluğa tıklayarak ve kaydırma çubuklarını kullanarak tercih edilen konumdaki bantları kaydırarak yapıları azaltmak için beynin dışına 5 mm'lik altı doygunluk bandı yerleştirin.
NOT: Bulbus ve serebellum anatomik işaretleri ve tripilot tarama üç görüntüleri dayalı tespit edilebilir.
Trafik ışığı simgesine tıklayarak alınan sekansları edinin. Yukarıda açıklanan parametrelerin ayarlarını kullanarak, T2-RARE talimi nin edinim süresi 12 dk, ilk DWI kabuğu15 dk, ikinci DWI kabuğu 21 dk ve üçüncü kabuk 30 dk'dır. Toplam satın alma süresi yaklaşık 80 dakikadır (tek bir alıcı kanal sisteminde).
Tarama protokolü tamamlandığında, hayvanı tarayıcı yatağından çıkarın ve hayvanı 37 °C'de ısıtma yastığı ile temiz bir kafese yerleştirin. Bilinci yerine geldiğinde hayvanı kafese geri döndürün.
NOT: Aşağıdaki bölümlerde, difüzyon görüntülerinin işlenmesi açık erişim araç kutuları olan MRtrix3, ExploreDTI19 ve Amide software20'de açıklanmıştır. Ancak, ön işleme adımları diğer araç kutularında (örneğin, FSL, MedInria, DTIStudio) gerçekleştirilebilir.
2dseq dosyasını dışa aktararak edinme konsolundan elde edilen verileri aktarın.
MRtrix3'te daha fazla ön işleme adımı için 2dseq dosyalarını (ham DWI dosyaları) MRtrix3'ün standart biçimlendirmesi olan .mif biçimine dönüştürün. Ayrıca, kabuktaki aşağıdaki komutları kullanarak üç difüzyon mermisini biraraya topuz:
convert_bruker pdata/1/2dseq ratID_T2.mih (T2 ağırlıklı görüntüler için)
convert_bruker pdata/1/2dseq ratID_dwi1.mih (ilk difüzyon kabuğu için)
convert_bruker pdata/1/2dseq ratID_dwi2.mih (ikinci difüzyon kabuğu için)
convert_bruker pdata/1/2dseq ratID_dwi3.mih (üçüncü difüzyon kabuğu için)
MRtrix321,22DWIs gürültü düzeltme ve Gibbs zil düzeltme gerçekleştirin. Ayrıca, aşağıdaki komutları kullanarak düzeltilmiş DWI görüntülerini ve T2 görüntüsünü NIFTI biçimine dönüştürün:
ExploreDTI'de EPI, hareket ve Eddy akım bozulmaları için düzeltme yapın:
DTI*.mat dosyasını hesapla'yı tıklatarak NIFTI görüntülerini .mat dosyasına dönüştürün | Ham verileri DTI*.mat dosyasına dönüştürün. Difüzyon tensörü tahminini doğrusal ve b-değerini NaN olarak tartmak üzere değiştirin. Voxel boyutunu 0,333 0,333 0,6, DWI olmayan görüntü sayısını 17'ye, DWI görüntü sayısını 142'ye ve matris boyutunu 105 105 25'e ayarlayın.
NOT: ExploreDTI, b değerini NaN olarak ayarlayarak veri kümesini kurtoz veri seti olarak kabul edecektir.
EPI düzeltme ayarlarını ayarlamak için Ayarlar sekmesine tıklayın (bu varsayılan olarak kapatılır). SM/EC/EPI düzeltmesini seçin, diğer verilere de kaydolun? Difüzyon veri kümesine karşılık gelen anatomik T2 görüntüsünün sonekini belirtin.
NOT: ExploreDTI, bozulmamış anatomik görüntü ile difüzyon görüntüsü arasındaki görüntü kaydını kullanarak EPI bozulmalarını düzeltir.
Eklentiler sekmesine tıklayın ve konu hareketi & EC/EPI bozulmaları için Düzeltme'yi seçin ve önceden işlenmiş difüzyon veri dosyasını adım 2.3'ten seçin. T2 görüntüsünün aynı klasörde olduğundan ve difüzyon veri dosyası adı ile aynı tabanda olduğundan emin olun (örn. dwi için rat1.nii ve anatomik görüntü için rat1_T2.nii). Bu adım bir "yerel" (*native.mat) ve "dönüştürülmüş" dosya (*trafo.mat) oluşturur.
Eklentileri tıklatarak ve DTI modelinin parametrik haritalarını seçerek ve DTI modelinin parametrik haritalarını seçerek her sıçan için DTI ölçümlerini hesaplayın: fraksiyonel anizotropi (FA), ortalama difüzivite (MD), radyal difüzöre (RD) ve eksenel difüzivite (AD; "en büyük eigenvalue L1" olarak belirtilmiştir).
Ayrıca, kurtoz modeli (MK, AK ve RK) ve WMTI modeli (AWF, AxEAD, RadEAD ve TORT) için parametrik haritaları dışa aktarın. Difüzyon görüntülerinin işlenmesi, daha fazla mikroyapısal analiz için kullanılabilecek 12 parametrik haritaya (Şekil1, Şekil 2, Şekil3) neden olacaktır.
MRtrix3 kullanarak her sıçanın hipokampus için bir maske dosyası oluşturun.
Araç ve YGdüzenleyicisini tıklatarak farenin FA görüntüsünü MRtrix görüntüleyiciye yükleyin.
"+" düğmesine tıklayarak yeni bir YG oluşturun ve hipokampus içeren her dilimin roi'sini çizmek için Düzenleme tuşuna basın (Şekil 4). Çizilen YG'den istenmeyen alanları silmek için sağ fare düğmesine basın.
YG'nin çizimi tamamlandığında, Kaydet düğmesini tıklatarak maske görüntüsünü kaydedin.
NOT: Bu maske dosyası hipokampal doku içeren değer 1 voxels ile ikili bir NIFTI görüntü dosyası olacak ve kalan voxels 0 değerleri olacaktır. Sıçanlar arasında hipokampus bölgesistandartlaştırmak için, parametrik haritalar ilgi önceden tanımlanmış bölgeleri ile bir çalışma özel şablon ile birlikte kaydedilebilir23 veya sıçan beyin atlası.
Sıçan hipokampusdifüzyon ölçümleri ayıklamak için, adım 4.6 oluşturulan maske dosyasını kullanın ve Amide yazılımı açın.
Farenin parametrik haritalarını ve maske görüntüsünü açın.
Maske dosyasının YG'sini Amide'ye eklemek için maske dosyası görüntüsünü seçin, Örün | ROI Ekle | 3D Isocontour ve maske resimde görüntülenen Yatırım Getirisi tıklayın. YG'ye anlamlı bir ad verin ve bu birimin yalnızca bir değere sahip voxel'ler içermesi gerektiğini onaylayın.
Hipokampustaki difüzyon ölçümlerinin ortalama değerlerini hesaplamak için Araçlar | YG Istatistiklerini hesaplayın ve eklenmesi gereken görüntüleri ve YG'yi belirtin. Yürüt'ü tıklattıktan sonra, başka bir ekran daha fazla istatistiksel analiz için kullanılabilecek hesaplanmış değerlerle açılır. Bu dosya kaydedilebilir veya tercih edilen bir veri biçimine kopyalanabilir (örn. .xlsx veya .csv dosyası).
NOT: Aşağıdaki bölümlerde, spss istatistik 24'te difüzyon görüntülerinin işlenmesini açıklıyoruz; ancak, istatistiksel analiz diğer istatistiksel araç kutularında yapılabilir.
Verileri geniş formattaki bir SPSS *.sav dosyasına yükleyin.
Her zaman noktası için iki grup arasındaki istatistiksel farklılıkları test etmek için (örneğin, temel veya 1 günlük yaralanma sonrası) Analiz Et | Parametrik olmayan testler | Eski Diyaloglar | 2 Bağımsız Örnekler Testleri. Test edilmesi gereken değişkenleri yükleyin ve grupları (yani TBI ve sahte grupları) belirtin. Test türü olarak Mann-Whitney U'yu belirtin.
Her gruptaki 2 zaman noktası arasındaki istatistiksel farklılıkları sınamak için veri dosyasının bölünmesi gerekir. Verilere Git, Dosyayı Böl ve Grupları Karşılaştır'ıbelirt. Ardından, Analiz, Parametrik Olmayan testler, Eski Diyaloglar, 2 İlgili ÖrneklerTestleri'ni tıklatın, karşılaştırılması gereken değişkenleri yükleyin ve Test türü olarak Wilcoxon'u belirtin.
NOT: Birden fazla karşılaştırmayı düzeltmek için, bonferroni düzeltmesi [yani, p-değeri karşılaştırıldığında parametre sayısına bölünerek (DTI 4, DKI 3 ve WMTI 4)] kullanılarak her difüzyon modeli için p değerleri ayarlanır. Daha spesifik olarak, p < 0.0125 DTI ve WMTI modelleri için önemli olarak kabul edilir, ve p < 0.016 DKI modeli için önemli olarak kabul edilir.
Çalışmada, tüm TBI sıçanlar (n = 10) etkisi atlattı ve anestezi 23 ayrılmasından sonra 15 dakikaiçinde etkisi ve anestezi kurtarmak başardık. BT görüntülerinde kafatası kırıklarına dair bir bulgu yoktu ve T2 görüntülerinde travmadan 1 gün sonra kontüzyon bölgesinde kanama, genişlemiş ventriküller veya ödem oluşumu gibi anormallikler saptanmadı (Şekil5). Bu nedenle, anatomik görüntülerin bu görsel kontrollerine dayanarak, büyük fokal lezyonlar tespit edilmemiştir, yaralanmanın diffüz ve hafif doğasını doğrular.
T2 görüntü ile difüzyon veri seti (adım 4.4) arasındaki ortak kayıt (katı olmayan) adımın kalitesi, renk kodlu FA haritasına T2 görüntüsünün bir bindirmesi eklenerek incelenmiştir (Şekil 6). Daha sonra, FA, MD, AD ve RDparametrik haritaları (Şekil 1) hesaplandı ve Amide yazılımına yüklendi. FA haritasına göre, hipokampal yapıyı içeren bir Yatırım Getirisi çizilmiştir (Şekil 4). Difüzyon ölçümlerinin istatistiksel değerleri ilgi bölgesindeki tüm voxeller üzerinden ortalama olarak hesaplanmış ve her DTI ölçümünün ortalama değerleri daha fazla analiz için dışa aktarıldı. Difüzyon verilerinin bir diğer kalite kontrolü de DTI ölçümlerinde yer alan aykırılıklar incelenerek gerçekleştirilebilir. Örneğin, hipokampus FA değerleri 0,15 civarında olmalıdır; bu nedenle ,lt;0.10 (izotropik difüzyonu gösteren) veya >0.30 (beyaz maddede görülen değerler) değerleri biyolojik olarak imkansız değerler olarak kabul edilebilir. Bu veri noktaları daha fazla analiz den reddedilmelidir. Ayrıca, difüzyon kurtoz modelinin AK, RK ve MK ortalama değerleri ile WMTI modelinin AWF, AxEAD, RadEAD ve TORT değerleri hesaplanmıştır (Şekil2, Şekil 3).
Çalışmamızda, DTI ölçümlerinin analizinde mTBI grubundaki etki den sonra önemli artış FA değerleri (p = 0.007) ve azalmış difüzivite değerleri (MD ve RD) (p = 0.007 ve p = 0.007, sırasıyla) saptandı (Şekil7). RD ve MD'deki bu düşüşler sham grubundan anlamlı olarak farklıydı (sırasıyla p = 0.005 ve p = 0.004). Difüzyon kurtoz ölçümleri, çarpmanın ardından RK'da (p = 0.005) önemlibir azalma gösterdi ancak AK veya MK'da değişiklik olmadı (Şekil 8). WMTI modelini kullanarak RadEAD (p = 0.007) ve TORT (p = 0.007) etkiden 1 gün sonra mTBI grubunda sırasıyla önemli bir azalma ve artış göstermiştir (Şekil9C,D). Sham grubundaki değerlerde önemli bir değişiklik görünmüyordu.
Şekil 1: Fraksiyonel abiyotropi (FA), ortalama difüzivite (MD), eksenel difüzivite (AD) ve radyal difüzörelik (RD) için temsili parametrik haritalar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Ortalama kurtoz (MK), eksenel kurtoz (AK) ve radyal kurtoz (RK) için temsili parametrik haritalar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Aksonal su fraksiyonu (AWF), eksenel ve radyal ekstra aksonal difüzivite (Aksiad, RadEAD) ve tortuosity (TORT) için temsili parametrik haritalar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: MRtrix3 bir maske oluşturma. Hipokampus un hacmini içeren tüm dilimlerde hipokampus un etrafına bir Yatırım Getirisi çizilir ve hacim maske dosyası olarak kaydedilir. Bu, her sıçan için ayrı ayrı veya parametrik haritaların her birinin birlikte kaydedilebildiği özel bir şablon maskesi dosyası kullanılarak yapılabilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Ct ve T2 ağırlıklı bir temsili mTBI hayvan 1 gün sonra darbe. CT görüntüleri (üst sıra) herhangi bir kafatası kırıkları göstermez. T2 ağırlıklı görüntülerde (alt sıra) kanama, genişlemiş ventrikül veya ödem oluşumu gösterilemedi. Dikkat edin, ödem oluşumu cerrahi müdahaleden yara alanı nın çevresinde hiperyoğun bir alan olarak açıkça görülebilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: DiscoverDTI'de EPI, hareket ve Eddy akım düzeltmesi için düzeltildikten sonra anatomik görüntü ile kaplanmış difüzyon veri kümesinin renkli kodlanmış FAharitası. Gösterilen kötü bir düzeltme ve sol ve sağda iyi örnekler ortak kayıt. Renk kodlamasının doğru olduğu sağlanmalıdır: kırmızıda sol-sağ yönü (örn. korpus callosum), yeşilde anterior-posterior yön ve mavide alt-üstün yön (örn. cingulum). Ayrıca, renk kodlu FA görüntü mükemmel anatomik görüntü ile hizalanmış olmalıdır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: Sham (n = 10) ve mTBI hayvanlar için hipokampusun difüzyon tensor ölçümlerinde değişiklikler (n = 10). Darbe sonrası, FA (A )ve mTBI hayvanlarda ortalama diffüzivity (B) ve radyal diffüzivity (D) önemli azalmalar vardı (B,D). mTBI sıçanlarında eksenel difüzör(C) için anlamlı fark gözlenmedi. Sahte hayvanlar da önemli bir DTI değişikliği göstermedi (*p < 0.0125). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: Sham (n = 10) ve mTBI hayvanlar için hipokampusun difüzyon kurtoz ölçümlerinde değişiklikler (n = 10). Çarpmanın ardından mTBI hayvanlarınRK(C) sinde önemli bir azalma oldu ancak AK (B) veya MK (A)'de değişiklik olmadı. Sahte hayvanlarda herhangi bir değişiklik yoktu (*p < 0.0166). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 9: Sham (n = 10) ve mTBI hayvanlar (n = 10) için hipokampus un beyaz madde yolu bütünlük ölçümlerinde değişiklikler. Çarpmanın ardından RadEAD (C)ve mTBI hayvanlarının TORT (D)'sinde önemli bir artış oldu ancak AWF veya AxEAD'da(A,B)bir değişiklik olmadı. Sahte hayvanlarda herhangi bir değişiklik yoktu (*p < 0.0125). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
mTBI genellikle BT ve konvansiyonel MRG taramalarında anormallik olmayan yaygın ve ince bir yaralanmanın sonucu olduğundan, hafif bir travma sonrası mikroyapısal hasarın değerlendirilmesi zor olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, travmanın tam boyutunu görselleştirmek için daha gelişmiş görüntüleme tekniklerine ihtiyaç vardır. TBI araştırmalarında difüzyon manyetik rezonans görüntüleme uygulaması son on yılda daha fazla ilgi kazanmıştır, difüzyon tensor görüntüleme en sık kullanılan5. DTI modelinin bir sınırlamabeyin mikroyapısı için kesin bir varsayım değildir Gaussian difüzyon sürecinin varsayımı (bariyer olarak hareket eden membranlar ile akson ve hücrelerin karmaşık bir ağ oluşan), DTI ölçümleri non-spesifik sonuçlanan altta yatan biyolojik mikroyapı24. Difüzyon kurtoz görüntüleme DTI modelinin bir uzantısıdır ve Gaussian dışı difüzyon derecesini karakterize etmeye çalışır17. Bu doku heterojenitesi veya karmaşıklığı hakkında ek bilgi sağlayabilir.
Rağmen, DTI ve DKI modellerinin bir dezavantajı onlar olasılıksal su deplasman profili karakterize difüzyon sinyali, sadece bir temsili olmasıdır ama mikroyapı özgü değildir6. Öte yandan, kurtoz tensöre dayanan beyaz madde yolu bütünlüğü modeli, 18 modelin içine bir priori biyolojik bilgi(varsayımlar) içeren bir mikroyapısal haritalama tekniğidir. Difüzyon sinyalini doku bölmelerine bağlar ve biyolojik özellikleri daha doğrudan değerlendirebilir. Bu biyofiziksel modeller böylece mTBI sonrası anormallikleri açıklamak için yeni bilgiler sunabilir ve bu non-spesifikliksorunu6 üstesinden gelebilir. Bu üç farklı model kullanılarak mikroyapısal değişiklikler ve biyolojik süreçler mTBI'den sonra özellikle Marmarou ağırlık düşürme modeli kullanılarak daha ayrıntılı olarak görselleştirilebildi.
Marmarou kilo damlamodeli kullanımı kolaydır ve sadece küçük cerrahi gerektirir; ancak ikinci bir deneycinin ikinci bir darbeden kaçınmak için ilk darbeden hemen sonra fareyi cam tüpten uzaklaştırması önerilir. Ayrıca, bazen etkisi sonrasında fare nin solunum refleksini yeniden kazanmasına yardımcı olmak için gereklidir. Oldukça uzun MRG protokolü, yaklaşık 80 dk toplam edinme süresi ile, iyi hem sahte ve mTBI sıçanlar tarafından tolere edilir. Ancak tarama sırasında, hayvan çok derin veya hafif uyuyorsa solunum döngüsünü izlemek ve anestezi ayarlamak önemlidir. Ayrıca sıçan hipotermi önlemek için tamamen uyanık olana kadar hem sırasında hem de satın alma sonrasında hayvan sıcak tutmak önemlidir.
İleri difüzyon MRG'sinde hareket yapılarından mümkün olduğunca kaçınılmalıdır. Tarama sırasında hareketi azaltmak için basit bir çözüm bir diş çubuğu kullanmak ve bant küçük bir parça veya iki kulak çubukları ile baş sabitleme, varsa. Bu, fare her nefes aldığında başın yukarı aşağı hareket etmemesini sağlar.
Gelişmiş difüzyon MRI protokolleri kullanarak, edinilen görüntülerin daha fazla analiz için kullanılabilmesi için çoğunlukla farklı yazılım araçları kullanılarak birkaç (ön) işlem adımLarından geçmesi gerekir. Difüzyon ağırlıklı görüntüleri işlemek için farklı yazılım araçları kullanmanın bir dezavantajı, (genellikle) her aracın degrade yön tablosunu kodlamak için kendi veri biçimini kullanmasıdır. MRtrix3 degrade bilgilerini difüzyon ağırlıklı görüntüyle birlikte bir .mif dosyasında saklarken, ExploreDTI degrade yönergelerini depolamak için ayrı bir dosyayı (B-matris) kullanır. Bu nedenle, degrade yönergelerinin MRtrix3'ten ExploreDTI'ye doğru aktarıldığından kontrol etmek önemlidir. Bu, renk kodlamanın renk kodlu FA görüntülerinde doğru olduğunu kontrol ederek yapılabilir [örneğin, kırmızıda sol-sağ yönde (örn. korpus callosum), yeşilde ön-posterior yön ve mavide alt-üstün yönde (örn. cingulum)]. Renk kodlu FA görüntüleri, difüzyon ağırlıklı görüntüler ve yapısal T2 ağırlıklı görüntüler arasındaki katı olmayan ortak kayıt işleminin kalitesini kontrol etmek için de kullanılabilir.
ExploreDTI kullanılarak, Parametrik haritalar DTI, DKI ve WMTI modelleri kullanılarak ayıklandı. DTI modeli MD, AD, RD ve FA için parametrik haritalar sağlarken, DKI modeli MK, AK ve RK için parametrik haritalar sağlar. WMTI modelinin dört ölçümü (örneğin, AWF, AxEAD, RadEAD, TORT) hesaplanmış olsa da, ExploreDTI içinde intra-aksonal diffüzivity (IAD) ayıklamak mümkün değildi. IAD WMTI modeli25geliştiricileri tarafından sağlanan bir MATLAB aracı kullanılarak elde edilebilir. Bunun için difüzyon ağırlıklı görüntüler ve degrade bilgileri ExploreDTI'den Matlab'a yeniden aktarılmalıdır. Bu adım, degrade bilgilerinin kodlanmasıyla ilgili hatalara yeniden yatkındır. Ayrıca kurtoz tensör ve WMTI parametreleri tekrar tahmin edilmeli ve hesaplanmalıdır.
Edinilen görüntülerin önceden işlenmesi, tensörlerin tahmini ve parametrik haritaların hesaplanması uzun bir işlem süresi gerektirir. EPI, hareket ve eddy akım için düzeltmeler sekiz çekirdek ve 16 GB RAM ile bir sunucuda veri seti başına ~ 40 dakika gerekli. YG analizi kullanılarak hipokampus içindeki ortalama değerler çarpışmadan önce ve 1 gün sonra hesaplanmıştır. DTI, DKI ve WMTI ölçümlerinde yapılan değişiklikler daha sonra mTBI grubunda ölçüldü. Ancak, WMTI modelinin DKI ölçümleri ve AWF'sinde, büyük özneler arası değişkenlik gözlendi ve bu da sahte ve mTBI grupları arasında temel değerlerde beklenmedik bir farka yol açtı. Bu büyük olasılıkla araştırılan bölge içinde biyolojik olarak imkansız değerler (aykırı) içeren voxeller sonucudur ve Amide ortalama değerleri hesaplamadan önce gelecekteki çalışmalarda filtre olabilir.
Sonuç olarak, bu protokol hipokampustaki mikroyapısal değişikliklerin mTBI bir sıçan modelinde araştırılması ve ölçülmesi için ileri difüzyon MRG'sinin fizibilitesini göstermektedir. Üç farklı difüzyon modeli kullanılarak, mTBI sonrası koşullara katkıda bulunan altta yatan biyolojik süreçler hakkında tamamlayıcı bilgiler elde edilebilir. Bu, hafif darbe sonrası erken fazda belirli mikroyapısal değişiklikleri belirlemek için yeterince hassas olabilecek mTBI için biyobelirteçlerin geliştirilmesinde ileri ye doğru atılmış bir adımı temsil eder.
Yazarlar Araştırma Vakfı teşekkür etmek istiyorum - Flanders (FWO) Bu çalışmayı desteklemek için (Hibe numarası: G027815N).