5分(fēn)鍾了解\\小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像技(jì )術

時間：2023-07-20 熱度：1145

小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像原理(lǐ)及介紹：

核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，簡稱NMRI），也稱磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，簡稱MRI），依據所釋放的能(néng)量在物(wù)質(zhì)内部不同結構環境中(zhōng)不同的衰減，通過外加梯度磁場檢測所發射出的電(diàn)磁波，即可(kě)得知構成這一物(wù)體(tǐ)原子核的位置和種類，據此可(kě)以繪制成物(wù)體(tǐ)内部的結構圖像。

小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像原理(lǐ)與醫(yī)院臨床用(yòng)的磁共振原理(lǐ)相同，都是利用(yòng)射頻脈沖（Radio frequency，RF）對置于外加磁場（B0）中(zhōng)具(jù)有(yǒu)磁性的原子核，主要是氫核，進行激發産(chǎn)生核磁共振信号，利用(yòng)感應線(xiàn)圈獲得與組織弛豫時間和質(zhì)子密度相關的信息，通過各種編碼技(jì )術和傅立葉變換最終形成磁共振圖像。

圖：磁共振成像基本原理(lǐ)。a.自旋核在外磁場B0作(zuò)用(yòng)下沿主磁場B0方向做拉莫進動，頻率為(wèi)ω0。b.垂直于主磁場方向的射頻脈沖（RF pluse）能(néng)夠使宏觀縱向磁化矢量（Mz）減小(xiǎo)，産(chǎn)生宏觀橫向磁化矢量（Mxy）。然後再逐漸恢複到初始狀态，這一過程稱為(wèi)弛豫。c. T1弛豫時間為(wèi)組織的宏觀縱向磁化矢量恢複到最大值的63%所需的時間。d. T2弛豫時間為(wèi)宏觀橫向磁化矢量下降到最大值的37%所需時間[1]。

唯一不同的是由于動物(wù)個體(tǐ)較小(xiǎo)，因此需要更高場強的磁共振設備才能(néng)獲得清晰動物(wù)組織髒器結構。臨床常用(yòng)的磁共振成像設備場強主流是3.0T、1.5T（T指特斯拉，是描述MRI中(zhōng)使用(yòng)的磁體(tǐ)強度的測量單位，數字越高，強度越強），而小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像設備主磁場強度大多(duō)是7.0T、9.4T、11.7T，當然還有(yǒu)主要用(yòng)于小(xiǎo)鼠研究的15.2T的超高場磁共振設備。磁共振設備的場強越高，掃描速度越快、圖像分(fēn)辨率越高，對于細節的顯示越清晰。

小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像特點：

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是目前臨床上最有(yǒu)效的影像診斷方法之一。其具(jù)有(yǒu)無創、無輻射損傷、軟組織分(fēn)辨率高、多(duō)核多(duō)參數成像、任意層掃描等優點。對于中(zhōng)樞神經系統,神經血管成像是首選方法,特别是在其他(tā)檢測方法無法識别的小(xiǎo)的腫瘤病變中(zhōng)。由于能(néng)提供高分(fēn)辨率的軟組織解剖圖像,MRI已成為(wèi)臨床成像的重要工(gōng)具(jù)。

相對于小(xiǎo)動物(wù)超聲、小(xiǎo)動物(wù)CT、小(xiǎo)動物(wù)光學(xué)成像等其它分(fēn)子影像技(jì )術，小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像有(yǒu)哪些優勢？

（1）小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像軟組織對比度好：主要用(yòng)于腦、心髒、肝髒、腎髒、肌肉等實體(tǐ)髒器的檢測，當然配合關節線(xiàn)圈，也可(kě)用(yòng)于關節病變的分(fēn)析。

（2）多(duō)參數成像：根據不同的成像原理(lǐ)小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像設備配備有(yǒu)不同的掃描序列，反映組織的不同性質(zhì)對比，可(kě)用(yòng)于不同動物(wù)模型的影像學(xué)評價。

（3）時空分(fēn)辨率相對較高：15.2T超高場小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像設備空間分(fēn)辨率可(kě)達19.5μm；采用(yòng)平面回波成像技(jì )術，小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像設備可(kě)以在幾毫秒(miǎo)完成一幅圖像的采集。

（4）無需使用(yòng)對比劑：在大多(duō)數情況下，平掃即可(kě)獲得比較理(lǐ)想的影像結果，無需使用(yòng)額外的增強劑，尤其是可(kě)以在無創的條件下進行血管成像，相對于X線(xiàn)及CT具(jù)有(yǒu)明顯優勢。

（5）提供結構、功能(néng)信息：小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像除能(néng)顯示組織的結構病變外，還能(néng)同時無創的進行功能(néng)成像，反映組織的不同功能(néng)和特征。例如進行磁共振波譜成像可(kě)以獲得感興趣區(qū)域内源性代謝(xiè)物(wù)的信息，采用(yòng)彌散張量成像可(kě)以獲得腦組織中(zhōng)白紙纖維束的走向和完整性等信息。

（6）對運動敏感：小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像對運動特别敏感，由于動物(wù)不能(néng)像人一樣自主憋氣，因此在對腹部髒器如肝髒、心髒等易受呼吸和心髒搏動影響的髒器進行檢測時，需要配合使用(yòng)呼吸門控和心電(diàn)門控，以消除圖像運動僞影。

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應用(yòng)案例一：結構成像

在小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像中(zhōng)應用(yòng)最多(duō)的結構成像為(wèi)T2加權成像。主要用(yòng)于顱腦相關疾病、腫瘤、肝髒、腎髒病變、關節脊柱病變等動物(wù)模型中(zhōng)；其次為(wèi)T1加權成像，主要用(yòng)于肥胖、糖尿病等代謝(xiè)性疾病動物(wù)模型的評價研究。

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圖：腦組織的 T2 加權影像，圖中(zhōng)清晰地顯示了腦内的解剖結構以及腫瘤區(qū)域。

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圖：小(xiǎo)動物(wù)磁共振T2加權成像在各類動物(wù)模型的應用(yòng)實例。

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圖：OT-Lipo@M治療延遲了對海馬結構和突觸可(kě)塑性的損害。a）小(xiǎo)鼠大腦解剖模闆的冠狀和軸向圖譜，帶有(yǒu)主要海馬亞區(qū)域的注釋（紅色：CA1；綠色：CA2；黃色：CA3；藍色：DG）和代表性的T2加權MRI圖像，小(xiǎo)鼠大腦的海馬位置突出顯示黑色虛線(xiàn)。b）海馬體(tǐ)及其次區(qū)域的體(tǐ)積分(fēn)析（n = 6。c）代表性的T2地圖圖像和d）在海馬體(tǐ)中(zhōng)測量的T2放松時間（n = 6）。e）小(xiǎo)鼠海馬片中(zhōng)CA3-CA1突觸記錄的LTP的示意圖。f）HFS前後一段時間的fEPSP斜坡。g）代表性痕迹HFS前後100分(fēn)鍾的fEPSPs。h）累積測量HFS後91分(fēn)鍾至100分(fēn)鍾的平均fEPSP斜坡。

應用(yòng)案例二：

T1弛豫和T2弛豫定量磁共振成像

弛豫是組織的固有(yǒu)屬性，在主磁場強度固定的情況下，組織的弛豫時間基本保持不變。通過測定感興趣區(qū)域T1弛豫時間（縱向弛豫）和T2弛豫時間（橫向弛豫）的變化能(néng)夠反映組織結構的微小(xiǎo)改變，因此常用(yòng)于纖維化、出血、水腫、炎症、腫瘤等疾病模型研究。

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A，術前和術後大鼠再生肝髒的代表性T1、T2、D和K參數圖；B，PH後T1、T2、D和K值的變化。

參考文(wén)獻：doi: 10.1186/s12876-022-02517-1.

應用(yòng)案例三：

擴散加權成像與擴散張量成像

擴散加權成像（Diffusion weighted imaging, DWI）隻使用(yòng)一組擴散敏感梯度場，未考慮到水分(fēn)子的彌散方向，主要用(yòng)于急性腦缺血和腫瘤等動物(wù)模型的研究，表觀彌散系數是最常用(yòng)的彌散定量參數，它能(néng)夠比較簡單的表征組織内水分(fēn)子的彌散情況。（如圖1）

擴散張量成像（Diffusion tensor imaging，DTI）考慮了彌散的方向性，通過施加多(duō)個非線(xiàn)性方向的梯度場實現在三維空間内定量分(fēn)析組織内水分(fēn)子彌散運動的方向特性。DTI 中(zhōng)，最主要的概念是3 個特征向量(v 1、v 2和v 3)和特征值(λ 1、λ 2和λ 3)

，代表着水分(fēn)子彌散的3個主要方向及其可(kě)能(néng)性的大小(xiǎo)，另外一個重要參數是分(fēn)數各向異性，反映水分(fēn)子擴散的各向異性程度。DTI 可(kě)以在活體(tǐ)無創狀态下重建腦白質(zhì)纖維束，在腦白質(zhì)病、脫髓鞘、腫瘤等模型研究中(zhōng)有(yǒu)重要應用(yòng)。（如圖2）

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圖1：猕猴MCAO模型的腦核磁共振成像。MCAO（紅色箭頭）後猕猴腦中(zhōng)DWI和FLAIR梗死病變的代表性圖像。

參考文(wén)獻：doi: 10.3390/brainsci13020287

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圖2：應用(yòng)DTI模型後，四個大腦參數圖和平方殘差和（SSR）的視圖，使用(yòng)同一參數中(zhōng)小(xiǎo)鼠的五個擴散張量成像（DTI）數據集中(zhōng)的每個數據集重建，空間分(fēn)辨率為(wèi)82×81×200微分(fēn)平方米。所有(yǒu)擴散率映射（軸向、平均和徑向擴散率）均以μm2/ms為(wèi)單位。AD軸向擴散率，B b值，擴散編碼方向的Dir數，FA分(fēn)數各向異性，MD平均擴散率，RD徑向擴散率，SSE平方誤差之和。

參考文(wén)獻：doi: 10.1038/s41598-022-15511-0

應用(yòng)案例四：心髒磁共振成像

小(xiǎo)動物(wù)心髒磁共振成像是一種非侵入式的評價心髒結構和功能(néng)的臨床前醫(yī)學(xué)成像技(jì )術。在CMRI中(zhōng)應用(yòng)最多(duō)的是心髒磁共振電(diàn)影成像技(jì )術，該方法可(kě)将整個心動周期若幹期相的圖像以電(diàn)影的形式展示出來，具(jù)有(yǒu)較高的時間和空間分(fēn)辨率。通過心髒電(diàn)影成像，我們不僅可(kě)以測量室壁厚度、心室容積等心髒結構參數，而且可(kě)以獲得射血分(fēn)數、每搏輸出量等心髒功能(néng)指标。

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圖：心髒結節病：紅色箭頭顯示左心室基底和側段和左心室短軸視圖（B）中(zhōng)心包下LGE區(qū)域。

參考文(wén)獻：doi: 10.1016/j.ihj.2015.09.032.

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圖：肥厚性心肌病（HCM）的模式顯示心肌受影響區(qū)域的分(fēn)布存在變異性，包括同心、局竈性左室壁、中(zhōng)隔和頂端分(fēn)布。

參考文(wén)獻：doi.org/10.1002/jmri.22030

應用(yòng)案例五：關節磁共振成像

可(kě)提供骨骼的形态學(xué)和解剖學(xué)影像，檢測骨壞死和炎症，長(cháng)期跟蹤疾病發展過程和治療效果。

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圖：（A）MF的MPLW515L移植小(xiǎo)鼠模型中(zhōng)觀察到的BM病理(lǐ)學(xué)的組織學(xué)。高脂肪、出血和高細胞面闆被H&E染色，而網狀蛋白染色顯示纖維化。刻度條：100微米。（B）健康BALB/c小(xiǎo)鼠胫骨中(zhōng)量化ADC、MTR和PDFF MRI參數的代表性圖像。圖像在僞色标上顯示每個參數的值，紅色和藍色分(fēn)别标記高值和低值。注意每個成像參數的不同尺度。（C和D）健康小(xiǎo)鼠和具(jù)有(yǒu)漸進MPN/MF的小(xiǎo)鼠的脾髒大小(xiǎo)和MRI體(tǐ)積的定性差異。我們手動分(fēn)割了脾髒（用(yòng)粉紅色覆蓋圖進行輪廓）以進行體(tǐ)積測量。使用(yòng)MPLW515L轉導-移植小(xiǎo)鼠模型在疾病開始36天後成像/收獲的病變脾髒。

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圖：定量核磁共振指标确定了健康小(xiǎo)鼠胫骨BM的區(qū)域差異。核磁共振成像和組織學(xué)顯示，沿胫骨長(cháng)度的BM存在定量差異。（A）具(jù)有(yǒu)MTR、PDFF和ADC參數近端遠(yuǎn)端切片的代表性假色矢狀核磁共振成像圖像，（B）具(jù)有(yǒu)代表性的H&E組織學(xué)，以及（C）對已識别的近端和遠(yuǎn)端切片中(zhōng)每個指标的量化（n = 10隻小(xiǎo)鼠）。

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圖：定量核磁共振成像顯示移植後BM的區(qū)域變化。胸胫骨BM的代表性、僞色消融和健康BMT矢狀圖像，顯示MTR、PDFF和ADC疊加在相應的、時間點匹配的灰度背景圖像上（分(fēn)别為(wèi)MToff；多(duō)梯度多(duō)回波平均數；和低b值）。僞色标描繪了每個參數的值範圍。注意每個刻度條的不同值範圍。

參考文(wén)獻：doi: 10.1172/jci.insight.161457.

應用(yòng)案例六：心血管磁共振成像

對小(xiǎo)鼠心髒左心室功能(néng)、心肌勞損和血流動力學(xué)力的詳細測量。

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圖：小(xiǎo)鼠CMR成像的切片規劃。（A）GRE SCOUT使用(yòng)初始偵察掃描在3個正交視圖中(zhōng)通過心髒進行規劃。（B）GRE SCOUT冠狀和矢狀切片的短軸偵察計劃。（C）使用(yòng)短軸偵察和GRE SCOUT日冕切片規劃2CH偵察視圖。（D）使用(yòng)短軸偵察和2CH偵察員規劃4CH偵察視圖。（E）使用(yòng)2CH和4CH偵察機規劃多(duō)片短軸視圖。（F）（左）使用(yòng)中(zhōng)室短軸和2CH/4CH偵察視圖規劃最終的2CH、3CH和4CH視圖。縮寫：CMR = 心血管磁共振成像；GRE = 梯度回聲；CH = 腔室

參考文(wén)獻：doi：10.3791/62595.

應用(yòng)案例七：腫瘤磁共振成像

檢測腫瘤生長(cháng)速度，對腫瘤體(tǐ)積、壞死面積、生長(cháng)檢測進行精(jīng)确的量化

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圖：活體(tǐ)跟蹤 B16 黑色素瘤小(xiǎo)鼠的腫瘤生長(cháng)（從左到右為(wèi)第1d、2d、5d、8d）

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圖：LLC腫瘤血管的組織和結構。

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圖：LLC腫瘤血管擴散和灌注異質(zhì)性。

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圖：LLC腫瘤血管壞死分(fēn)析。第20天（上面闆）四個腫瘤具(jù)有(yǒu)壞死區(qū)（黑色箭頭）的真實擴散系數D的參數映射（腫瘤掩蔽）。四個腫瘤的明顯區(qū)域的代表性血氧基林-伊紅染色部分(fēn)，有(yǒu)明顯的壞死。

參考文(wén)獻：doi：10.1136/jitc-2022-006092

以上介紹了小(xiǎo)動物(wù)磁共振在醫(yī)學(xué)科(kē)研中(zhōng)常用(yòng)一些應用(yòng)實例，希望對大家有(yǒu)所幫助。那麽你想用(yòng)小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像技(jì )術評價哪種的動物(wù)模型呢(ne)？更多(duō)關于小(xiǎo)動物(wù)磁共振成像技(jì )術應用(yòng)等你解鎖！

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