The evolution of diffusion tensor parameters and relaxation times after experimental ischemic stroke

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Faculty of Electronics, Communications and Automation | Master's thesis
Date
2008
Department
Major/Subject
Laskennallinen tekniikka
Mcode
S-114
Degree programme
Elektroniikan ja sähkötekniikan koulutus-/tutkinto-ohjelma
Language
en
Pages
ix, 72
Series
Abstract
Työssä seurattiin kuinka diffuusiotensoriparametrit (fractional anisotropy (FA) ja apparent diffusion coefficient (ADC)), T1- ja T2-relaksaatioajat kehittyvät aivoinfarktin jälkeisessä aivokudoksessa. Erityisesti kiinnostuksen kohteena oli anisotropiaa/isotropiaa määrittävä FA-parametri, jonka luonnetta ei ole vielä yleisesti täysin selvitetty. Mielenkiinnon kohteena olivat myös eri aivoalueiden väliset erot näitä parametreja tarkasteltaessa. Aivoinfarktia mallinnettiin Wistar-rotilla, joille se toteutettiin estämällä veren kulku oikean keskimmäisen aivovaltimon kautta aivokudokseen joko pysyvällä tai 90 minuutin ohimenevällä sululla (n = 9 eläintä/ryhmä). Ryhmät kuvattiin aikapisteissä 2 ja 3.5 tuntia, 1, 2, 3 ja 4 päivää, 1, 2, 4, 6 ja 8 viikkoa. Operoitujen eläinten lisäksi tutkimuksessa oli mukana ryhmä täysin terveitä rottia (n = 8). Magneettikuvantaminen toteutettiin 4.7 Teslan kuvauslaitteella. Patologinen tila kuten aivoinfarkti saa aivokudoksessa aikaan järjestäytyneiden rakenteiden vaurioitumista ja jopa tuhoutumista. ADC-parametri rekisteröi muutokset, jotka ovat yhteydessä solujen vesipitoisuuteen kun taas FA-parametri kuvaa muutoksia mikrorakenteissa. Mittaukset osoittivat, että aivoinfarktin seurauksena iskemisen kudoksen FA-arvo laskee voimakkaasti akuutissa ja akuutin jälkeisessä vaiheessa. Pysyvän sulun jälkeisessä tapauksessa harmaan aineen alueella lasku on kuitenkin voimakkaampaa kuin valkean aineen alueella. Ohimenevän sulun jälkeisessä tapauksessa valkean aineen FA-arvo laskee voimakkaammin kuin harmaan aineen alueella. Kroonisessa vaiheessa FA-arvo normalisoituu. Verrattaessa pysyvää ja ohimenevää sulkua huomattiin ADC-arvon kehityksen olevan edellä ohimenevän sulun tapauksessa kun taas muut parametrit eivät juuri eronneet näiden kahden ryhmän välillä. Myöhemmin ADC-arvot palautuvat ja nousevat normaalitasoa korkeammiksi. Työssä verrattiin myös iskemisen alueen tilavuutta, joka oli lähes poikkeuksetta aina suurempi pysyvän sulun tapauksessa. Tulokset eri aivoalueilta osoittavat, että diffuusiotensoriparametrit tarjoavat mahdollisuuden määrittää kuvausprotokollia, jotka kuvaavat entistä tarkemmin aivoinfarktin jälkeistä kudosta.

The temporal evolution of the diffusion tensor imaging (DTI) parameters (fractional anisotropy (FA) and apparent diffusion coefficient (ADC)), T1- and T2 relaxation times were measured after stroke in ischemic brain tissue. FA-parameter describes anisotropy/isotropy and it was the most central parameter in this work. It was also compared whether different brain regions have characteristic behavior after ischemia. Wistar rats were subjected to focal cerebral ischemia by suture occlusion of MCA (MCAO) for 90 minutes followed by reperfusion (n = 9), or permanent occlusion (n = 9). They were imaged 2 and 3.5 hours, 1, 2, 3, and 4 days, 1, 2, 4, 6, and 8 weeks after the MCAO. Healthy rats were used as controls (n = 8). The MRI measurements were performed with a 4.7 T MR Scanner. The temporal evolution of diffusion tensor indices (ADC and FA), T1, and T2 were measured. A pathologic condition like brain ischemia causes structural damage to the tissue that give rise to a loss of organization and structure at the cellular level. The changes in water apparent diffusion are thought to be related to changes in brain water content while the changes in anisotropy are linked to changes in tissues microstructure. In the acute and subacute phase after permanent MCAO, FA reduced more rapidly and under longer period of time in gray matter (GM) than in white matter (WM). After transient MCAO, FA reduced more rapidly in WM than in GM. In the chronic phase, FA normalized. While comparing between transient and permanent ischemia, reperfusion accelerated the evolution of ADC, while the other parameters showed only minor difference between these two groups. From the comparison of lesion volumes, it was concluded that permanent ischemia is causing more severe ischemia whereas early reperfusion salvage penumbra. The observations of DTI parameters from different brain regions suggest a more comprehensive protocol for the description of ischemia.
Description
Supervisor
Sams, Mikko; Prof.
Thesis advisor
Abo Ramadan, Usama;
Tatlisumak, Turgut;
Keywords
brain imaging, diffusion tensor imaging (DTI), magnetic resonance, MRI, stroke, aivojen kuvantaminen, diffuusiotensorikuvantaminen, magneettinen resonanssi, MRI, aivoinfarkti
Other note
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/urn:nbn:fi:tkk-012761