1。介绍
在马的实践中,病变最常见影响表面数字屈肌肌腱(SDFT) [
1 ,
2 )和治疗是具有挑战性的。因此,SDFT是研究活动的重点,旨在了解肌腱愈合和再生治疗的选择。
站在低场磁共振成像(MRI)提供了良好的机会,密切监控肌腱愈合,特别是利用T2和搅拌序列。它还允许纵向细胞注射后跟踪超顺磁性氧化铁(SPIO),标记细胞的感应hypointense文物基于当地的非均质性在T1和T2磁场
∗
三序列。腱信号依赖于一个特定的角度
θ
腱纤维与主磁场
B
0
(
3 ]。这个角
θ
=
90年
°
在标准的MRI图像导致先生信号的快速移相,导致hypointense健康肌腱组织的信号。所谓的魔法角效应约的一个角度
θ
=
55
°
可能有助于提高诊断过程的价值。T2弛豫时间延长,肌腱信号强度(SI)的增加(
3 ,
4 ]。魔角效应是一个人工制品,可以自然发生在肌腱和韧带MRI可能导致误诊。但是考虑到特殊的临床和科学问题,它可以提供额外的信息在肌腱的结构
5 ,
6 )和歧视可能是有利的文物等造影剂诱导SPIO从周围组织(
7 ,
8 ]。Intralesional注入多能间充质基质细胞(MSC)已经建立了有前景的结果(
9 - - - - - -
11 ]。然而,对细胞注射后的行为。因此,MRI跟踪将有利于监控MSC的命运和肌腱损伤的愈合过程。然而,尽管SPIO-labelled细胞可以本地化和杰出的在大多数组织中,明确区分标记细胞健康肌腱组织阻碍既显示hypointense信号在标准图像。因此,似乎有利使用魔法角技术提高肌腱信号和支持的歧视标签MSC注入后肌腱。这个神奇的有益效果角已经证实了体外(
12 ,
13 ),在兔子体内(
14 ),但它并没有在大型动物体内研究到目前为止(
7 ,
8 ,
15 ]。伯克等人在2013年已经证明,魔术角效应在midmetacarpal SDFT的地区是可行的。
我们假定的魔法角图像可以获得从马SDFT站低场核磁共振。此外,我们的目的是评估的利益从而在肌腱损伤细胞跟踪技术,建立假说,魔法角效应(
θ
=
55
°
)提高了可视化的标记细胞在肌腱组织相比,标准(
θ
=
90年
°
)核磁共振。
2。材料和方法
2.1。病变的感应
本研究经当地伦理委员会批准(Landesdirektion莱比锡,TVV 34/13),和所有的道德准则被观察到。六个健康标准竞赛用马(3女3男,3 - 10年,400 - 550公斤)都包括在内。
肌腱损伤是引起同样的外科医生midmetacarpal地区SDFT全身麻醉下两前肢。马被放置在侧躺着,准备无菌手术领域。通过一个2厘米的垂直皮肤切口,11-gauge骨髓愿望针(Walter Veterinar-Instrumente工作者。,Baruth /马克,德国)是先进SDFT 2厘米近端方向。在收缩的针,0.4毫升胶原酶I(4.8毫克/毫升;生命技术GmbH,达姆施塔特,德国)注入肌腱组织。随后,腱鞘和四肢皮肤缝合和包扎。术后管理包括标准化的疼痛管理与非甾体类抗炎药(氟尼辛葡甲胺;预处理和10 h参与:1.1毫克/公斤bwt注射。1天4参与:0.55毫克/公斤bwt每天两次以上;天5天6手术后:0.55毫克/公斤bwt每天一次)。 The horses were assessed for pain by a pain scoring system [
16 )每天3次手术后的10天,如果需要,额外服用止痛药。
2.2。MSC隔离和标签
在同样的手术,皮下脂肪组织收集supragluteal地区的自体MSC如前所述的隔离
17 ,
18 ]。plastic-adherent细胞比例扩大到通道2,SPIO标记(Molday离子罗丹明B™;铁浓度:25
μ g Fe /毫升培养基,孵化:20 h;BioPAL公司,伍斯特,美国马)。收获和MSC
10
×
10
6
每治疗肌腱细胞在1毫升resuspended intralesional注入自体血清。标签从每个动物也被用来证实MSC标签通过普鲁士蓝染色和流式细胞术,trilineage分化潜力,MSC表面标记表达式(
19 ]。
2.3。MSC注入
三周后诱导病变、治疗肌腱损伤的表现。
10
×
10
6
resuspended MSC intralesionally注入1随机选择每个动物的前肢。1毫升自体血清作为控制注入侧前肢。为此,马是尺神经的镇静和围神经的麻醉,进行了局部麻醉。皮肤是无菌准备的。20量度针放置在肌腱损伤超声监测(10 MHz线性传感器,LOGIQ 5专家;通用电气医疗集团,德国慕尼黑),细胞悬液或血清注射的是相同的蒙蔽兽医。从2至24周细胞注射后,马受到越来越多锻炼(
20. ]。
2.4。核磁共振成像
MSC跟踪在24周,两前肢的SDFT站检查,镇静动物使用一个equine-dedicated低场核磁共振系统(0.27特斯拉核磁共振装置;Hallmarq兽医成像,像之前描述的那样吉尔福德,英国萨里郡)(
8 ]。检查前后细胞注入以及1、2、3、4、6、8、12、24周接受。每个考试包括横向t1和T2
∗
三梯度回波磁共振成像序列(表
1 ),作为一个标准系列以及魔法角系列。在标准系列中,整个受伤部位进行扫描。的魔法角系列MSC-treated前肢,成像仅限于该区域与SPIO-induced hypointense文物,和魔术角系列侧前肢,8片从该地区获得的注入。
表1
设置的MRI序列。
序列
TR(女士)
TE(女士)
FA (°)
圣(毫米)
差距(毫米)
视场(毫米2 )
矩阵
T1w GRE考试
52
8
50
5
1
171年
×
171年
256年
×
256年
T2
∗
w GRE考试
68年
13
25
5
1
171年
×
171年
256年
×
256年
GRE:梯度回波;TR:时间重复;TE:时间回声;费尔南多-阿隆索:翻转角度;圣:切片厚度;视场:视野。
标准系列,MRI的两极掌骨的内侧和外侧导致一个角度
θ
=
90年
°
SDFT和静态磁场
B
0
。魔角系列,SDFT是大约的定位在一个角度
θ
=
55
°
的磁场
B
0
。为此,动物是波动的磁铁,使两极的MRI背和手掌掌部的区域,尽管手腕子弯曲,手动固定由一个人(图
1 )。
图1
在核磁共振成像扫描仪中马肢体的位置。(a)和(b)显示两极之间的马肢体位置的equine-dedicated低场磁共振成像系统。SDFT的(a),左前肢(下肢)定位在大约魔法角(
θ
=
55
°
)主磁场
B
0
。在(b),右前肢的SDFT是定位在一个
θ
=
90年
°
角(标准系列)的主要磁场
B
0
。(c)和(d) t1魔法角(c)和标准(d)的图片健康SDFT midmetacarpal地区(箭头)。魔法的SDFT角的信号强度图像相比增加SDFT标准形象。
(一)
![]()
(b)
![]()
(c)
![]()
(d)
![]()
2.5。图像分析
图像分析使用Synedra视图执行个人版本3.4.0.2 (Synedra信息技术GmbH,因斯布鲁克,奥地利)和Mathematica 10.1(沃尔夫勒姆研究公司,香槟市,美国)。所有的T1和T2
∗
三标准系列和魔法角图像被随机分配,和一个潜在的hypointense人工制品在每个图像确定定性一致的两个观察员蒙蔽。首先,图像显示潜在的文物被分配到两个类别(类别1:“SPIO hypointense区域最有可能相关”;类别2:“可疑hypointense区”)的基础上的位置,形状,和强度(例如见图
2 )。一级文物通常的特征是低硅和一个更大的区域,经常在和SDFT本地化。这之后,只有图片和潜在hypointense加工品(类别1和2)被用于进一步分析。这些文物的SI测量使用的(圆形ROI: 1毫米2 )。此外,人工制品领域及其SI测量基于整个可见的人工制品领域。在所有图片分配给类别1,周围SDFT SI另外测量。在标准图像分配给类别1,肌腱损伤如果决定使用一个感兴趣的区域(循环ROI: 1毫米2 )。这是不可能的在魔法角图像由于肌腱损伤之间的困难的描述和周围的肌腱组织。所有测量值都是由一个观察者,重复三次和平均值用于进一步分析。此外,背景噪声的标准差(SD),基于整个背景区域,。
图2
hypointense文物的分类。t1加权梯度回波磁共振成像序列的样本图像与潜在hypointense文物。(一)第二类加工品的箭头表示一个地区(“可疑hypointense区”)。(b)的箭头表示一个地区一个类别1人工制品(SPIO hypointense区域最有可能相关)。
(一)
![]()
(b)
![]()
进一步分析的第一类图像,不同结构的信噪比(
信噪比
=
如果
/
SD
背景
)和contrast-to-noise比率(CNR) (
中国北车
=
如果
SDFT
−
如果
人工制品
/
SD
背景
)使用。相比之下,在类别2图片,只有人工制品的信噪比计算进行比较。毕竟,数据选取与所选分类评估。人工制品卷显示所有类别1图像在整个肢体系列(
V
=
Σ
人工制品
区域
×
6
毫米
;5毫米和6毫米代表一片厚度1毫米的差距)。
2.6。组织学
本研究的框架内的不同部分(
19 ),组织学部分肌腱得到相同的马在24周后安乐死。从治疗肌腱部分被用来确认SPIO-labelled MSC还提出基于罗丹明B组件标签的代理。简而言之,复染色的部分受到原子核与DAPI(卡尔罗斯GmbH & Co . KG,卡尔斯鲁厄,德国)。其他样本与普鲁士蓝染色核快红复染色(卡尔罗斯GmbH & Co . KG,卡尔斯鲁厄,德国)评价呈结构的存在。所有图片记录使用Pannoramic扫描二世(3 dhistech有限公司,布达佩斯,匈牙利)。DAPI-stained部分被两个观察员共识,定性评估和普鲁士中部分被两个盲定量评估,独立观察员。
2.7。统计分析
使用SPSS统计分析进行®统计22 (IBM、Ehningen、德国)。如果在同一图像的比较,Wilcoxon测试使用;为比较不同图像,Mann-Whitney
U
测试执行。
P
值< 0.05被认为是重要的。
3所示。结果
3.1。魔角的影响
魔角效应观察SDFT在低场MRI检查。我们获得hyperintense信号明显高于健康肌腱组织和SDFT在魔法角图像与标准图像信噪比T1和T2
∗
三序列和时间点(
P
<
0.001
)(数据
3 和
4(一) )。
图3
典型的MRI图像。模范T1和T2的图像
∗
三梯度回波磁共振成像序列之前和之后6、12、24周后细胞应用程序在同一级别的肢体。第一和第三行显示标准图像(90°),第二和第四行显示相应的魔法角(MA)图像。的SDFT hyperintense损伤识别的白色边缘。标记细胞注射后,他们表现为明显hypointense文物(白色箭头)。注意健康肌腱组织(白色箭头)是很难辨别的人工制品
θ
=
90年
°
图片而不是魔术角(MA)图像。
![]()
图4
信噪比(信噪比)和contrast-to-noise比率(CNR)在标准和魔法角图像。(一)箱线图说明明显高于SDFT魔术角图像的信噪比(
θ
=
55
°
)与标准图像(
θ
=
90年
°
在T1和T2)
∗
三序列和时间点(
P
<
0.001
)。(b)箱线图显示产物ROI的信噪比,整个区域的人工制品,SDFT,病变(只有在标准图片)在t1序列。hypointense文物和SDFT标准图像的信噪比是类似的,使它具有挑战性的区分hypointense文物从健康肌腱组织。相反,在魔法角图像,SDFT信噪比明显高于人工制品信噪比(
P
<
0.001
)。病变在标准图像信噪比明显高于人工制品信噪比(
P
<
0.001
)。(c)箱线图说明明显高于中国北车SDFT和人工制品之间的魔法角图像与标准图像在T1和T2
∗
三序列和时间点(
P
<
0.001
)。圆形和菱形显示异常值;工作:本周。
(一)
![]()
(b)
![]()
(c)
![]()
3.2。人工制品的歧视
盲人评估审查显示,一级文物(图片:
n
=
1115年
)都是图像系列的一部分从四肢注射SPIO-labelled MSC,这表明一个正确SPIO文物(图的识别
2 )。然而,在第二类文物(图片:
n
=
140年
),也有从控制四肢(获得图像
n
=
25
MSC注入(之前)或
n
=
10
),从而证明这些图像没有可靠地显示文物造成SPIO-labelled MSC(图
2 )。
相比之下,文物出现hypointense和较低的信噪比魔法角和标准类别1图像,观察到的最多时间点没有显著差异(数字
3 和
4 (b) )。有趣的是,SPIO假阳性类别2图像信噪比是不像的图像类别1(低
P
<
0.001
),在t1加权最明显的区别魔法角图像(图
5 )。然而,信噪比阈值限定SPIO-induced文物不能定义。
图5
不同信噪比(信噪比)之间SPIO或“假”的文物。箱线图展示人工制品的比较信噪比在图片归类为1 (“hypointense区域最有可能与SPIO”= SPIO加工品)和2(“可疑hypointense区”=“false”产物)在t1序列获得
θ
=
90年
°
或魔法角(
θ
=
55
°
)。这表明ROI的人工制品信噪比(a)和(b)领域潜在的假阳性类别2图片中没有低类别1图像(
P
<
0.001
)。然而,信噪比阈值真SPIO文物的歧视和其他hypointense文物不是可定义。圆形和菱形显示异常值;不同的评估时间点进行了总结。
(一)
![]()
(b)
![]()
所有类别2图片被排除在以下分析。在标准图像,当SPIO产物包围hyperintense肌腱损伤,其边境显然是可定义的,但当它在健康肌腱局部组织,一个清晰的区别只是在魔法角图像。这个观察是由信噪比人工制品中获取的值来反映,病变,SDFT(图
4 (b) )。病变在标准图像信噪比测量是明显高于人工制品在T1和T2信噪比
∗
三序列和时间点(
P
<
0.001
)。相反,SDFT标准图像的信噪比类似的人工制品信噪比范围,尤其是考虑到整个人工制品中获取的值区域。然而,在魔法角图像,SDFT信噪比明显高于人工制品在T1和T2信噪比
∗
三序列和时间点(
P
<
0.001
)。这一发现对应的比较中国北车基于SI SDFT和SI人工制品之间神奇的角度和标准图像(图
4 (c) )。这是魔法角明显高于在T1和T2图像
∗
三序列和时间点(
P
<
0.001
)。然而,尽管存在这些差异,人工制品体积魔法角至90°之间没有显著性差异图像(数据未显示)。
3.3。后续
一级文物的MSC可以注射部位在整个随访期间直到星期24。人工制品信噪比不断保持低,中国北车相应仍高,不会受到肌腱愈合过程中减少信号随着时间的推移,在t1影像。相比之下,T2
∗
三画面显示SDFT信噪比降低的趋势,这也是明显的魔法角图像和反映在中国北车在这些图像。然而,标准之间的差异在中国北车和魔法角图像仍然重要直到24周(
P
<
0.001
)(图
4 )。
组织学评价部分显示SPIO-labelled细胞病变部位仍出席在24周,这表明文物在MRI与标签MSC(图
6 )。
图6
荧光显微镜。代表图像的肌腱损伤后24周注射SPIO-labelled MSC红罗丹明B的氧化铁粒子的荧光和蓝色DAPI染色细胞核。
![]()
4所示。讨论
本研究的第一个重要的发现是,魔术角图像可以获得从马SDFT站低场MRI导致较高的图像SDFT SI。因此,它可用于临床前和临床研究马。作为演示,这为细胞跟踪研究提供了相当大的优势。此外,魔术角图像可以用于更详细的诊断肌腱疾病(
5 ,
6 ]。然而,尽管当前数据证明该技术的可行性,应该承认SDFT之间的可实现的角度和主要磁场有限的刚性杆使用低场核磁共振扫描仪和动物的大小。因此,图像采集的标准化是富有挑战性和楔形的使用是不可能的。此外,定位的动物应该执行谨慎和有高伤害的风险对马和人。成功和安全可能取决于培训和各自的马的脾气。
本研究的第二个重要的发现是,魔术角技术提高了SDFT SPIO-artefact歧视的准确性和可靠性。到目前为止,使用魔法角效应细胞跟踪体内只有在兔子体内的一项研究报告(
14 ),与标准图像并没有被执行。
虽然在这项研究中,人工制品体积确定标准图像系列是类似魔法角图像系列的分析,它不应该假定细胞位于仅仅在肌腱损伤。他们可能会分布在病灶周围的健康肌腱和腱鞘后注入病变(
8 ,
15 ,
21 ]。展示了在我们的研究中,SPIO文物和健康肌腱组织显示一个同样hypointense信号在标准图像。只有肌腱损伤显示更高的信噪比与文物,因此他们可以清楚的区分。然而,一个可靠的识别的人工制品领域内整个肌腱几乎是不可能的。这些问题是可以克服使用额外的魔法角图像更准确地确定产品本地化。在魔法角图像,只有SPIO文物显示hypointense信号。因此,它是可能的,以区别于周围的肌腱组织,这是特别重要的详细跟踪SPIO-labelled MSC。
有趣的是,一个主观盲目复习了惊人的准确,因为没有hypointense地区控制四肢MSC注射或之前被归类为“最有可能与SPIO有关。“相反,所有hypointense领域发现在控制四肢或细胞注入被视为“可疑hypointense地区,“演示正确识别潜在的假阳性的文物。不具体的文物可能出现由于高磁化强度在不同组织的转变。然而,由于一些生僻的SNR值问题和SPIO文物,它是不可能定义一个固定的信噪比阈值限定真正SPIO文物在标准和魔法角MRI图像。可能这些异常值在SPIO文物造成了MRI图像的部分容积效应导致的干扰信号,因此可以增加尤其是小的SI人工制品领域。关于人工制品体积之间没有显著差异,这是一个惊人的发现,表明,主观歧视文物作品在大多数情况下(由主观的交付件的分类也显示)。然而,魔法角效应仍然是具有挑战性的情况下非常有用。
确认文物在MRI对应SPIO-labelled细胞组织学可以被认为是黄金标准技术(
7 ,
14 ,
15 ]。在当前的研究中,组织学显示SPIO粒子在至关重要的现在和本地化,纺锤状细胞周24(图
6 ),详细描述之前(
19 ]。然而,尽管组织学仍然是最可靠的方法来验证核磁共振的结果,显然是不适合纵向体内跟踪。因此,使用核磁共振成像获取标准以及魔法角形象系列中,细胞追踪24周的长期是可行的。然而,应该承认,低场核磁共振,尽管使用魔法角技术,不适合检测少量标记细胞。使用低场核磁共振,100000 SPIO-labelled MSC在琼脂凝胶可见但低浓度可以肯定不会是杰出的(
8 ]。肌腱细胞浓度降低随着时间的减少人工制品所代表的体积在MRI和组织学检查的部分(
7 ,
19 ]。除此之外,还有不同的体内细胞纵向追踪研究SPIO-labelled MSC在肌腱检测8和9周但没有进一步跟进
7 ,
8 ),在关节和一个检测的12周内没有进一步随访(
22 ]。
这项研究的一个限制是使用低场核磁共振系统,导致图像分辨率降低,相对宽片厚度,运动文物的风险。然而,由于1%死亡率的风险,全身麻醉考试所需的马在轨迹系统是一个主要的缺点
23 ]。此外,复苏阶段可能导致SDFT内压力高,导致对肌腱愈合可能的负面影响。因此,特别是对于研究涉及重复检查以及检查马病人,使用站低场MRI对动物有利的风险较低。