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Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

The field of mouse phenotyping with magnetic resonance imaging (MRI) is rapidly growing, motivated by the need for improved tools for characterizing and ...

The use of mice to study models of human disease has resulted in a surge of interest in developing mouse MRI. The ability to take 3D, high-resolution images of live mice allows significant insight into anatomy and function. However, with imaging times on the order of hours, high throughput of specimens has been problematic. To facilitate high throughput, concurrent imaging of multiple mice has been developed; however, this poses further complexities regarding the ease and rapidity of loading several animals. In this study, custom-built equipment was developed to streamline the preparation process and to safely maintain seven mice during a multiple-mouse imaging session. Total preparation time for seven mice was approximately 24 min. ECG and temperature were monitored throughout the scan and maintained by regulating anesthetic and heating. Proof of principle was demonstrated in a 3-h imaging session of seven mice.

Multiple mouse biological loading and monitoring system for MRI.

Mehrere Maus biologischen Be-und Monitoring-System f&#xFC;r die MRT.

Cardiac MR imaging in small animals presents some difficulties due to shorter cardiac cycles and smaller dimensions than in human beings, but prospectively gated techniques have been successfully applied. As with human imaging, there may be certain applications in animal imaging for which retrospective gating is preferable to prospective gating. For example, cardiac imaging in multiple mice simultaneously is one such application. In this work we investigate the use of retrospective gating for cardiac imaging in a mouse. Using a three-dimensional imaging protocol, we show that image quality with retrospective gating is comparable to prospectively gated imaging. We conclude that retrospective gating is applicable for small animal cardiac MRI and show how it can be applied to the problem of cardiac MRI in multiple mice.

Retrospective gating for mouse cardiac MRI.

Kardiologische MR-Tomographie bei kleinen Tieren pr&auml;sentiert einige Schwierigkeiten aufgrund der k&uuml;rzeren kardiale Zyklen und kleinere Abmessungen als beim Menschen, aber prospektiv nicht&ouml;ffentliche Techniken erfolgreich angewendet wurden. Wie mit menschlichen Bildgebung, m&ouml;glicherweise gibt es bestimmte Anwendungen in der tierischen Bildgebung ist f&uuml;r welche retrospektiven gating prospektive Anspritzung vorzuziehen. Cardiac imaging in mehrere M&auml;use gleichzeitig ist beispielsweise eine solche Anwendung. In dieser Arbeit untersuchen wir die Verwendung der retrospektiven gating f&uuml;r kardiale Bildgebung in eine Maus. Mit einem dreidimensionalen Bildgebung Protokoll, zeigen wir, dass die Bildqualit&auml;t mit retrospektiven gating prospektiv Gating imaging vergleichbar ist. Wir schlie&szlig;en, dass die retrospektiven gating f&uuml;r kleine Tier kardiologische anwendbar ist MRI und zeigen, wie das Problem der kardiale MRI in mehreren M&auml;usen angewendet werden k&ouml;nnen.

Retrospektiven gating f&uuml;r Maus kardiale MRI.

With the introduction of mouse models for the study of cardiac morphogenesis, there arises a need for new imaging protocols that can capture both morphological and functional information. High-resolution 2D cardiac cine MRI has often been used to quantify left and right ventricular function. In this study we propose a 3D isotropic cardiac cine MRI protocol with a voxel size of 200 microm(3) as a means of studying cardiac multi-chamber morphology and function. A black blood sequence was used to enhance blood myocardium contrast. Manual segmentation of the ventricles was used to measure ventricular volumes at end diastole and end systole. This method is demonstrated on an Irx4-deficient mouse model. We have been able to identify the volumes of both ventricles dynamically and to show differences in ejection fraction in the mutant. We have also identified an abnormality of the papillary muscle in the mutant that had been missed in previous phenotyping with ultrasound and histology.

4D cardiac MRI in the mouse.

Mit der Einf&uuml;hrung der Mausmodelle f&uuml;r das Studium der kardialen Morphogenese entsteht es ein Bedarf f&uuml;r neue bildgebende Protokolle, die sowohl morphologische und funktionelle Informationen erfassen k&ouml;nnen. Hochaufl&ouml;sende 2D kardiale Cine MRI wurde h&auml;ufig verwendet, Links- und rechtsventrikul&auml;ren Funktion zu quantifizieren. In dieser Studie schlagen wir ein 3D isotrope kardiale Cine MRI-Protokoll mit einer Voxel-Gr&ouml;&szlig;e von 200 microm(3) als Mittel des Studiums kardiale Mehrkammer-Morphologie und Funktion. Eine Schwarzes Blut-Sequenz wurde verwendet, um Blut-Myokard-Kontrast verbessern. Manueller Segmentierung der Kammern wurde verwendet, um ventrikul&auml;re Volumen am Ende Diastole und Systole Ende messen. Diese Methode ist eine Irx4-defizienten Mausmodells unter Beweis gestellt. Sind wir in der Lage, die B&auml;nde der beiden Ventrikel dynamisch zu identifizieren und Anzeigen von Unterschieden in Auswurffraktion in den Mutanten. Wir haben auch eine Anomalie des papill&auml;ren Muskels in der Mutant identifiziert, die vorherige pathologies mit Ultraschall und Histologie verpasst worden war.

4D kardiale MRI in der Maus.

Mouse models are crucial for the study of genetic factors and processes that influence human disease. In addition to tools for measuring genetic expression and establishing genotype, tools to accurately and comparatively assess mouse phenotype are essential in order to characterize pathology and make comparisons with human disease. MRI provides a powerful means of evaluating various anatomical and functional changes and hence is growing in popularity as a phenotypic readout for biomedical research studies. To accommodate the large numbers of mice needed in most biological studies, mouse MRI must offer high-throughput image acquisition and efficient image analysis. This article reviews the technology of multiple-mouse MRI, a method that images multiple mice or specimens simultaneously as a means of enabling high-throughput studies. Aspects of image acquisition and computational analysis in multiple-mouse studies are also described.

MR technology for biological studies in mice.

Mausmodelle sind entscheidend f&uuml;r die Untersuchung der genetischen Faktoren und Prozesse, die Krankheiten des Menschen beeinflussen. Neben Tools f&uuml;r die Messung der Genexpression und Genotyp sind Werkzeuge, um pr&auml;zise und vergleichsweise Maus Ph&auml;notyp beurteilen wesentlich f&uuml;r die Pathologie zu charakterisieren und Vergleiche mit der menschlichen Krankheit. MRI bietet ein wirksames Instrument zur Bewertung der verschiedenen anatomischer und funktioneller Ver&auml;nderungen und wird daher immer beliebter als eine ph&auml;notypische Auslesen f&uuml;r biomedizinische Forschung. Um die gro&szlig;e Zahl der M&auml;use ben&ouml;tigt in den meisten biologischen Studien aufzunehmen, muss die Maus MRI Hochdurchsatz-Bilderfassung und effiziente Bildanalyse anbieten. Dieses Aufsatzes ist die Technologie des Multiple-Maus MRI, eine Methode, die mehrere M&auml;use oder Proben gleichzeitig als Mittel zur Aktivierung von Hochdurchsatz-Studien Bilder. Aspekte der Bilderfassung und computational Analysis in mehreren-Maus-Studien werden ebenfalls beschrieben.

Herr Technologie f&uuml;r biologische Studien an M&auml;usen.

We perform combined magnetic resonance and bioluminescence imaging of live mice for the purpose of improving the accuracy of bioluminescence tomography. The imaging is performed on three live nude mice in which tritium-powered light sources are surgically implanted. High-resolution magnetic resonance images and multispectral, multiview bioluminescence images are acquired in the same session. An anatomical model is constructed by segmenting the magnetic resonance images for all major tissues. The model is subsequently registered with nonlinear transformations to the 3-D light exittance (exiting intensity) surface map generated from the luminescence images. A Monte Carlo algorithm, along with a set of tissue optical properties obtained from in vivo measurements, is used to solve the forward problem. The measured and simulated light exittance images are found to differ by a factor of up to 2. The greatest cause of this moderate discrepancy is traced to the small errors in source positioning, and to a lesser extent to the optical properties used for the tissues. Discarding the anatomy and using a homogeneous model leads to a marginally worse agreement between the simulated and measured data.

Combined magnetic resonance and bioluminescence imaging of live mice.

Wir durchf&uuml;hren kombinierten Magnetresonanz und Biolumineszenz Bildgebung Leben M&auml;use zum Zwecke der Verbesserung der Genauigkeit der Biolumineszenz-Tomographie. Die Bildgebung erfolgt auf drei live nackte M&auml;use in dem Tritium-angetriebene Lichtquellen operativ implantiert werden. Hochaufl&ouml;sende Magnetresonanz-Bilder und multispektraler, multiview Biolumineszenz-Bilder werden in der gleichen Sitzung erworben. Ein anatomisches Modell wird durch Segmentieren die Magnetresonanz-Bilder f&uuml;r alle wichtigen Gewebe konstruiert. Das Modell ist mit nicht-linearen Transformationen zur 3-d leichte Exittance (Beenden Intensit&auml;t) Oberfl&auml;che Karte aus die Lumineszenz-Bilder generiert anschlie&szlig;end registriert. Eine Monte-Carlo-Algorithmus, sowie eine Reihe von Gewebe, die optische Eigenschaften von in-vivo Messungen bezogen wird verwendet, um das forward Problem zu l&ouml;sen. Die gemessenen und simulierten Licht Exittance-Bilder festgestellt durch einen Faktor von bis zu 2 unterscheiden. Die Hauptursache f&uuml;r diese moderate Diskrepanz ist die kleine Fehler im Quellcode zu positionieren und in geringerem Ma&szlig;e auf die optischen Eigenschaften f&uuml;r Gewebe verwendet zur&uuml;ckgef&uuml;hrt. Die Anatomie zu verwerfen und mit Hilfe eines homogenen f&uuml;hrt zu einer geringf&uuml;gig schlechter Vereinbarung zwischen den simulierten und gemessenen Daten.

Article	Year
Multiple mouse biological loading and monitoring system for MRI. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine\| PubMed ID: 15389955	2004
Retrospective gating for mouse cardiac MRI. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine\| PubMed ID: 16450339	2006
4D cardiac MRI in the mouse. NMR in biomedicine\| PubMed ID: 17451168	2007
MR technology for biological studies in mice. NMR in biomedicine\| PubMed ID: 17451169	2007
Combined magnetic resonance and bioluminescence imaging of live mice. Journal of biomedical optics\| PubMed ID: 17614726	2007

Jun Dazai

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