Summary
Alta freqüência de ultra-som Doppler é uma nova tecnologia para avaliar a função miocárdica regional. Este trabalho apresenta primeira evidência demonstrando aplicabilidade desta plataforma de imagem versátil para a medida repetida de tensão do miocárdio, dp / dt, e regurgitação mitral na isquemia-reperfundidos coração (IR) murina.
Abstract
Isquemia e reperfusão (IR) foi cirurgicamente no coração de camundongos que foram então submetidos a imagens repetidas para monitorar mudanças temporais nos parâmetros funcionais do significado clínico-chave. Bidimensional filmes foram adquiridos em alta taxa de quadros (8 kHz) e foram utilizados para estimar a tensão alta qualidade do miocárdio. Bidimensional elastograms (imagens tensão), bem como perfis de tensão, foram visualizadas. Os resultados foram poderosos em avaliar quantitativamente IR induzida por mudanças nos eventos cardíacos, incluindo a contração do ventrículo esquerdo (LV), o relaxamento isovolumétrico do VE e fases de ambos os corações pré-IR e pós-IR batendo em ratos intactos. Além disso, o movimento da parede comprometida setor sábio e deformações anatómicas no miocárdio infartado foram visualizadas. O elastograms foram singularmente capaz de fornecer informações sobre os seguintes parâmetros, além de padrão de índices fisiológicos que são conhecidos por ser afetados por infarto do miocárdio no mouse: diâmetros internos do orifício da válvula mitral e aorta, orifício regurgitante efetivo, a tensão do miocárdio (circunferencial bem como radial), a turbulência no padrão de fluxo sanguíneo como revelado pelos filmes Doppler colorido e perfis de velocidade, assincronia no LV setor, e as mudanças no comprimento e na direção dos vetores demonstrando movimento da parede mais lento e assimétrico. Este trabalho enfatiza a demonstração visual de como tais análises são realizadas.
Protocol
Protocolos experimentais
Os seguintes protocolos diferentes foram utilizados para estabelecer a viabilidade de medidas destinadas a investigar o coração IR murino de forma não invasiva. Imagem ecocardiográfica inicial foi seguida de indução cirúrgica da isquemia e reperfusão (IR, protocolo 1), que foi seguido por ecocardiografia em múltiplos pontos temporais durante a recuperação do IR.
Protocolo 1. Descendente anterior (LAD) da artéria IR: Procedimento Cirúrgico
C57BL masculino / 6 ratos adultos (8 semanas de idade; 24,5 ± 1,5 g, média ± DP; Harlan Technologies, IN) foram mantidas em condições de laboratório padrão de habitação com acesso a ração e água ad libitum beber. Camundongos foram anestesiados com injeção intraperitoneal de uma mistura de cetamina (100 mg / kg) e xilazina (10mg/kg), colocado sobre uma mesa cirúrgica quente, e entubado endotraqueal. Plano anestésico adequado para roedores, que decorre, por um cessação de reflexos pitada dedo do pé e um abrandamento da respiração. Instrumentos foram esterilizados através de lavagens de etanol 70% e autoclave. Quaisquer instrumentos que deixou o campo estéril foram inseridos em um esterilizador instrumento hot-talão de 1 minuto antes de uso continuado. Os ratos foram ventilados (Harvard Apparatus, Boston, MA), com ar-isoflurano mistura a uma taxa adequada e volume corrente. Eletrofisiologia cardíaca foi monitorada durante toda a cirurgia usando uma configuração de três derivações de ECG, e as mudanças foram gravados usando PC Powerlab software (Instruments AD).
O coração foi acessada via toracotomia esquerda. O pulmão esquerdo foi recolhido para permitir o acesso ao pericárdio. A aurícula esquerda foi elevada para expor a artéria coronária LAD, que foi isolado utilizando sutura Prolene 7-0 montado em uma agulha cónica. A sutura foi apertada sobre um pedaço de tubo PE-10, para induzir isquemia reversível. LAD foi ocluída por 60 minutos. Após 60 min, a sutura foi lançado para permitir a reperfusão do miocárdio lesado. Após a reperfusão com sucesso, o tórax foi fechado com suturas interrompidas 7-0 Prolene, bem como a incisão na pele com Prolene 5-0.
Durante toda a cirurgia, temperatura corporal foi mantida em 36,7 ± 0,5 ° C usando uma tabela aquecida cirúrgica e monitorizados com uma sonda retal térmica. O episódio isquêmico-causas coloração pálida do LV miocárdio que pode ser visualmente apreciado. Tórax foi fechado, suturado, e tubo traqueal foi desconectado permitindo o mouse para respirar por conta própria. O animal foi, então, retornou a sua gaiola e colocado em um bloco de aquecimento definida para 37 ° C. Uma vez que a recuperação estava completa, o animal foi devolvido à unidade de biotério de roedores antes da imagem ecocardiográfica. Todos os procedimentos foram aprovados pelo Cuidados Institucionais Laboratory Animal e do Comitê de Uso (ILACUC) da Ohio State University.
Protocolo 2. M-mode imagem de protocolo para a determinação da função cardíaca e detecção de da motilidade da parede
Para avaliar as mudanças radial e longitudinal na função cardíaca e anormalidades da motilidade, foram realizados pré-IR utilizando imagens de alta freqüência, scanner de ultra-som de alta resolução (Visual Sonics Inc., Toronto, Canadá). Parâmetros padrão M-mode ecocardiografia como dimensões de parede, volumes em diástole sístole e derrame volume, fração de ejeção (EF), fração de encurtamento (FS), o débito cardíaco (CO), e diâmetros internos em sístole e diástole, foram avaliados através de construído protocolo modo-M em cada momento (pré-IR, dia 3 eo dia 7).
Protocolo n. º 3. VevoStrain Speckle protocolo algoritmo de rastreamento
B-mode filmes foram adquiridos e sujeitos a processo usando embutido VevoStrain algoritmo para realizar análises de tensão. Isto permite a avaliação da velocidade, deslocamento, deformação e taxa de deformação através de botões de rádio separados fornecidos na interface dando parcelas interativo e modo-M imagens juntamente com os valores de dados que foi feito clicando ícones desejado no painel de controle.
Avaliação speckle acompanhamento das Cepas
2-D Grayscale loops cine foram adquiridos na visão LV eixo curto com uma taxa de quadros de> 275 frames / s. Para cada experimento, pelo menos três ciclos cardíacos consecutivos foram registrados e armazenados digitalmente em um disco rígido para análise off-line em uma estação de trabalho. Nós usamos um algoritmo speckle-tracking incorporadas Vevo2100. A análise tensão foi realizada pelo mesmo observador treinado. A região de interesse foi sobreposto por uma seção transversal do ventrículo a imagem correspondente à área mínima endocárdica. O algoritmo de software, então, automaticamente dividiu o LV visão de curto-eixo em seis segmentos de speckle acompanhamento durante todo o ciclo cardíaco. A qualidade do rastreamento foi, então, visualmente inspeccionadas e, se fosse satisfatória para pelo menos cinco segmentos, o traçado foi aceiteed.
Protocolo n. º 4. Doppler de fluxo de medição de protocolo
Para estudar a regurgitação mitral e para calcular a taxa de mudança de LV pressão arterial sistólica (dP / dt), Doppler protocolo de detecção de fluxo foi utilizado. Para este fim, o poder do sangue Doppler perfis de velocidade de fluxo foram adquiridos pela colocação da sonda no jato regurgitante mitral e aórtica jet. Imagens da velocidade do fluxo sangüíneo foi seguido por medição para obter valores dos parâmetros, tais como pico e média de velocidade de pico e média gradientes de pressão, integral tempo, velocidade e tempo. Para o cálculo da dP / dt, valva mitral regurgitante perfil de velocidade foi utilizada para medir a velocidade na sístole precoce (inclinação mais acentuada do perfil de velocidade para minimizar a dependência de carga) eo tempo correspondente de inclinação. Finalmente, a equação de Bernoulli s desde a conversão de velocidade de pressão para determinar a taxa de aumento da pressão sistólica.
Aquisição de Dados ecocardiográficos
Camundongos foram fotografadas em um estado de consciência a uma temperatura ambiente de 37 ° C com a diminuição da iluminação ambiente, enquanto realizada por um manipulador de experiência em uma posição de decúbito propensas esquerda. O coração foi fotografada no modo 2-D nas vistas paraesternal longo e eixo curto com uma configuração de profundidade de 1,0 cm e em uma taxa de quadros de ≥ 270 frames / s. Uma imagem em modo-M foi obtida a uma velocidade de varredura de 200 mm / s. Todas as medidas foram feitas de acordo com orientações fornecidas pela Sociedade Americana de Ecocardiografia.
De imagem foi realizado em ratos conscientes, juntamente com conjunto de registro do eletrocardiograma. Sístole final foi definida como a área LV mínimo. Segmentar S circ e curvas S rad foram, então, construída através da integração de sinais adequados a partir dos pontos diastólica final e depois a média para obter curvas de média tensão segmentar. Sistólico final cepas foram obtidas a partir da curva tensão média.
Resultados representante
Bidimensional filmes adquiridos a alta taxa de quadros (8 kHz) foram utilizados para estimar a tensão alta qualidade do miocárdio. Elastograms bidimensional (imagens tensão), bem como perfis de tensão em função do tempo ajudou a apreciar as consequências funcionais de IR. A abordagem acima mencionados levou à detecção confiável dos seguintes parâmetros:
Padrão Outcomes IR (comumente relatados na literatura)
- contração ventricular esquerda (VE)
- ferimento prejudica a contração e relaxamento do coração, resultando em perda funcional
- mudanças na área da câmara LV e massa (hipertrofia)
- LV relaxamento isovolumétrico de fases de ambos os pré-IR e pós-IR de corações batendo
- movimento da parede comprometida setor-wise
- turbulência no padrão de fluxo de sangue como revelado pelos filmes Doppler colorido e perfis de velocidade
- Muda de forma para LV esfericidade
- fração de ejeção comprometida
- atenuada fração de encurtamento
Única pós-IR Resultados
(Nunca antes relatados em um ambiente IR murino, mas conhecido por ser de relevância clínica em humanos)
- orifício regurgitante efetivo (ERO)
- uma medida fundamental de incompetência valvular
- diminuiu cepas do miocárdio (circunferencial, bem como radial)
- uma medida fundamental de força do miocárdio e deformação anatômica
- assincronia em setores LV
- uma medida fundamental inerente periódica características de bombeamento do coração
- movimento da parede e simetria
- mudanças na magnitude e direção dos vetores demonstrando direção, magnitude e simetria no local afetado
- dimensão da válvula mitral e aorta
- mudanças no diâmetro interno do orifício da válvula mitral e aorta
- regurgitação mitral
- fluxo de sangue de volta LV para o átrio esquerdo, devido ao fechamento incompleto de folhetos mitral
- setor-wise mudanças na magnitude da radial (SRAD) e tensão (Scir) circunferencial
- mudanças em taxas de deformação, juntamente com a variação marcada em seus padrões de mudança em relação ao pré-IR de dados
- sincronicidade de setores como LV divididos de acordo com a Sociedade Americana de Ecocardiografia
- associação de sincronia ventricular mecânica com a rigidez do miocárdio e diminuição da força do miocárdio avaliado pelo Doppler tissular e strain imagem
- mudanças na magnitude e direção dos vetores mostrados em filmes retratando o movimento comprometido (lento e assimétrico) do site de RI-afetados
- diâmetros internos da valva mitral orifgelo e aorta
Fig. . 1i medição da deformação do miocárdio: relaxamento final da diástole cheia mostrado pelo menor vetores (M1)
Fig. . 1ii medição da deformação do miocárdio: LV está se contraindo mostrado pelo comprimento e direção dos vetores, o local da lesão (ponto verde) tem limitado contração (M2)
Fig. . 1iii medição da deformação do miocárdio: final da sístole a contração, cheio mostrado pelo menor vetores (M3)
Fig. . 1iv medição da deformação do miocárdio: eixo longo em diástole (M4)
Fig. 1v tensão radial do miocárdio (S rad) de medição:. Curvas codificados por cores representam a deformação à respectivos pontos coloridos em imagens de Fig1.i-iv (M5)
Fig. 1vi tensão circunferencial do miocárdio (S CIR) de medição:. Curvas codificados por cores representam a deformação à respectivos pontos coloridos em imagens de Fig1.i-iv (M6)
Figura 1. Modo B-movies visualização final da diástole (ED) e final da sístole (ES) e mudanças no LV tamanho da câmara de pós-IR.
B-mode imagens para determinar ventrículo esquerdo (LV) tensão circunferencial (S circ) e tensão radial (S rad) por dois-dimensional speckle ecocardiografia de rastreamento.
VevoStrain speckle algoritmo de rastreamento para observar vetores que descrevem a magnitude ea direção do movimento do miocárdio, axial e paraesternal cortes longitudinais demonstrando os vetores no local da lesão do miocárdio prejudicada.
Cepas radial e longitudinal de um rato de base e um posto do mouse IR dia7. O código de cores perfis tensão mostrando pontos de cor diferente codificado em sites sobre o miocárdio da linha de base (pré-IR) e tratados (pós-IR, dia7) corações. LV-ventrículo esquerdo, VD-ventrículo direito, S-rad tensão radial, S estirpe cir-circunferencial.
Figura 2. Sincronicidade sectoriais do miocárdio.
As análises com base nos dados tensão pré e pós-IR. VE, dividida em seis setores (1 = basal posterior, 4 = basal anterior, posterior 2 = médio, 5 = anterior mid, 3 = ápice posterior, 6 = ápice anterior), segundo a Sociedade Americana de Ecocardiografia. Validação de sincronia ventricular mecânica para ver sua associação com a rigidez miocárdica, avaliada pelo Doppler tissular e strain imagem.
Do painel de cores imagem codificada mostrando os setores 1-6 com valores para hora de pico em todos os sectores correspondentes em milésimos de segundo. Sincronicidades radial e longitudinal previsto pré-IR e pós-IR em termos de gráficos. As cores nos gráficos correspondem às cores dos setores correspondentes.
Fig. . 3i medidas anatômicas: diâmetro do orifício mitral regurgitação no coração de camundongos (linhas azuis com medidas repetidas), volume da amostra na aorta (linhas amarelas) (M8)
Fig. 3ii. Regurgitante perfis de fluxo em coração de rato, frente superiores e inferiores de fluxo para trás na válvula mitral (M9)
Fig. 3iii aórtica. Os perfis de velocidade de fluxo no coração de rato (M10)
Fig. 3iV. Orifício regurgitante na válvula mitral, Ao = aorta, LA = átrio esquerdo, LV = ventrículo esquerdo, raio r = (M11)
Figura 3. Da valva mitral regurgitante fração V (RF).
Painel de imagem ecocardiográfica para a medição da fração regurgitante (RF). Medida do diâmetro da aorta (AoD) e diâmetro do orifício da válvula mitral (MVD), mostrando a colocação do volume de amostra no jato regurgitante e aorta. Essas medidas fornecem os perfis de velocidade e fluxo regurgitante da aorta ascendente em que perfis de velocidade acima e abaixo do valor basal indicam frente e para trás o fluxo sangüíneo para o VE e de volta ao átrio esquerdo. RF computação (em%) usando a fórmula, RF = MV CSA * VTI de MV jet em diástole - Ao CSA * VTI de jet Ao em sístole) * 100 / MV CSA * VTIda MV.
Quantificação da fração regurgitante mostrando a fração regurgitante no pós-IR indicador de camundongos a válvula mitral regurgitado. Mudanças no orifício regurgitante mitral válvula eficaz (ERO) pós-IR devido à esfericidade da LV. Imagens representativas Doppler colorido representando o sangue flui do átrio esquerdo para o LV. Orifício de escoamento alargada de sangue indica o fluxo turbulento e velocidade de fluxo aumentada anormal. ERO indicando incompetência valvular. A velocidade de fluxo aliased. A onda pulsada é utilizada como benefício para determinar a transição de laminar para fluxo turbulento. ERO calculado usando a fórmula, ERO = Fluxo / Vmax = 2 π r2 Va / Vmax, Va = velocidade Aliasing, r = raio do orifício, Vmax = velocidade máxima.
Fig. 4i de medição. Dos parâmetros funcionais em pré-IR mouse. Soft ware calcula parâmetros traçando linha vermelha, vertical = diástole, sístole linha verde vertical (M12)
Fig. 4ii medição. Dos parâmetros funcionais em pós-IR mouse. Soft ware calcula parâmetros traçando linha vermelha, vertical = diástole, sístole linha verde vertical (M13)
Figura 4. A taxa de variação da pressão sistólica ventricular (dP / dt): pré e pós-IR.
Correlação da fração de ejeção (EF) com dP / dt. Painel de imagem mostrando um modo-M a partir do qual as medições básicas funcionais são tomadas.
A discriminação da contratilidade cardíaca ao longo do tempo; gráficos de barras mostrando dP / dt pós-IR. Indicando a medição de um parâmetro fornece informações clínicas para o outro.
Figura 5. Filme eixo curto demonstrando pré-IR de medição de tensão.
Filme ecocardiográficos, obtidos a partir da visão paraesternal de coração para visualizar a morfologia do coração de rato pré-IR.
Figura 6. Filme eixo curto demonstrando pós-IR medição da deformação LV
Representante filme axial de um LV do mouse atribuída a endocárdio demonstrando os vetores tensão do tecido, com cinco pontos específicos de medição consideradas.
Figura 7. Paraesternal eixo longo cor filme Doppler
Cor filme fluxo Doppler demonstrando o sangue bombeado do átrio esquerdo através da válvula mitral para o VE durante a diástole, eo sangue é bombeado para fora através da aorta durante a fase de sístole do coração com a direção do fluxo em cores azul distância e cor vermelha para (BART) a sonda de ultra-som.
Discussion
Os dados de deformação com base na medição utilizando speckle algoritmo de rastreamento é observador relativamente menos dependentes como a maioria da análise é realizada pelo software. No entanto, o observador deve ter cuidado durante o traçado das fronteiras da epicárdio e endocárdio nos filmes B-modalidade que depende mais da experiência. Além disso, M-modo de análise e medição de perfis de velocidade também é observador mínima dependente. No entanto, na medida do aumento de pressão e medição de tempos, observador requer muita atenção durante as medições, porque a pressão depende diretamente com o quadrado da velocidade de pico como expressa pela fórmula de Bernoulli s em que mesmo uma pequena quantidade de erro na medição pode produzir efeito sobre o quadrado erro total na medição de dP / dt. Além disso, o orifício regurgitante não é necessariamente constante ao longo sístole, e isso pode afetar a estimativa da gravidade da regurgitação. As doses mais elevadas de anestesia pode resultar na redução dramática da fração de encurtamento afetar outros parâmetros funcionais. Portanto, o uso padrão de sedação é importante para um melhor resultado. A maioria dos parâmetros pode ser medida usando outras modalidades, por exemplo, marcação MRI podem medir tensões em 2D e 3D. No entanto, o ecocardiograma é mais amigável.
Acknowledgments
NHLBI R01 HL073087 para CKS.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Vevo2100 | VisualSonics, inc. | SN2100-0032 | |
| Ventilation device | Harvard Apparatus | n/a | |
| PC Powerlab software |  ADInstruments |
n/a | |
| Isoflurane | Vedco, Inc. | 5260-04-12 | |
| Aquasonic gel 100 | Parker Laboratories Inc. | 01-02 |
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