Summary
Das Ziel dieser Forschung ist es, neu zu erstellen und dann auf die Anatomie des menschlichen Herzens venöse System mit 3D-Rekonstruktionen von Kontrastmittel-Computertomographie erzeugt.
Abstract
Ein detaillierteres Verständnis der Komplexität und der relativen Variabilität innerhalb des kardialen Human-Venensystem ist entscheidend für die Entwicklung von Herz-Geräten, die den Zugriff auf diese Schiffe erfordern. Zum Beispiel wird kardialen Venenanatomie bekannt, dass einer der wichtigsten Einschränkungen für die reibungslose Lieferung der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT) 1 Daher ist die Entwicklung einer Datenbank der anatomischen Parameter für den menschlichen kardialen venösen Systeme können bei der Gestaltung von CRT-Abgabe zu unterstützen Geräte, eine solche Beschränkung zu überwinden. In diesem Forschungsprojekt wurden die anatomischen Parameter aus 3D-Rekonstruktionen des venösen Systems mittels Kontrastmittel-Computertomographie (CT) und Modelling-Software (Materialise, Leuven, Belgien) erhalten. Bogenlänge, Tortuosität, Verzweigung Winkel, Entfernung zum Koronarsinusostium und Gefäßdurchmesser: Die folgenden Parameter wurden für jede Ader beurteilt.
CRT ist eine mögliche Behandlung für patiEltern mit elektromechanischer Dyssynchronie. Ungefähr 10-20% der Patienten mit Herzinsuffizienz können von CRT 2 profitieren. Elektromechanische Dyssynchronie bedeutet, dass Teile des Herzmuskels aktivieren und Vertrag früher oder später als die normale Leitungsbahnen des Herzens. In CRT werden dyssynchronous Bereiche des Myokards mit elektrischer Stimulation behandelt. CRT-Stimulation beinhaltet typischerweise Stimulation führt, die den rechten Vorhof (RA), rechten Ventrikel (RV) und linken Ventrikels (LV) zu stimulieren, um mehr synchronisiert Rhythmen erzeugen. Der LV-Elektrode wird in der Regel innerhalb eines kardialen Vene implantiert, mit dem Ziel, sie innerhalb der Stelle der neuesten myokardialen Aktivierung überlagern.
Wir glauben, dass die Modelle und die erhaltenen Analysen davon wird die anatomische Ausbildung für Patienten, Studenten, Ärzte und medizinisches Gerät Designern fördern. Die eingesetzten Methoden hier kann auch genutzt werden, um andere anatomische Merkmale des menschlichen Herzens unsere Proben, wie z. B. zu studierendie Koronararterien. Zur weiteren Förderung der erzieherischen Wert dieser Forschung haben wir die venöse Modelle auf unserer Website freien Zugang geteilt: www.vhlab.umn.edu / atlas .
Protocol
Vorgehensweise
Tabelle 1 fasst die Materialien während des Verfahrens verwendet wird. Abbildung 1 gibt einen Überblick über den Vorgang.
Ein. Beleg-und Scan-Vorbereitung
- Besorgen Sie sich die isolierten menschlichen Herzen frisch und anschließend Perfusion fixieren sie in 10% gepuffertem in ihre enddiastolischen Zustand Formalin.
- Spülen Sie die Herzen im Wasser gescannt werden am Tag vor dem Scannen, um die Mehrheit der Formalin zu entfernen.
- Bevor der Scanner, die kanülieren Coronarsinus (CS) Vene innerhalb jedes Herz mit einem Ballonkatheter venogram. Erhalten Sie Zugang zum CS entweder durch die obere oder untere Hohlvene unter direkter Sicht oder die Verwendung von videoscopes.
- Einmal im Ort, den Ballon aufzublasen dieser venogram Katheter, um den Katheter in der CS zu verankern.
- Legen Sie jedes Herz in einem verschließbaren Behälter Polymer auf einem Schwamm, der so entworfen wurden, dasskann das Herz in seiner attitudinally korrekten anatomischen Position zu sitzen.
2. Computertomographie
- Positionieren Sie ein bestimmtes Herz auf dem CT-Scanner Bett, als wenn ein Patient wurde in Rückenlage und mit dem Kopf voran auf den Scanner.
- Verbinden des proximalen Endes des Katheters venogram zu einem Injektor, der zwei Injektionsspritzen enthält: eine für den Kontrast und eine für Kochsalzlösung.
- Automatisches injizieren 40 ml Kontrastmittel in das Herz Venensystem mit 5 ml / sec.
- CT das Herz 8 sec nach der Kontrastmittelinjektion wird eingeleitet. Stellen Sie den CT-Scan zu 512 x 512 Pixel Auflösung mit 0,6 mm Schichtdicke.
- Automatisch injizieren 40 ml Kochsalzlösung in den kardialen Venensystem bei 5 ml / sec zu spülen, den Kontrast.
- Exportieren Sie die CT DICOM-Bilder auf einer externen Festplatte.
3. Wiederaufbau und Messungen
- Hochladen CT DICOM-Bilder in Mimics Software.
- Generieren Sie eine Maske für die CT Bildgebunges enthält nur die Pixel mit hohem Hounsfield Einheiten nur den Kontrast in dem Herzen zu markieren.
- Entfernen Kontrast, der in die Kammern oder diffus ins Gewebe ausgetreten ist, so dass die Maske enthält nur den Kontrast innerhalb der großen Herzvenen.
- Manuell in Lufteinschlüsse füllen innerhalb einer bestimmten Vene Frame für Frame.
- Generieren Sie ein 3D-Objekt aus der resultierenden Maske.
- Glätten und wickeln Sie dieses Objekt, um grobe Geometrien beseitigen. Video 1 zeigt eine dieser 3D-Modelle im Raum drehen.
- Generieren Mittellinien für jedes 3D-Modell erstellt.
- Mit diesen Mittellinien, messen Sie die Bogenlänge, Verzweigung Winkel, Tortuosität (Bogenlänge / Luftlinie entfernt) und Durchmessern für jeden größeren Schiffes in jedem Herzen. Unsere beschäftigt anatomischen Nomenklatur ist in Abbildung 2 dargestellt.
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Representative Results
Tabelle 2 zeigt die mittlere anatomische Parameter für die wichtigsten Herzvenen für 42 Proben menschlichen Herzens. Alle Herzen Proben enthielt einen hinteren interventrikulären Vene (PIV) und vorderen interventrikulären Vene (AIV). Einige Proben enthielten mehr als einem posterioren Vene des LV (PVLV), posteroanterioren Lateralvene (PLV), links Lateralvene (LLV) und / oder antero-laterale Vene (ALV), während andere Herzen hatten noch eine oder zwei dieser spezifischen Adern vorhanden.
| Verwendete Materialien |
| Perfusion-fixierten menschlichen Herzen |
| Venogram Ballonkatheter |
| Polymer verschließbaren Behälter |
| Anatomisch korrekte Herzen Schwamm |
| CT-Scanner und Software |
| Kontrast und Saline Injector |
| Kontrast (Omnipaque) |
| Mimics Software |
Tabelle 1. Zusammenfassung der Materialien in der vorgestellten Methode verwendet.
Abbildung 1. Verfahren Zusammenfassung. (A) den Koronarsinus eines gegebenen isolierte Perfusion fixierten Herz mit einem venogram Ballonkatheter kanüliert und (B) in seiner attitudinally korrekten Position. (C) die Probe gescannt wird, während dagegen in den kardialen Venen injiziert wird System, gefolgt von einer Spülung mit Kochsalzlösung. (D) Die erzeugten Bilder verwendet werden, um digitale Rekonstruktionen der Venen zu schaffen, so dass nachfolgende Messungen genommen werden kann.
Video 1. Ein Beispiel für ein 3D kardialen venösen modell von Kontrastmittel-Computertomographie CT generiert. Klicken Sie hier, um Video anzusehen.
Abbildung 2. Nomenklatur der großen Gefäße des Herz Venensystem.
Tabelle 2. Zusammenfassung der Messungen für 42 Proben menschlichen Herzens Laufenden. Klicke hier, um eine größere Tabelle anzuzeigen .
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Discussion
Unser Labor ist die Entwicklung einer Bibliothek von Perfusion-fixierten Herzen Proben für verschiedene anatomische Studien. Bis heute haben wir mehr als 240 erhaltene Exemplare. Die spezifischen Methoden, die wir verwendet, um diese Proben vorbereitet haben, wurden bisher 3 beschrieben. Die vorliegende Studie beschreibt ein neues Verfahren zur Abbildung des menschlichen Herz-venöse System und für die Entwicklung eines anatomischen Datenbank, die für die Konstruktion von Herz-Geräte innerhalb der Gefäße eingesetzt verwendet werden könnten.
Frühere Studien haben Magnetresonanz (MR) 4 und CT 5-12 Bildgebung von lebenden Patienten verwendet werden, um die Anatomie des Herzens Venensystem zu bewerten. Der wesentliche Vorteil unserer Studie ist, dass es keine Gefahr für die Patienten aufgrund Kontrastmittelinjektion und Strahlenbelastung 13-14 leben. Wir sind auch in der Lage, eine große Datenbank von Proben, die alle in einer ähnlichen Art und Weise vorbereitet zu analysieren. Diese Proben können gescannt werden, wenn additional Bilder erforderlich sind. Die anatomischen Parametern aus diesem Verfahren in Tabelle 2 erhalten wurden im Allgemeinen größer sind als die in der in-vivo-Untersuchungen dargestellt. Wir glauben, dies ist, weil die statische Rekonstruktionen hier vorgestellten Perfusion-fixiert sind in ihrer enddiastolischen Form und sollte eine Momentaufnahme der Venen darstellen, wenn das Herz ist in dieser Phase des Herzzyklus (dh die maximale Abmessungen).
Es sei darauf hingewiesen, dass es mehrere Begrenzungen der vorliegenden Studie werden. In einigen unserer älteren menschlichen Herzens Proben wurden die Ventrikel etwas während des Imaging-Prozess zusammengebrochen, das kann einige der resultierenden Modelle beeinflussen. Um diese Einschränkung zu beheben, sind wir derzeit auf der Suche in die Ventrikel Kammern Geliermittel, um sicherzustellen, das Herz behält seine enddiastolischen (erweiterten) Form. Eine weitere Einschränkung der Studie ist es, dass Modell und folgenden Messungen können vom Benutzer abhängig. Wir have versucht, diese Einschränkung, indem er ein Ermittler überprüfen jedes generierte Modell zu minimieren. Benutzer-Abhängigkeit der Modelle wird durch Vergleich von Modellen des gleichen Herzen von verschiedenen Benutzern erstellt beurteilt werden. Schließlich ändert sich die Menge des Kontrastmittels, dass in der Probe Gewebe während dieser statischen CT-Scans diffundiert von Herz zu Herz. Daher können einige der Variationen beobachten wir in dieser Datenbank Variationen in Gewebe Diffusion nicht wirklich Variationen in Venenanatomie sein. Trotz dieser Einschränkungen bieten die erzeugten 3D-Modelle nützliche Informationen über das menschliche Herz Venensystem in verschiedenen Patientengruppen. Wir werden weiter expandieren und unsere neue Datenbank dieser Modelle und die dazugehörigen anatomische Messungen, wie wir zusätzliche Proben zu erhalten.
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Disclosures
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Acknowledgments
Wir möchten Dionna Gamble, Allison Larson, und Katia Torres für die Unterstützung bei Modellgeneration und Messungen, Monica Mahre für Manuskript Unterstützung, Gary Williams für die technische Unterstützung, Jerrald Spencer Jr. für die Unterstützung bei den Figuren und den Fairview Imaging Services am anerkennen University of Minnesota.
Die Finanzierung wurde vom Institut für Technik in der Medizin (University of Minnesota) und zum Teil von einem Forschungs-Vertrag mit Medtronic Inc. erhielt
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