Summary
L'obiettivo di questa ricerca è quello di ricreare e quindi accedere alla anatomia del sistema venoso cardiaco umano con ricostruzioni 3D generate dal contrasto-tomografia computerizzata.
Abstract
Una comprensione dettagliata della complessità e della variabilità relativa all'interno del sistema venoso cardiaco umano è cruciale per lo sviluppo di dispositivi cardiaci che richiedono l'accesso a questi vasi. Per esempio, anatomia venosa cardiaca è conosciuto per essere una delle limitazioni chiave per la corretta erogazione della terapia di resincronizzazione cardiaca (CRT) 1 Pertanto, lo sviluppo di un database di parametri anatomici per sistemi venosi cardiache umane può aiutare nella progettazione di consegna CRT dispositivi per superare tale limitazione. In questo progetto di ricerca, i parametri anatomici sono stati ottenuti da ricostruzioni 3D del sistema venoso mediante tomografia a contrasto computerizzata (TC), l'imaging e software di modellazione (Materialise, Leuven, Belgio). I seguenti parametri sono stati valutati per ogni vena: lunghezza d'arco, tortuousity, angolo di ramificazione, distanza in seno ostio coronarico, e diametro del vaso.
CRT è un potenziale trattamento per patigenitori con dissincronia elettromeccanica. Circa il 10-20% dei pazienti con insufficienza cardiaca possono beneficiare di 2 monitor CRT. Dissincronia elettromeccanica implica che le parti del contratto di attivare miocardio e prima o dopo il normale percorso di conduzione del cuore. In CRT, aree dyssynchronous del miocardio sono trattati con stimolazione elettrica. Stimolazione CRT in genere comporta elettrocateteri di stimolazione che stimolano l'atrio destro (RA), ventricolo destro (RV), e il ventricolo sinistro (LV) per produrre ritmi più risincronizzata. L'elettrocatetere VS è tipicamente impiantato all'interno di una vena cardiaca, con l'obiettivo di sovrapporre all'interno del sito di attivazione ultime miocardica.
Noi crediamo che i modelli ottenuti e le analisi dello stesso promuoveranno l'educazione anatomico per i pazienti, studenti, medici, e progettisti di dispositivi medici. Le metodologie impiegate qui possono anche essere utilizzati per studiare altre caratteristiche anatomiche dei nostri campioni del cuore umano, come ad esempiole arterie coronarie. Per incoraggiare ulteriormente il valore educativo di questa ricerca, abbiamo condiviso i modelli venose sul nostro sito web libero accesso: www.vhlab.umn.edu / atlante .
Protocol
Procedura
La tabella 1 riassume i materiali utilizzati durante il processo. Figura 1 fornisce una panoramica del processo.
1. Campioni e scansione di preparazione
- Ottenere i isolati cuori umani freschi e successivamente perfusione fissarli in 10% formalina tamponata nel loro stato telediastolico.
- Sciacquare i cuori da acquisire in acqua il giorno prima della scansione al fine di rimuovere la maggior parte della formalina.
- Prima di dirigersi verso lo scanner, incannulare il seno (CS) vena coronaria all'interno di ogni cuore con un catetere a palloncino venogramma. Ottenere l'accesso al CS attraverso sia la vena cava superiore o inferiore con visualizzazione diretta o l'uso di videoendoscopi.
- Una volta in posizione, gonfiare il palloncino del catetere presente venogram per ancorare il catetere in CS.
- Posizionare ogni cuore all'interno di un contenitore di polimero sigillabile in cima a una spugna che è stato progettato in modo cheil cuore può sedersi nella sua posizione anatomica attitudinally corretta.
2. Tomografia computerizzata
- Posizionare un dato di cuore sul piano dello scanner CT come se un paziente era sdraiato supino e la testa in primo luogo sullo scanner.
- Collegare l'estremità prossimale del catetere venogram ad un iniettore che contiene due siringhe per iniezione: uno per contrasto e una per salina.
- Iniettare automaticamente 40 ml di contrasto nel sistema venoso cardiaca a 5 ml / sec.
- TC cuore 8 secondi dopo l'inizio della iniezione di contrasto. Impostare la TAC a 512 x 512 pixel di risoluzione da 0,6 mm di spessore fetta.
- Iniettare automaticamente 40 ml di soluzione fisiologica nel sistema venoso cardiaca a 5 ml / sec per irrigare il contrasto.
- Esportare le immagini TC dicom su un disco rigido esterno.
3. Ricostruzione e Misure
- Carica immagini TC DICOM in Mimics Software.
- Generare una maschera per il CT images che contiene solo i pixel con alta unità Hounsfield per evidenziare solo il contrasto presente nel cuore.
- Rimuovere contrasto che è fuoriuscito nelle camere o diffusi nel tessuto in modo che la maschera contiene solo il contrasto all'interno dei principali vene cardiache.
- Compilare manualmente in sacche d'aria all'interno di un determinato filone fotogramma per fotogramma.
- Generare un oggetto 3D dalla maschera risultante.
- Liscia e avvolgere l'oggetto da eliminare geometrie approssimative. Video 1 presenta uno di questi modelli 3D rotante nello spazio.
- Generare linee centrali per ogni modello 3D creato.
- Utilizzando queste linee centrali, misurare la lunghezza d'arco, angolo di ramificazione, tortuousity (lunghezza dell'arco / distanza lineare) e diametri per ogni peschereccio importante in ogni cuore. Nostra nomenclatura anatomica impiegata viene visualizzato in Figura 2.
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Representative Results
La tabella 2 presenta i parametri anatomici mediani per le principali vene cardiache per 42 campioni cuore umano. Tutti i campioni di cuore contenevano una vena interventricolare posteriore (PIV) e vena interventricolare anteriore (AIV). Alcuni esemplari conteneva più di una vena posteriore del ventricolo sinistro (PVLV), vena postero-laterale (PLV), sinistra vena laterale (LLV), e / o vena antero-laterale (ALV), mentre altri cuori non possono aver avuto una o due di queste vene specifiche presenti.
| Materiali utilizzati |
| Perfusione-fissi Cuori umani |
| Venogramma cateteri a palloncino |
| Polymer contenitore sigillabile |
| Spugna cuore anatomicamente corretta |
| CT scanner e software |
| Contrasto e Saline Injector |
| Contrasto (Omnipaque) |
| Mimics Software |
Tabella 1. Sintesi dei materiali utilizzati nella metodologia presentata.
Figura 1. Riassunto metodi. (A) Il seno coronarico di un dato cuore isolato perfusione-fisso è cannulata con un catetere a palloncino venogram e (B) collocato nella sua posizione corretta attitudinally. (C) Il campione viene controllato quando contrasto viene iniettato nel venoso cardiaco sistema seguito da un lavaggio con soluzione fisiologica. (D) Le immagini generate sono utilizzati per creare ricostruzioni digitali delle vene in modo che le misurazioni successive possono essere prese.
Video 1. Un esempio di 3D cardiaco venoso model generato da contrasto computerizzata CT. Clicca qui per vedere il video.
Figura 2. Nomenclatura dei principali vasi del sistema venoso cardiaco.
Tabella 2. Sintesi delle misure ottenute fino ad oggi per 42 campioni cuore umano. Clicca qui per vedere tabella più grande .
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Discussion
Il nostro laboratorio sta sviluppando una libreria di perfusione-fissi campioni di cuore per i vari studi anatomici. Ad oggi, abbiamo oltre 240 esemplari conservati. I metodi specifici che abbiamo usato per preparare questi campioni sono stati precedentemente descritti 3. Il presente studio descrive una nuova metodologia per la mappatura del sistema venoso cardiaco umano e per lo sviluppo di un database anatomico, che potrebbe essere utilizzato per la progettazione di dispositivi cardiaci impiegate all'interno dei vasi.
Studi precedenti hanno utilizzato la risonanza magnetica (MR) 4 e TC 5-12 di imaging su pazienti vivi per valutare l'anatomie del sistema venoso cardiaco. Il vantaggio principale del nostro studio è che non vi è alcun pericolo di vivere pazienti a causa dell'iniezione di contrasto e di esposizione a radiazioni 13-14. Siamo anche in grado di analizzare un ampio database di esemplari, tutti preparati in modo simile. Questi campioni possono essere nuovamente analizzati se additionaimmagini l sono necessari. I parametri anatomici ottenuti da questo metodo nella Tabella 2 sono stati in genere superiori a quelli presentati in studi in vivo. Crediamo che questo sia perché le ricostruzioni statiche qui presentati sono perfusione-fissati nella loro forma fine diastole e dovrebbero rappresentano un'istantanea delle vene quando il cuore è in questa fase del ciclo cardiaco (cioè le dimensioni massime).
Va notato che ci sono diverse limitazioni dello studio qui presentato. In alcuni dei nostri esemplari più vecchi cuore umano, i ventricoli sono stati un po 'crollato durante il processo di imaging, che possono influenzare alcuni dei modelli che ne derivano. Per far fronte a questa limitazione, stiamo attualmente esaminando gelificante delle camere ventricolo per garantire il cuore mantiene la sua forma finale diastolica (dilatata). Un altro limite dello studio è che la generazione del modello e le successive misure ottenute possono essere user-dipendente. Noi have ha cercato di minimizzare questa limitazione avendo controllare un investigatore ogni modello generato. User-dipendenza dei modelli sarà ulteriormente valutata confrontando i modelli dello stesso cuore creato da diversi utenti. Infine, la quantità di contrasto che diffonde nel tessuto campione durante queste esplorazioni di CT statici varia da cuore a cuore. Pertanto, alcune delle variazioni che osserviamo in questo database possono essere variazioni nella diffusione del tessuto, non veramente variazioni di anatomia venosa. Nonostante queste limitazioni, i modelli 3D generati forniscono informazioni utili per quanto riguarda il sistema venoso cardiaco umano in varie popolazioni di pazienti. Noi continueremo ad ampliare e condividere il nostro romanzo banca dati di questi modelli e relative misurazioni anatomiche associate come riceviamo campioni aggiuntivi.
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Disclosures
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Acknowledgments
Vorremmo riconoscere Dionna Gamble, Allison Larson, e Katia Torres per l'assistenza con generazione di modelli e misure, Monica Mahre per assistenza manoscritto, Gary Williams per l'assistenza tecnica, Jerrald Spencer Jr. per l'assistenza con le figure e le Fairview Imaging servizi al Università del Minnesota.
Il finanziamento è stato ricevuto presso l'Istituto di Ingegneria in Medicina e Chirurgia (Università del Minnesota) e in parte da un contratto di ricerca con Medtronic Inc.
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