يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

الموجات فوق الصوتية على أساس نبض موجة سرعة التقييم في الفئران

13.8K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/54362

⸱

فبراير 14, 2017

 ,  ,  , 
1Institute of Life Science, Scuola Superiore Sant'Anna, 2Institute of Clinical Physiology, National Research Council, 3Department of Clinical and Experimental Medicine, University of Pisa

في هذه المقالة

ملخص

تمثل تصلب الشرايين عاملا رئيسيا في القلب والأوعية الدموية من الأمراض ونبض موجة سرعة (PWV) يمكن اعتباره مؤشر بديل لتصلب الشرايين. يصف هذا البروتوكول ومعالجة خوارزمية صورة لحساب PWV في الفئران على أساس الموجات فوق الصوتية معالجة الصور التي تنطبق على مواقع الشرايين المختلفة.

الملخص

تصلب الشرايين يمكن تقييمها عن طريق حساب سرعة موجة النبض (PWV)، أي السرعة التي موجة النبض يسافر في سفينة قناة. ويجري التحقيق مع هذه المعلمة على نحو متزايد في نماذج القوارض الصغيرة التي يتم استخدامها لتقييم التغيرات في وظيفة الأوعية الدموية المتصلة المورثات معينة / العلاج أو لوصف تطور أمراض القلب والشرايين. يصف هذا البروتوكول ومعالجة خوارزمية صورة الأمر الذي يؤدي إلى غير الغازية قياس الشرايين PWV في الفئران باستخدام الموجات فوق الصوتية (US) الصور فقط. وقد استخدمت هذه التقنية المقترحة لتقييم البطن PWV الشريان الأورطي في الفئران وتقييم التغييرات المرتبطة عصرها.

ويتم الحصول على الشريان الأورطي البطني بمسح الولايات المتحدة من الفئران تحت التخدير الغازية باستخدام جهاز محدد في الولايات المتحدة مجهزة عالية التردد تحقيقات الولايات المتحدة. ويتم تحليل الصور نبض موجة دوبلر (PW-دوبلر) B-وضع ومن أجل الحصول على قطر ويعني سرعة القيم حظية، على التوالي. لهذا الغرض، يتم توظيف تقنيات الكشف عن الحافة وتتبع كفاف. للفوز واحد يعني قطرها وسرعة الطول الموجي وقتا الانحياز وجنبا إلى جنب من أجل تحقيق قطرها سرعة (LND-V) حلقة. ويتم الحصول على القيم PWV من المنحدر من الخطية جزء من حلقة، والذي يتوافق مع المرحلة الانقباضي في وقت مبكر.

مع النهج الحالي، التشريحية والوظيفية معلومات حول الماوس الشريان الأورطي البطني يمكن أن يتحقق غير جراحية. تتطلب معالجة الصور الولايات المتحدة فقط، فإنه قد يمثل أداة مفيدة لتوصيف غير الغازية من المواقع الشرايين المختلفة في الماوس من حيث الخصائص المرنة. تطبيق هذه التقنية الحالية يمكن أن تمتد بسهولة إلى المناطق الأوعية الدموية الأخرى، مثل الشريان السباتي، وبالتالي توفير إمكانية الحصول على مواقع متعددة تقييم الشرياني وتصلب.

المقدمة

ويعمل نماذج الماوس على نحو متزايد للتحقيق في مرض القلب والأوعية الدموية ويستخدم بشكل خاص في الدراسات الطولية التي تسمح للتوصيف مراحل مختلفة من تطور المرض 1. ترتبط خصائص المرونة الشرايين الكبيرة لظروف مرضية مختلفة. من الناحية الفنية، وتصلب الشرايين يمكن تقييم من خلال قياس سرعة موجة النبض (PWV)، الذي يمثل السرعة التي موجة النبض يسافر في سفينة قناة 2. بسبب الأهمية السريرية لها، ويقاس على نحو متزايد حتى في النماذج الحيوانية الصغيرة قبل السريرية 3.

تتوفر لتقييم PWV في الفئران تقنيات مختلفة. تستند النهج الغازية على استخدام محولات الضغط القسطرة طرف. ويتم تقييم PWV من خلال الحصول على إشارات الضغط على موقعين الشرايين المختلفة وتقسيم المسافة بين القياس اثنين من لياليخائبي التي تحول الزمن بين الاشارات 4. العيب الرئيسي تتعلق هذه الأنواع من التقنيات هو أنها تتطلب التضحية الحيوانية لتقييم المسافة بين مواقع قياس اثنين، وبالتالي لا يمكن استخدامها في الدراسات الطولية. للتغلب على هذا القيد، والنهج غير الغازية، استنادا إلى تقنيات التصوير المختلفة، تم تطويرها. وأفادت الدراسات السابقة التقييمات PWV في الفئران التي تم الحصول عليها من خلال تطبيق أسلوب وقت عبور على البيانات المشفرة سرعة التصوير بالرنين المغناطيسي (5) وإشارات نابض دوبلر 6. ومع ذلك، فإن قيمة PWV تم الحصول عليها مع هذه الأساليب هو تقييم إقليمي من تصلب الشرايين. في الواقع، لأنها تمثل قيمة متوسطة، وهو ما يمثل الشرايين مختلفة من حيث الحجم والخصائص المرنة. وبالإضافة إلى ذلك، هذه الأنواع من التقييمات تتطلب تقييم المسافة بين الموقعين القياسات التي هي مصدر الخطأ الذي يمكن أن أنفluence النتيجة النهائية.

PWV يمكن تقييمها باستخدام قطرها سرعة (LND-V) حلقة (7). ويستند هذا الأسلوب على تقييم في وقت واحد من القيم قطر وسرعة التدفق في وعاء المحدد. ووفقا لهذا النهج، يتم الحصول على حلقة LND-V بالتآمر القيم قطر اللوغاريتم الطبيعي مقابل يعني القيم السرعة ويقدر PWV عن طريق حساب المنحدر من الخطية جزء من الحلقة التي تم الحصول عليها المقابلة لمرحلة الانقباضي في وقت مبكر. وفيما يتعلق بالتنفيذ العملي لهذه الطريقة، وأفادت الأعمال السابقة بالفعل نتائج حول تطبيقه في الإعداد نظام 7 في المختبر واستخدامه لتقييم كل من الشريان السباتي وPWV الفخذ في البشر 8.

الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو تقديم وصف مفصل لخوارزمية معالجة الصور الذي يوفر غير الغازية في الشرايين قياس PWV في الفئران باستخدام Uصور S فقط. النهج المقترح يسمح للتقييم من تصلب الشرايين المحلية عن طريق تجهيز كلا B-وضع ونابض الموجة دوبلر (PW-دوبلر) الصور ويمكن تطبيقها على شرايين أهمية رئيسية، مثل الشريان الأورطي البطني.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

وقد أجريت التجارب على الحيوانات وفقا للتوجيه الأوروبي (2010/63 / UE) والقانون الإيطالي (D.Lvo 26/2014)، وأنه يتبع مبادئ رعاية الحيوانات المخبرية. الموافقة على لوحة الموافقة الأخلاقية المحلي الدراسة.

1. إجراء التصوير

  1. ضع الماوس في غرفة التخدير تحريض مليئة 2.5٪ الأيزوفلورين في 1 لتر / دقيقة الأكسجين النقي. التحقق من عمق التخدير عن طريق عدم استجابتها لقرصة أخمص قدميه.
  2. وضع الحيوان على لوحة التحكم في درجة الحرارة في موقف ضعيف. بلل عيون الحيوان مع مرهم العين، من أجل تفاديها تشغيل جافا. توفير تدفق الغاز مخدر (1.5٪ الأيزوفلورين) عن طريق وضع الأنف الماوس، في مخروط الأنف مخصص. إذا لزم الأمر، وضبط نسبة الأيزوفلورين من حالة إلى أخرى، تبعا لهذا الحيوان قيد الدراسة. إصلاح درجة الحرارة متن عند 40 درجة مئوية.
  3. معطف أطرافه الأربعة للحيوان مع معجون موصل والشريط لهم على الأقطاب ECG جزءا لا يتجزأ منمجلس. قياس درجة حرارة الجسم مع التحقيق الذي تجريه المستقيم مشحم مع الفازلين. تأكد من أن جميع القياسات الفسيولوجية (ECG وإشارة التنفس وكذلك درجة الحرارة) يتم الحصول على وعرضها بشكل صحيح.
  4. إزالة الشعر كيميائيا من البطن مع كريم مزيل الشعر ومعطف مع هلام اقتران الصوتية.
  5. وضع (13-24 ميجا هرتز) تحقيق امريكي في الذراع الميكانيكي.
  6. إصلاح موازاة التحقيق الأمريكي للحيوان وضبط موقفها من أجل الحصول على صور طولية من الشريان الأورطي البطني مع المنطقة من اهتمام وتقع في منطقة محورية.
  7. جمع المعلومات التشريحية.
    1. انقر على زر يسمح معدل الإطار عالية اكتساب 9 ECG-بوابات، واختيار اكتساب الإطار معدل يساوي 700 إطارا في الثانية والبدء في عملية الاستحواذ. ملاحظة: في هذه الطريقة يمكن الحصول على الصور التشريحية للسفينة ذات الصلة لدورة القلب واحدة.
  8. جمع المعلومات سرعة التدفق. </ قوي>
    1. باستخدام نفس الإسقاط الضوئي، انقر على زر PW-دوبلر، وضع حجم العينة في وسط السفينة والحصول على صور ضمان أن حلقة سينمائية ليست أقصر من 3 ثوان. الحصول على هذه البيانات الحفاظ على تصحيح زاوية صغيرة قدر الإمكان، تعديله من حالة إلى أخرى على أساس توقعات أمريكية حصلت.
  9. إزالة الحيوان من لوحة التحكم في درجة الحرارة والانتظار لتحقيق الانتعاش الكامل.
    ملاحظة: في تجربتنا وهذا يستغرق حوالي 10 دقيقة. لا تترك والحيوانية غير المراقب حتى استعاد وعيه كافية للحفاظ على الاستلقاء القصية.

2. ما بعد المعالجة

  1. تصدير B-وضع والصور PW-دوبلر كملفات DICOM وحفظها على جهاز كمبيوتر شخصي. تحويل ملفات PW-دوبلر DICOM إلى صور TIFF..
  2. عملية صور B واسطة.
    1. استيراد ملف DICOM المناظرة باستخدام مخصصة واجهة المستخدم الرسومية (GUI).
    2. تهيئة المخططات، رسم خط على مقربة من الجدار الآخر من السفينة (نقرة واحدة للبدء به وانقر مرتين لإنهاء ذلك) وانقر نقرا مزدوجا فوق على مقربة من الجدار القريب. وهناك خط مواز لذلك على مقربة من الجدار حتى الآن تظهر تلقائيا. تطبيق الخوارزمية على إطار واحد عن طريق الضغط على زر "ANALYSE".
    3. تحقق النتيجة. إذا كانت حواف تم التعرف بشكل صحيح (أي، وتطور النقاط تهيئته وقد كشفت كل من الخلفية والجدار الأمامي)، وتطبيق الخوارزمية على كامل سينمائية حلقة من خلال النقر على زر "جو GO". إذا لم يتم تحديد حواف بشكل صحيح، واضحة لهم من خلال النقر على "مسح كونتور" وتهيئة لهم مرة أخرى عن طريق نقطة 2.2.2 تكرار.
      ملاحظة: ويستند الخوارزمية على الكشف عن الحافة وكفاف تقنيات التتبع ووصفت سابقا بالتفصيل 10.
    4. الحصول على النتيجة النهائية عن طريق الضغط على زر "سجل" وانقاذ نيوسesponding .mat الملف الذي يحتوي على القيم قطر لحظية تتعلق دورة القلب واحدة.
  3. فتح واجهة المستخدم الرسومية لتنفيذ حلقة LND-V.
  4. انقر على زر "VELOCITY" من أجل البدء في معالجة الصور PW-دوبلر الذي يؤدي إلى a-نبض واحد يعني منحنى السرعة.
    1. التعرف على أثر PW-دوبلر وتحديد خط المقابلة لقيمة سرعة تساوي الصفر عن طريق الضغط على زر "الخط الأبيض".
    2. أداء المعايرة السرعة ومعايرة الوقت عن طريق استخدام "VELOCITY" وأزرار "تايم" (في لوحة معايرة)، على التوالي. الضغط على هذه الأزرار يسمح احد لرسم خط الذي يتوافق مع عامل المعايرة إدراج طول.
    3. يدويا تحديد العائد على الاستثمار الذي يحتوي على إشارات الفسيولوجية باستخدام زر "العائد على الاستثمار PHYSIO".
    4. يدويا تحديد العائد على الاستثمار الذي يحتوي على أثر PW-دوبلر عن طريق الضغط على زر "العائد على الاستثمار SIGNAL".
    5. المبادرة القطريةالمسيخ على زر "ANALYSE" ومعرفة ما اذا كان يتم التعرف على المغلف. إذا كانت النتيجة غير مرضية، تغيير العتبة (عن طريق كتابة قيمة جديدة في "سرعة عتبة" حقل نص قابل للتحرير) واضغط على زر "ANALYSE" مرة أخرى. ضبط عتبة من حالة إلى أخرى، وهذا يتوقف على نوعية الصور. اضغط على زر "ELABORATION".
    6. تحديد موقع R-قمم إشارة تخطيط القلب وتقسيم إشارة سرعة المغلف وفقا لذلك عن طريق النقر على زر "تحديث". اختيار يدق غير تالفة بسبب الضوضاء أو التي تقع في مرحلة الإلهام من خلال النقر على زر "اختيار BEATS". وبهذه الطريقة، يجب الحصول على بعد فوز واحد يعني سرعة الموجي.
  5. استخدام تحويل فورييه السريع طريقة لأقحم يدق مختارة في مجال التردد وجعلها جميعا مكونة من نفس العدد من النقاط، كما هو مفصل في اشارة 11. تنفيذ هذه العملية تلقائيا بمجرد الضغط على المتقاعدوقد تم اختيار مفتاح جرة على لوحة مفاتيح الكمبيوتر مرة واحدة يدق. إذا تم التحقق من "السرعة المتوسطة" مربع فوز واحد يعني ويتحقق إشارة سرعة بقسمة الحد الأقصى للسرعة منحنى اثنين، على افتراض لمحة سرعة مكافئ 12. اضغط على زر "موافق".
  6. انقر على زر "DIAMETER". أقحم قطر الموجي نبض واحد في المجال الزمن من أجل الحصول على إشارة قطرها نبض واحد مع نفس التردد عينة باسم-نبض واحد إشارة السرعة عن طريق الضغط على زر "أقحم". انقر على زر "موافق".
    ملاحظة: من أجل أن يكون قطرها فوز واحد ويعني منحنيات السرعة مع نفس التردد عينة ونفس العدد من نقاط البيانات، ومحرف أنها في مجال التردد.
  7. اختيار النهج "مشتق الثانية" كأسلوب محاذاة (أعلى الرسم البياني عرض قطرها وسرعة الطول الموجي) وانقر على بطو "تحديث"ن. سيكون المنحنيين تلقائيا باستخدام طريقة مشتقة الثاني 14 الانحياز وقتا طويلا.
  8. بناء النهائية LND-V حلقة بالتآمر اللوغاريتم الطبيعي للقيم قطرها فوز واحد ضد واحد، فاز يعني القيم سرعة. ويتم ذلك تلقائيا عندما يتم محاذاة الطول الموجي اثنين. ملاحظة: النقاط المدرجة بين 5٪ و 90٪ من القيمة القصوى للفوز واحد يعني تقع منحنى السرعة تلقائيا ويتم تطبيقها على الخطية على هذه النقاط لتقييم المنحدر من الخطية جزء من الحلقة.
  9. حساب PWV وفقا للمعادلة التالية 7
    figure-protocol-1

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

وقد تم تطبيق المنهج المقترح لالفئران الشريان الأورطي البطني في دراسة سابقة (11). وتشير الأرقام التالية نتائج تطبيق نهج موضح في الصور الفئران الحقيقية. وهذه البيانات هي من حيوان واحد (النوع البري الفئران، 13 أسابيع من العمر، سلالة: C57BL6، الوزن: 33 غرام) على وجه الخصوص، ويمثل الشكل 1 نتيجة تحليل الصور الولايات المتحدة. الكشف عن الحافة وتتبع كفاف تقنيات تطبيقها على الصور B-وضع المكتسبة مع معدل الإطار عالية EC...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

في هذه الدراسة، وقد وصفت خوارزمية معالجة الصور على أساس حلقة LND-V لتقييم PWV في الفئران في التفاصيل. ويستند النهج المقترح على معالجة الصور الولايات المتحدة فقط، وبالتالي، يمكن أن تمثل بديلا صالحا للتقنيات الحالية 6 و 13 لتقييم تصلب الشرايين في نماذج الفئران. في الواقع، على العكس إلى أساليب الغازية 6 والتي تقوم على الاستحواذ على إشارات الضغط داخل الشرايين ويتطلب هذا الحيوان لا بد من التضحية، وهذا ال...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
VEVO2100FUJIFILM VisualSonics Inc ، تورنتو ، كندامعدات الموجات فوق الصوتية الدقيقة
MS250 مسبار الموجات فوق الصوتيةFUJIFILM VisualSonics Inc ، تورنتو ، كندامسبار الموجات فوق الصوتية الدقيقة
EKV SoftwareFUJIFILM VisualSonics Inc ، تورنتو ، كنداالبرمجيات
Matlab R2015a   ؛MathWorks Inc ، Natick ، MA ، الولايات المتحدة الأمريكية
معجون موصليختاره المشغلمادة المختبر
الفازلينالذي يختاره المشغلللمواد المختبرية
الذي يختاره المشغلمادة المختبر
جل الاقتران الصوتي   ؛تم اختياره من قبل المشغلمواد المختبر
المطورة برنامجالمؤلفون على استعداد للتعاون مع الباحثين المهتمين بالبرنامج وإتاحة البرنامج تحت إشرافهم
للبرامج كريم مزيل الشعر Matlab

المراجع

  1. Zaragoza, C., et al. Animal Models of Cardiovascular Diseases. J Biomed Biotechnol. 2011, 497-841 (2011).
  2. Laurent, S., et al. Expert consensus document on arterial stiffness: methodological issues and clinical applications. Eur Heart J. 27, 2588-2605 (2006).
  3. Wang, Y. X., et al. Increased aortic stiffness assessed by pulse wave velocity in apolipoprotein E-deficient mice. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 278, 428-434 (2000).
  4. Mitchell, G. F., Pfeffer, M. A., Finn, P. V., Pfeffer, J. M. Comparison of techniques for measuring pulse-wave velocity in the rat. J Appl Physiol. 82 (1), 203-210 (1997).
  5. Parczyk, M., Herold, V., Klug, G., Bauer, W. R., Rommel, E., Jakob, P. M. Regional in vivo transit time measurements of aortic pulse wave velocity in mice with high-field CMR at 17.6 Tesla. J Cardiovasc Magn Reson. 12, 72(2010).
  6. Hartley, C. J., Taffet, G. E., Michael, L. H., Pham, T. T., Entman, M. L. Noninvasive determination of pulse-wave velocity in mice. Am J Physiol. 273 (1), Pt 2 494-500 (1997).
  7. Feng, J., Khir, A. W. Determination of wave speed and wave separation in the arteries using diameter and velocity. J Biomech. 43 (3), 455-462 (2010).
  8. Borlotti, A., Khir, A. W., Rietzschel, E. R., De Buyzere, M. L., Vermeersch, S., Segers, P. Noninvasive determination of local pulse wave velocity and wave intensity: changes with age and gender in the carotid and femoral arteries of healthy human. J Appl Physiol. 113 (5), 727-735 (2012).
  9. Chérin, E., et al. Ultrahigh frame rate retrospective ultrasound microimaging and blood flow visualization in mice in vivo. Ultrasound Med Biol. 32 (5), 683-691 (2006).
  10. Gemignani, V., Faita, F., Ghiadoni, L., Poggianti, E., Demi, M. A system for real-time measurement of the brachial artery diameter in B-mode ultrasound images. IEEE Trans Med Imaging. 26 (3), 393-404 (2006).
  11. Di Lascio, N., Stea, F., Kusmic, C., Sicari, R., Faita, F. Non-invasive assessment of pulse wave velocity in mice by means of ultrasound images. Atherosclerosis. 237 (1), 31-37 (2014).
  12. Nichols, W. W., O'Rourke, M. F. McDonald's Blood Flow in Arteries: Theoretical, Experimental, and Clinical Principles. , Arnold. London. 215-358 (1998).
  13. Williams, R., et al. Noninvasive ultrasonic measurement of regional and local pulse wave velocity in mice. Ultrasound Med Biol. 33 (9), 1368-1375 (2007).
  14. Penny, D. J., et al. Aortic wave intensity of ventricular-vascular interaction during incremental dobutamine infusion in adult sheep. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 294, 481-489 (2008).
  15. Segers, P., et al. Wave reflection leads to over- and underestimation of local wave speed by the PU- and QA-loop methods: theoretical basis and solution to the problem. Physiol Meas. 35 (5), 847-861 (2014).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

الموجات فوق الصوتية على أساس نبض موجة سرعة التقييم في الفئران
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.