Name: 使用 3D 血管造影量化体内绵羊模型中的下腔静脉顺应性和扩张性 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-26T14:50:00.000+00:00
Duration: 7 min 53 s
Description: 了解利用3D血管造影技术在体内绵羊模型中量化下腔静脉顺应性和扩张性的方法。该技术通过导管插入术进行长期测量，有助于评估组织工程血管移植物的功能表现，为先天性心脏病患者的治疗提供重要参考。

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本工作由 R01 HL163065 和 W81XWH1810518 资助。我们向动物研究核心的敬业工作人员表示衷心感谢。同时，我们谨向 Carmen Arsuaga 致以诚挚谢意，感谢她在整个研究过程中提供的宝贵专业知识和细致周到的照护。

本研究方案已获得全美儿童医院艾比盖尔·韦克斯纳研究所机构动物护理与使用委员会（AR22-0004）的批准。所有动物均按照美国国立卫生研究院发布的《实验动物护理与使用指南》接受人道护理。
1. 动物准备
<ol>
	<li>在导管插入术前 1 周，由兽医团队对绵羊进行评估，包括体格检查和生命体征分析，以确保动物能够安全接受麻醉。</li>
	<li>在手术前禁食动物过夜，或最多提前 12 小时禁食，以降低麻醉诱导期间胃内容物误吸的风险。</li>
	<li>按下控制面板上的开机按钮，启动 C 型臂和 3D 血管造影系统（图 1A）。等待系统完全加载。 
	注意：在准备成像前，确保透视功能处于暂停状态，并且所有人员均穿戴铅防护装备。</li>
	<li>通过将 1 mL 肝素（浓度为 1,000 USP 单位/mL）加入 1,000 mL 的 0.9% 生理盐水中，配制用于手术的肝素化生理盐水。</li>
	<li>剃除颈部左侧的毛发，并用酒精擦拭。通过颈静脉左侧注射酮胺（4 mg/kg）、布托啡诺（0.1 mg/kg）和地西泮（0.5 mg/kg）的混合物，给予镇静。</li>
	<li>将已镇静的绵羊置于病床上，采取胸卧位以便插管。根据绵羊体型选择 9–14 mm 的气管导管（ET 管），使用喉镜压下舌和会厌后，将 ET 管插入气管。</li>
	<li>将绵羊置于右侧卧位。将 ET 管连接至呼吸机，并以 1–3 L/min 的流速给予 100% 氧气进行机械通气。</li>
	<li>通过吸入 1–3% 异氟烷维持麻醉。将呼吸频率设定为 15–30 次/分钟，呼气末潮气量设定为 8–10 mL/kg。</li>
	<li>安装标准监护设备，包括在右前肢安装血压袖带，在右耳使用耳夹监测血氧饱和度，将体温探头插入食管，并在 ET 管上连接呼气末 CO2 监测仪。剃除每只蹄子后部位于副蹄与蹄踵之间的羊毛。安放心电图（ECG）电极，并用胶带固定。</li>
	<li>通过涂抹眼药膏润滑双眼，并插入经口胃管，以确保气体和食物的排出。</li>
	<li>在左侧颈内静脉（IJV）建立静脉通路，用于持续输注丙泊酚（CRI）（20–40 mg∙kg-1∙h-1）、维持输液（10 mL∙kg-1∙h-1）以及生理盐水快速输注。</li>
	<li>将绵羊置于左侧卧位。剃除右侧颈部的毛发，以暴露导管插入部位（图 2A）。使用至少 2 次酒精擦拭和 2 次氯己定擦拭对该区域进行清洁。</li>
	<li>断开监护设备和呼吸机连接，将绵羊转移至导管室操作台。再次将动物置于左侧卧位（图 3A）。</li>
	<li>重新连接呼吸机及监护设备（心电图导联、体温探头、血压袖带、脉搏血氧仪）。</li>
	<li>通过吸入 1–3% 异氟烷（100% O2）和/或持续输注丙泊酚（CRI）（20–40 mg∙kg-1∙h-1）在手术过程中维持麻醉。 
	注意：通过评估动物的活动、对疼痛刺激的反应、呼吸频率、脉搏和血压来判断麻醉深度。根据需要调整镇静水平，例如使用 5–10 mL 丙泊酚推注以加深麻醉程度。</li>
	<li>使用大号卡尺测量绵羊心脏区域的宽度。将该宽度除以 2，用于设定压力换能器参数。</li>
	<li>以无菌操作方式清洁手术区域，并进行无菌铺巾（图 2B、C）。</li>
</ol>
2. 导管插入术
<ol>
	<li>将C型臂从停放位置移动至羊胸部，并根据需要升高手术台。按下控制面板上的7和3按钮，然后按住启动按钮，使用预设程序自动将手术台和C型臂定位至手术台左侧（图1A）。</li>
	<li>使用21 G微穿刺针和10 mL鲁尔滑动式注射器穿刺右侧颈内静脉（IJV）；在向后抽吸注射器活塞的同时，以头侧/尾侧方向经皮肤穿刺进入IJV。通过抽吸到血液确认针头已进入血管（图2A、B）。</li>
	<li>在保持针头稳定的同时，小心断开注射器。</li>
	<li>将直径0.018英寸的不锈钢（SS）导丝经针腔插入血管，插入约一半长度。然后从SS导丝上退出穿刺针。</li>
	<li>将5-Fr扩张器沿SS导丝置入血管。取出扩张器内芯及SS导丝。沿扩张器插入直径0.038英寸的导丝，插入血管约一半长度后撤出扩张器。</li>
	<li>使用11号刀片在导丝进入静脉处的皮肤上方切开。沿导丝将9-Fr鞘管置入血管。取出鞘管内芯及导丝。</li>
	<li>通过抽吸血液确认鞘管位置正确，随后用肝素化生理盐水冲洗鞘管。</li>
	<li>重复步骤2.2–2.7，使右侧IJV内置入两个9-Fr鞘管。</li>
	<li>通过静脉给予150 U/kg肝素，以防止凝血。</li>
	<li>踩下脚踏开关启动透视成像（图1B）。将Judkins右冠（JR）导管经鞘管插入，沿胸腔下腔静脉（IVC）穿过膈肌进入腹腔下腔静脉（IVC）。</li>
	<li>将Rosen导丝经JR导管送入，直至到达腹腔IVC并使导丝头端从JR导管中穿出。保持Rosen导丝位置固定，轻柔撤出JR导管。</li>
	<li>使用第二个鞘管重复步骤2.10–2.11。</li>
	<li>沿每根Rosen导丝分别送入7-Fr Multitrack导管。</li>
	<li>在透视引导下，将一根多用途造影导管置于腹腔IVC，用于注入造影剂。</li>
	<li>在透视引导下，将另一根多用途造影导管置入目标区域（例如移植物中心），用于压力测量（图2C）。</li>
</ol>
<img alt="图1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66724/66724fig01.jpg" /> 
图1：控制面板。（A）三维血管造影系统控制面板 （B）透视脚踏板 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66724/66724fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="图 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66724/66724fig02v3.jpg" /> 
图 2：动物插管术。 （A）准备进行插管的关键手术部位。（B）用于观察右侧颈内静脉的技术（黑色箭头）。（C）通过右侧颈内静脉置入两根多道血管造影导管（蓝色箭头：移植物内压力测量；红色箭头：向腹部下腔静脉注射造影剂；白色箭头：硬导丝）。缩写：IVC = 下腔静脉（inferior vena cava）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66724/66724fig02largev2.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
3. 收集预实验数据
<ol>
	<li>将多通道导管在感兴趣区域中心处通过三通阀连接至压力传感器。打开三通阀使多通道导管与传感器相通，用10 mL注射器回抽，直至排除空气并见到血液。</li>
	<li>将10 mL注射器倒置，小心地将血液回输至绵羊体内，注意不要将任何空气推入多通管路中。用肝素化生理盐水冲洗多通管路。</li>
	<li>将三通阀的关闭位置转向注射器，使压力传感器与多道记录仪相互连通。</li>
	<li>通过加入对比剂来准备造影注射器。三维血管造影的最小剂量为60 mL，总对比剂用量不得超过5 mL/kg或250 mL。</li>
	<li>将对比剂注射器连接至腹腔下腔静脉（IVC）中央的多通道装置。使用对比剂注射器时，缓慢逆时针旋转旋钮，从多通道装置中抽出气泡，直至观察到血液。然后顺时针旋转旋钮，将对比剂缓慢推入多通道装置中。</li>
	<li>使用透视成像确认造影剂是否已到达多导管的顶端。</li>
	<li>将用于三维血管造影的总对比剂用量除以5，得到 mL/s。将流速上升速率设为0，压力设为600 psi。</li>
	<li>将C形臂设置为预编程模式，方法是单击 项目 屏幕右上角的按钮 3D DSA 110 8'' 按钮（使用110 cm的SID和8英寸视野的3D血管造影）。</li>
	<li>将所有物体和人员从桌子的前方或两侧移开。通过点击编号按钮启动C-Arm程序 3 在 控制面板. 将目标区域（例如，移植物中段）置于 x-y 平面的中心图 3A- C).</li>
	<li>通过单击编号按钮进入第二个程序 4 在 控制面板根据需要调整台面高度，以使目标区域居中。</li>
	<li>按下编号为5的按钮，拍摄测试图像。</li>
	<li>通过点击预测试C型臂的运动范围 确认条件 按钮 开始 (图3D，E).</li>
	<li>请麻醉医师暂停通气，并通过启动程序进行造影剂注射，采集三维旋转血管造影图像 中段采集踏板同时测量并记录目标区域的平均压力。</li>
</ol>
<img alt="图3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66724/66724fig03.jpg" /> 
图3：C型臂定位与运动范围。（A）手术开始前的羊只体位；（B）三维血管造影程序的第一个位置；（C）C型臂在xy轴方向移动；（D）C型臂在z轴方向移动；（E）C型臂完成全范围旋转测试。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66724/66724fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看本图的放大版本。</a>
4. 输注生理盐水推注并采集数据
<ol>
	<li>准备 20 mL/kg 的 0.9% 生理盐水。</li>
	<li>为制备加压输注袋，将一袋 1000 mL 的 0.9% 生理盐水放入加压袋装置中。如有必要，使用第二个装置以达到需输注的总体积。</li>
	<li>挤压充气球囊，使压力表指针升至绿色区域，紧邻红线之前（压力为 250–300 mmHg）。用生理盐水冲洗管路并排除气泡。</li>
	<li>将加压的生理盐水袋连接至 9-Fr 鞘管，并维持 250–300 mmHg 压力，以确保推注速度恒定。持续输注，直至绵羊接受的推注量达到 20 mL/kg 或平均压力升至 15 mmHg。</li>
	<li>在推注过程中，每分钟记录一次目标区域的血管内压力。</li>
	<li>在推注进行的同时，通过重复步骤 3.9–3.12 准备好 C 形臂，以进行第二次 3D 旋转血管造影。推注一结束、压力尚未下降之前，立即按照步骤 3.13 所述启动第二次 3D 血管造影及同步血管内压力测量。</li>
</ol>
5. 恢复
<ol>
	<li>成像完成后，输入数字将C型臂移回预设的停放位置 77 并握住 开始 直至C形臂自行定位。</li>
	<li>移除多道血管造影导管和 Rosen 导丝。</li>
	<li>移除两个鞘管，同时使用止血贴在穿刺部位施加直接压力至少7分钟，以止住出血。</li>
	<li>用无菌纱布卷包裹患处及颈部，确保包扎牢固以维持压力，但不可过紧，以免影响血液循环或妨碍呼吸。</li>
	<li>关闭麻醉剂（异氟烷和/或丙泊酚持续输注）。</li>
	<li>用100%氧气维持羊的呼吸机通气2 直到他们能够持续自主呼吸。 
	注意：绵羊苏醒的迹象包括肢体活动、眨眼、对疼痛刺激有反应、下颌肌张力恢复或出现咀嚼动作，以及无需呼吸机辅助即可自主呼吸。</li>
	<li>当绵羊能够自主呼吸后，拔管（移除气管插管）并移除经口胃管。</li>
	<li>移除所有监测设备，将羊转移至病床，并送回饲养室。</li>
	<li>协助绵羊保持胸卧姿势，或在尝试站立时提供支持，直至绵羊能够自行维持平衡。防止其撞向墙壁。 
	注意：在动物恢复期间需密切观察。若发现任何疼痛或痛苦迹象，应咨询兽医团队。</li>
	<li>一旦它们表现出足够清醒的状态，即可给予少量干草或谷物。</li>
</ol>
6. 数据分析
<ol>
	<li>从血管造影成像软件中以 DICOM 文件格式导出原始的三维血管造影数据。</li>
	<li>启动 DICOM 查看软件，将三维血管造影文件拖放到查看器中以打开（图 4A）。</li>
	<li>在 DICOM 查看软件中，选择 3D MPR（多平面重建）工具，以生成血管造影数据的三维重建视图。该操作将呈现三个不同角度的独立二维视图：轴向、矢状（图 4B）和冠状（图 4C）平面。</li>
	<li>使用手形工具在矢状面和冠状面中调整目标区域的位置和方向，通过将目标区域置于中心位置，并旋转各平面上参考线的方向，以达到所需的垂直位置（图 4D）。</li>
	<li>在 DICOM 查看器中使用铅笔工具，在目标区域的轴向视图中勾画血管壁轮廓（图 4E）。软件将自动计算并显示轴向视图中央区域的横截面积和周长（Circumference）。</li>
	<li>使用公式（1）计算顺应性，其中 A 为横截面积（cm2），P 为压力（mmHg）： 
	<img alt="公式 1" src="/files/ftp_upload/66724/66724eq01.jpg" style="margin: auto;" />&#160; &#160; &#160; (1)</li>
	<li>使用公式（2）计算扩张性，其中 C 为周长（cm），P 为压力（mmHg）： 
	<img alt="公式 2" src="/files/ftp_upload/66724/66724eq02.jpg" style="margin: auto;" />&#160; &#160;(&#8203;2)</li>
</ol>
<img alt="图4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66724/66724fig04.jpg" /> 
图4：在DICOM查看器中进行数据分析。（A）将三维血管造影的原始数据载入DICOM查看器。（B）移植物的矢状面切片。（C）冠状面切片。（D）在调整矢状面和冠状面切片的角度后，可观察到真实的横截面。（E）使用铅笔工具勾画目标血管轮廓，以进行周长和横截面积的测量。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66724/66724fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

3D Angiography for Venous Compliance Assessment in Sheep

<ol><li>Hagler, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fate+of+the+Fontan+connection%3A+Mechanisms+of+stenosis+and+management%5BTitle%5D)+AND+%22Congenit+Heart+Dis%22%5BJournal%5D)">Fate of the Fontan connection: Mechanisms of stenosis and management.</a> Congenit Heart Dis. 14 (4), 571-581 (2019).</li>
<li>Nezerati, R. M., Eifert, M. B., Dempsey, D. K., Cosgriff-Hernandez, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospun+vascular+grafts+with+improved+compliance+matching+to+native+vessels%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Mater+Res+B+Appl+Biomater%22%5BJournal%5D)">Electrospun vascular grafts with improved compliance matching to native vessels.</a> J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 103 (2), 313-323 (2015).</li>
<li>Bates, O., Semple, T., Krupickova, S., Bautisa-Rodriguez, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Case+report+of+a+Gore-Tex+TCPC+conduit+dissection+causing+severe+stenosis%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+Heart+J+Case+Rep%22%5BJournal%5D)">Case report of a Gore-Tex TCPC conduit dissection causing severe stenosis.</a> Eur Heart J Case Rep. 5 (11), 1-6 (2021).</li>
<li>Sathananthan, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+importance+of+Fontan+Circuit+thrombus+in+the+adult+population%3A+Significant+association+with+increased+risk+of+cardiovascular+events%5BTitle%5D)+AND+%22Can+J+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Clinical importance of Fontan Circuit thrombus in the adult population: Significant association with increased risk of cardiovascular events.</a> Can J Cardiol. 35 (12), 1807-1814 (2019).</li>
<li>Kumar, P., Bhatia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computed+tomography+in+the+evaluation+of+Fontan+Circulation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cardiovasc+Imaging%22%5BJournal%5D)">Computed tomography in the evaluation of Fontan Circulation.</a> J Cardiovasc Imaging. 29 (2), 108-122 (2021).</li>
<li>Abbott, W. M., Megerman, J., Hasson, J. E., L'Italien, G., Warnock, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+compliance+mismatch+on+graft+patency%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vasc+Surg%22%5BJournal%5D)">Effect of compliance mismatch on graft patency.</a> J Vasc Surg. 5 (2), 376-382 (1987).</li>
<li>Weston, M. W., Rhee, K., Tarbell, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compliance+and+diameter+mismatch+affect+the+wall+shear+rate+distribution+near+an+end-to-end+anastomosis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Compliance and diameter mismatch affect the wall shear rate distribution near an end-to-end anastomosis.</a> J Biomech. 29 (2), 187-198 (1996).</li>
<li>Ballyk, P. D., Walsh, C., Butany, J., Ojha, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compliance+mismatch+may+promote+graft-artery+intimal+hyperplasia+by+altering+suture-line+stress%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech%22%5BJournal%5D)">Compliance mismatch may promote graft-artery intimal hyperplasia by altering suture-line stress.</a> J Biomech. 31 (3), 229-237 (1997).</li>
<li>Lemson, M. S., Tordoir, J. H. M., Daemen, M. J. A. P., Kitslaar, P. J. E. H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intimal+hyperplasia+in+vascular+grafts%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Vasc+Endovasc+Surg%22%5BJournal%5D)">Intimal hyperplasia in vascular grafts.</a> Eur J Vasc Endovasc Surg. 19 (4), 336-350 (2000).</li>
<li>Blum, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+engineered+vascular+grafts+transform+into+autologous+neovessels+capable+of+native+function+and+growth%5BTitle%5D)+AND+%22Commun+Med%22%5BJournal%5D)">Tissue engineered vascular grafts transform into autologous neovessels capable of native function and growth.</a> Commun Med. 2, 3(2022).</li>
<li>Turner, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+engineered+vascular+grafts+are+resistant+to+the+formation+of+dystrophic+calcification%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Tissue engineered vascular grafts are resistant to the formation of dystrophic calcification.</a> Nat Commun. 15, 2187(2024).</li>
</ol>

本研究部分由Gunze有限公司资助。

顺应性和扩张性是血管功能的关键属性，可作为潜在并发症和干预措施的指标。精确量化和比较这些参数的变化对于评估移植物的有效性至关重要。我们的 体内 方法克服了局限性 离体 分析并保持结果的可比性。比较我们的 体内 数据到 离体 Blum 等人提供的数据显示，两种方法均能明显区分目标合成移植物材料与天然静脉10我们的统计显著性受限于样本量较小。尽管他们关注的是不同的移植物导管，但我们发现就数据输出而言，这些实验方案在科学上具有可比性， 体内 该方法因前述原因更为可取。
该操作中的若干关键步骤需要特别注意，尤其是导管插入和团注给药过程。如果静脉通路建立困难，调整绵羊头部角度或使用体位辅助装置可能会有所帮助。使用导丝可有助于将JR导管准确放置到目标区域。另一个关键步骤可能出现在因需要大剂量团注而更换生理盐水袋时。此时快速更换至关重要，以避免明显的血管内压力波动。为避免这一问题，我们预先准备了两袋体积完全符合需求的生理盐水，并通过三通阀将两者均连接至鞘管。在开始团注前，我们对两袋生理盐水均进行加压，从而缩短从一袋切换到另一袋时的流动过渡时间。必须保持高效的时间管理，因为麻醉时间延长可能对绵羊的术后恢复产生不利影响。
在启动方案之前，必须测试C型臂的活动范围。测试C型臂时，应确保其能够准确对准目标区域。正确调整C型臂的位置，可保证最终图像中目标区域得到完整显示。准确把握成像时机对于有效捕捉团注造影剂至关重要。一旦加压袋排空，应立即启动成像序列。在注射液体前预先完成C型臂的测试旋转，有助于捕捉这一关键时间点。
值得注意的是，二维血管造影成像不能替代三维血管造影。顺应性和扩张性计算方程需要精确的横截面积和周长值，而由于血管自然角度及形态变异，二维成像无法提供这些参数。血管内超声虽曾被考虑使用，但技术上具有挑战性，且在图像采集后缺乏可调节性。
该方法目前适用于静脉系统，在应用于动脉循环前需要进行修改。该方法的潜在应用包括比较静脉系统中的移植或移植物材料，以及纵向评估与衰老相关的顺应性变化。在给予液体推注之前，当前使用3D血管造影的方法未能消除下腔静脉因心跳引起的脉动效应。

存在严重心脏畸形的患者需要接受重建手术。大多数重建手术需要使用包括血管移植物在内的假体材料。可用于连接缺损区域的管道包括合成材料或生物材料。最初，同种异体移植物曾被用作Fontan手术的管道，但由于钙化和急性期事件的发生率较高，目前已不再使用1。目前采用的是由无机聚合物制成的合成血管移植物。这些移植物仍存在挑战：其顺应性低于被植入的天然血管，并可能引发长期并发症，例如狭窄、闭塞和钙化1,2,3,4,5。
合成血管移植物的结构赋予其较高的机械抗张强度，导致其顺应性 invariably 低于天然组织2。血管顺应性定义为血管在压力变化下体积的变化，是衡量血管对机械负荷响应能力的指标。移植物材料与天然血管特性之间的差异会导致顺应性不匹配，这种现象已被证实会扰乱血流模式，导致再循环区和流动分离2,6,7,8,9。该现象改变了内皮壁上的剪切应力，并诱发内膜增生2,7,8,9。此类反应可能导致移植物相关并发症，需进行移植物更换或再次干预6。
由于血管顺应性在决定移植物预后中起关键作用，因此准确测量该特性至关重要。目前测量血管顺应性的金标准是 离体 管状材料双轴力学测试。该方法包括切除目标移植物或血管，将其连接至乳胶管，并加压以评估在不同压力下周向应力-拉伸行为。通过将压力与内径测量值进行比较，确定其顺应性。10。然而， 离体 方法存在一些缺点。在评估植入移植物功能时使用 离体 方法上，牺牲动物并取出移植物是必需的，这使得无法进行长期观察。因此，我们开发了一种 体内 合规性测量方案
本课题组致力于开发用于单心室心脏畸形Fontan手术的组织工程血管移植物（TEVGs），以改善先天性心脏病左心发育不全综合征（HLHS）的治疗效果。近年来，先天性心脏外科领域的进展显著改善了术后预后，使患者预期寿命延长。这使得植入血管通路的长期性能和成功率变得愈发重要。目前尚无HLHS的动物模型，因此我们采用加速型大型动物下腔静脉（IVC）移植移植物模型来评估所开发的移植物。尽管该模型并未模拟Fontan循环的血流模式，但能有效重现其独特的血流动力学环境。我们近期应用该in vivo实验方案的研究表明，与传统的膨体聚四氟乙烯（PTFE）移植物相比，我们的TEVG在移植物顺应性方面存在显著差异11。由于此前的研究未聚焦于方法学细节，我们随后开展了额外实验，以详细阐述这一新型in vivo实验方法。
我们在多塞特绵羊实验动物中植入了目前作为治疗标准的合成移植物，该移植物由膨体聚四氟乙烯（PTFE）制成，并将其与未经手术干预的对照组动物的天然下腔静脉（IVC）进行比较。本方案在植入PTFE管道后5至7年的PTFE组以及不同年龄的未手术对照动物上实施。因此，在后续描述方案及代表性结果的部分中，我们偶尔会将感兴趣区域称为例如下腔静脉移植段的移植物中段（midgraft）区域。
本方案使我们能够分析 体内 PTFE 血管移植物与天然静脉的顺应性比较。我们选择将临床标准材料 PTFE 与未手术的天然静脉进行对比。我们选取了长期时间点进行比较，因为已知 PTFE 血管移植物在长期情况下始终缺乏顺应性，且易于发生钙化，进一步降低其顺应性。11我们选择在体内进行所有比较，因为通过体内方法获得的测量结果能够准确反映全身血流动力学的变化。通过该比较，我们发现该方案能够证实聚四氟乙烯（PTFE）的非顺应性，并获得相关测量数据 体内 以安全且可重复的方式测量静脉顺应性。该方法已在一项已发表的研究中成功应用，以证明聚四氟乙烯（PTFE）导管与组织工程血管移植物（TEVGs）之间具有统计学显著差异。 体内11.
本方案的总体目标是利用在绵羊大型动物模型中通过可存活手术获得的体内测量数据，计算胸段下腔静脉的顺应性和扩张性。为此，我们对液体推注引起的胸段下腔静脉周长和横截面积的变化进行了可视化和测量。同时记录血管内的压力变化，并利用这些测量值计算顺应性和扩张性。采用三维血管造影成像技术为我们提供了多项优势，包括能够在图像采集后调整观察视角，以确保测量数据来自静脉的横截面，同时还可沿血管在多个位置进行测量。本研究关注的三个区域分别为移植物中段、聚四氟乙烯（PTFE）移植物的两个邻近吻合口部位，以及自体下腔静脉的对应区域。通过在体内开展实验，可评估移植物在真实血流环境以及周围组织和器官存在条件下的功能表现。通过该方法获得的测量结果被认为能够反映移植物在活体生物中的实际功能状态。
该方案分为六个主要部分，包括绵羊术前准备、导管插入、采集基线前团注数据、采集研究数据、动物恢复以及数据分析。在动物准备部分，我们讨论了镇静、麻醉诱导以及导管插入过程中所用监测设备的安置。在第二部分中，我们解释了为获取数据所需放置的两个导管鞘的操作过程。在本方案中，两个导管鞘均置于右侧颈内静脉（IJV），以便将两根多道导管引入血管。其中一根导管将置于目标区域以记录压力变化，另一根则置于静脉较低位置用于对比剂注射。导管放置到位后，采集基线前团注三维血管造影图像作为对照。研究数据采集始于在加压袋系统中配制生理盐水团注液并进行给药，同时记录血管内压力，并采集团注后的三维血管造影图像。随后，我们描述了方案完成后促进绵羊恢复的操作流程。最后，我们讨论了如何获得合适的图像及横截面测量数据，以进行分析和统计比较。

<table><tbody><tr><td>0.035&quot; x 260 cm 罗森弯曲导丝</td><td>Cook Medical</td><td>G01253</td><td>放置交换导管（多轨道、IVUS等）的操作指南</td></tr><tr><td>0.035&quot;x 150 cm Glidewire</td><td>Terumo</td><td>GR3507</td><td>JR导管使用指南</td></tr><tr><td>0.9% 氯化钠生理盐水</td><td>Baxter Healthcare Corporation</td><td>NCH 药房</td><td>用于稀释去甲肾上腺素及压力监测</td></tr><tr><td>10.0 气管插管</td><td>Coviden</td><td>86117</td><td>确保气道通畅</td></tr><tr><td>16 G 静脉导管</td><td>BD</td><td>382259</td><td>输注液体和麻醉药物</td></tr><tr><td>22 G 静脉导管</td><td>BD</td><td>381423</td><td>有创血压</td></tr><tr><td>5Fr × 0.35&quot; JR2.5</td><td>Cook Medical&amp;nbsp;</td><td>G05035</td><td>罗森导丝使用指南</td></tr><tr><td>70% 异丙醇</td><td>Aspen Vet</td><td>11795782</td><td>外用清洁溶液</td></tr><tr><td>7Fr × 100 cm 多导管鞘</td><td>B. Braun</td><td>615001</td><td>采集压力，向特定血管内位置注射造影剂</td></tr><tr><td>9Fr 导引鞘</td><td>Terumo</td><td>RSS901</td><td>通过皮肤穿刺进入血管，置入导管以供导丝通过</td></tr><tr><td>ACT cartridge</td><td>雅培诊断</td><td>03P86-25</td><td>活化凝血时间</td></tr><tr><td>带注液穿刺针的血管造影注射器</td><td>Guerbet</td><td>900103S</td><td>用于对比剂注射器</td></tr><tr><td>袋式离心机</td><td>Advance Medical Designs, LLC</td><td>10-102</td><td>刺破生理盐水袋，将生理盐水倒入无菌碗中并注满</td></tr><tr><td>布托啡诺</td><td>硕腾</td><td>NCH 药房</td><td>镇静药物：浓度 10 mg/mL，剂量 0.1 mg/kg</td></tr><tr><td>导管研究套装</td><td>Cardinal Health</td><td>SAN33RTCH6</td><td>导管包及各种辅助用品</td></tr><tr><td>Cetacaine</td><td>Cetylite</td><td>220</td><td>局部麻醉喷雾</td></tr><tr><td>氯己定复合制剂</td><td>BD</td><td>930825</td><td>外用清洁溶液</td></tr><tr><td>氯己定 2% 溶液</td><td>Vedco INC</td><td>VINV-CLOR-SOLN</td><td>外用清洁溶液</td></tr><tr><td>弹性绷带固定</td><td>Coviden</td><td>2232</td><td>颈部包裹以防止出血</td></tr><tr><td>连接管</td><td>Deroyal</td><td>77-301713</td><td>将三通接头连接至输液/药物管路</td></tr><tr><td>地西泮</td><td>Hospira Pharmaceuticals</td><td>NCH 药房</td><td>镇静药物：浓度 5 mg/mL，剂量 0.5 mg/kg</td></tr><tr><td>心电图监测贴点</td><td>3M</td><td>2570</td><td></td></tr><tr><td>输液器套装</td><td>Alaris</td><td>2420-0007</td><td></td></tr><tr><td>液体加温装置</td><td>Carefusion</td><td>50056</td><td></td></tr><tr><td>Hemcon 止血敷料</td><td>Tricol 生物医学</td><td>1102</td><td>止血贴片</td></tr><tr><td>肝素</td><td>Hospira, Inc</td><td>NCH 药房</td><td>抗凝剂：1,000 USP 单位/毫升</td></tr><tr><td>Infinix-i INFX-8000C</td><td>东芝医疗系统</td><td>2B308-124EN*E</td><td>介入性血管造影系统</td></tr><tr><td>侵入式压力传感器</td><td>Medline</td><td>23DBB538</td><td>有创血压</td></tr><tr><td>异氟烷</td><td>Baxter Healthcare Corporation</td><td>NCH 药房</td><td>准备室中使用的麻醉剂</td></tr><tr><td>氯胺酮</td><td>Hospira Pharmaceuticals</td><td>NCH 药房</td><td>镇静药物：浓度 100 mg/mL，剂量 4 mg/kg</td></tr><tr><td>润滑凝胶</td><td>MedLine</td><td>MDS0322273Z</td><td>气管插管润滑剂</td></tr><tr><td>微穿刺导引套件</td><td>Cook Medical</td><td>G47945</td><td>经皮肤进入血管</td></tr><tr><td>针 &amp;和注射器</td><td>Cardinal Health</td><td>309604</td><td>用于镇静</td></tr><tr><td>重酒石酸去甲肾上腺素注射液，USP</td><td>巴克斯特医疗公司</td><td>NCH 药房</td><td>1 mg/mL</td></tr><tr><td>Optiray 320</td><td>Liebel-Flarsheim 公司有限责任公司</td><td>NCH 药房</td><td>对比&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Optixcare</td><td>Aventix</td><td>OPX-4252</td><td>角膜润滑剂</td></tr><tr><td>OsiriX MD</td><td>Pixmeo SARL</td><td>-</td><td>DICOM 查看与分析软件</td></tr><tr><td>加压输液袋</td><td>Carefusion</td><td>64-10029</td><td>维持有创血压</td></tr><tr><td>丙泊酚</td><td>Fresenius Kabi</td><td>NCH 药房</td><td>麻醉药物：浓度 10 mg/mL，剂量 20–45 mg&amp;middot;kg&lt;sup&gt;-1&lt;/sup&gt;&amp;middot;h&lt;sup&gt;-1&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>3-0 丝线缝合线</td><td>Ethicon</td><td>C013D</td><td>固定静脉导管&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>SoftCarry 担架</td><td>四面旗帜飘扬在阿斯彭上空</td><td>SSTR-4</td><td></td></tr><tr><td>胃管</td><td>Jorgensen 实验室，INC</td><td>J0348R</td><td>释放胃液和气体，防止腹胀</td></tr><tr><td>三通管</td><td>Medline</td><td>DYNDTN0001</td><td>连接至静脉导管</td></tr><tr><td>尿液引流袋</td><td>Coviden</td><td>3512</td><td>连接胃管以收集胃液</td></tr><tr><td>加热毯</td><td>Jorgensen 实验室，INC</td><td>J1034B</td><td></td></tr></tbody></table>

量化下腔静脉顺应性与扩张性 体内 使用三维血管造影的绵羊模型

Quantifying Inferior Vena Cava Compliance and Distensibility in an In Vivo Ovine Model Using 3D Angiography

合成血管移植物克服了同种异体移植物、自体移植物和异种移植物的一些挑战，但通常比植入的天然血管更僵硬且顺应性更低。与天然血管的顺应性匹配正成为移植物成功的关键特性。目前评估血管顺应性的金标准是通过切除血管并进行ex vivo双轴力学测试。我们开发了一种in vivo方法来评估静脉的顺应性和可扩张性，该方法更能反映自然生理状态，并考虑了血流引起的压力变化以及存在的任何形态学改变的影响。
该方法设计为一种存活手术，旨在促进纵向研究，同时可能减少动物使用量。我们的方法包括向静脉血管注射20 mL/kg的生理盐水推注，随后获取推注前和推注后的三维血管造影图像，以观察推注引起的改变，同时测量目标区域的血管内压力。随后，我们能够测量血管在推注前和推注后的周长及横截面积。
根据这些数据和血管内压力，我们能够使用特定方程计算顺应性和扩张性。该方法被用于比较未经手术的绵羊下腔静脉与植入长期扩聚四氟乙烯（PTFE）移植物的绵羊静脉导管的顺应性和扩张性。结果发现，在所有测量位置，天然血管的顺应性和扩张性均优于PTFE移植物。我们得出结论：该方法可安全地提供静脉顺应性和扩张性的in vivo测量结果。

我们已成功对超过25只绵羊实施了该手术操作。重要的是，未出现与该操作相关的任何发病率或死亡率事件，所有绵羊均顺利康复。这些代表性结果来自3只植入PTFE移植物的绵羊和3只未经手术的正常绵羊。 图5 提供了实验过程中从两组研究动物体内测得的血管内压力值。这些数值不仅对顺应性和扩张性计算至关重要，还可用于证明本方案的安全性，因为我们使血管内压力的变化始终低于15 mmHg。
<img alt="图5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66724/66724fig05.jpg" /> 
图5：顺应性和扩张性计算中使用的血管内压力。（A）在推注给药过程中，于移植物中段或相应原生血管区域测得的绝对血管内压力的图示。（B）各实验动物血管内压力变化的汇总表。这些数值用于计算顺应性和扩张性。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66724/66724fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
图6A、B 是原生组和聚四氟乙烯（PTFE）组中DICOM查看器测量结果的代表性图像。该图显示了原生绵羊血管在团注刺激下出现的周长变化，而PTFE组中未观察到此类变化。根据测量数据，我们计算了顺应性和扩张性，结果如图6C所示。这些数值随后被绘制成图并进行统计分析。原生绵羊血管与PTFE血管之间的顺应性和扩张性比较表明，原生血管比PTFE移植物更具顺应性和扩张性。所观察到的差异均趋于统计学显著性，其中仅远端顺应性和近端顺应性比较达到统计学显著性（p &#60; 0.05）。
<img alt="图6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66724/66724fig06.jpg" /> 
图6：代表性结果。（A）在注射造影剂前后，于DICOM查看器中测量的天然血管周长的代表性图像。在DICOM查看器中勾画出血管周长轮廓（绿色）。周长和横截面积数值（绿色框内文字）由DICOM查看器自动生成。（B）在注射造影剂前后，于DICOM查看器中测量的聚四氟乙烯（PTFE）移植物周长的代表性图像。在DICOM查看器中勾画出周长轮廓（绿色）。周长和横截面积数值（绿色框内文字）由DICOM查看器自动生成。（C）每只实验动物在各血管位置计算出的顺应性和扩张性数据表。负的顺应性和扩张性数值被调整为零。（D）顺应性和扩张性数据的图示。所有统计比较前均进行数据正态性检验。采用非配对Student t 检验分析顺应性和扩张性数值，除远端顺应性外，其余测量均应用Welch校正。天然血管组的远端和近端顺应性值均显著高于PTFE组（远端：p = 0.0485，近端：p = 0.0247）。两组间的中段移植物顺应性差异无统计学意义，但天然血管中段的顺应性始终高于PTFE移植物。缩写：PTFE = polytetrafluoroethylene。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66724/66724fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

本方案允许通过导管插入术和三维血管造影术对静脉顺应性和扩张性进行体内定量分析，作为一种可存活的手术方法，具有多种潜在应用价值。

合成血管移植物克服了同种异体移植物、自体移植物和异种移植物的一些挑战，但通常比天然血管更僵硬且顺应性较低。

我们旨在通过再生医学方法改善先天性心脏病患者的长期预后。我们开发的组织工程血管移植物可发展为由患者自身细胞构成的新生血管。我们的目标是将这种移植物与自体静脉以及临床标准的聚四氟乙烯（PTFE）移植物进行比较。我们已证实，所构建的新生血管具有生长能力，并且接近天然血管的功能。通过该方法，我们最近还证明了新生血管在长期观察时间点仍能保持顺应性和可扩张性，并且能够抵抗营养不良性钙化的形成。利用三维血管造影技术，我们能够在绵羊大型动物模型中完整成像胸段下腔静脉的整个走行路径。除了使我们能够观察血管的形态外，该方法还允许在捕获图像后进行方位调整，以确保所获取的测量数据来自真正的横截面。我们的体内方法可让我们在血管的天然环境中评估其顺应性和可扩张能力。此外，该方法还允许对同一实验动物进行纵向测量，这对于追踪新生血管发育和重塑过程中的变化至关重要。

quantifying-inferior-vena-cava-compliance-distensibility-an-vivo

Research

科研

JoVE Journal

Bioengineering

生物工程

使用 3D 血管造影量化体内绵羊模型中的下腔静脉顺应性和扩张性

通过穿透小鼠肾下腹主动脉的双层管壁进入下腔静脉，建立主动脉-下腔静脉瘘，随后通过部分结扎下腔静脉在其流出道处形成狭窄。该可重复模型可用于研究中心静脉狭窄。...

利用动静脉瘘合并流出道狭窄建立中心静脉狭窄的小鼠模型

本文介绍了一种闭胸法，用于在急性右心室功能障碍的猪模型中进行基于导纳的双心室压力-容积环记录。...

采用导纳导管在猪模型中进行闭胸双心室压力-容积环记录

本方案描述了一种独特且具有临床相关性的外周动脉疾病模型，该模型通过结合股动脉和股静脉电凝以及给予一氧化氮合酶抑制剂，在FVB小鼠中诱导后肢坏疽。随后采用心脏内灌注DiI的方法，对足垫血管系统进行高分辨率的三维成像。...

小鼠后肢坏疽模型中足垫血管系统的高分辨率三维成像

本方案描述了在载脂蛋白E（ApoE）缺陷小鼠中，通过连续植入渗透泵释放血管紧张素II诱导腹主动脉瘤，并植入带有颈静脉导管的血管通路端口以进行重复药物治疗的方法。尽管存在背部植入物，仍可有效通过三维超声监测动脉瘤的发展。...

通过中心静脉导管在血管紧张素II诱导的小鼠腹主动脉瘤模型中进行药物治疗及三维超声监测

下腔静脉（IVC）的即时超声评估常用于判断患者的容量状态等临床指标。为确保可重复性，应系统性地进行超声成像。本文综述了超声检查下腔静脉的方法及常见误区。...

下腔静脉超声评估的图像采集方法

本方案介绍了一种用于在非血栓性、血栓性和血栓后深静脉中测试静脉成形术球囊（VB）干预的存活啮齿动物模型。...

啮齿类动物下腔静脉球囊血管成形术模型

本方案提供了一种快速、基于表型的聚焦超声评估方法，用于低血压患者的检查，通过剑突下获取下腔静脉和心脏图像，并辅以肺上部及胸膜腔的额外切面。...

仅采用剑下切面的超声心动图评估低血压患者

本手稿描述了一种由正常原代人食管成纤维细胞和鳞状上皮细胞在脱细胞猪源支架内接种培养而构建的组织工程三维食管结构，介绍了其制备方法、表征结果及潜在应用。研究结果表明，该结构可形成成熟的复层上皮，类似于正常人食管组织。...

三维组织工程人食管黏膜模型的制备、表征及其潜在应用

我们开发了一种眼刺激性测试方法，该方法采用三维重建的人角膜样上皮（RhCE）组织模型。该测试能够区分具有眼刺激性或腐蚀性的物质（GHS 第1类和第2类合并）与无需标注分类的物质（GHS...

使用重建人角膜样上皮（RhCE）组织模型进行化学品眼刺激性危害识别的刺激性眼试验（EIT）

胶原蛋白是细胞外基质（ECM）的核心组分，为从细胞迁移、分化到增殖等多种细胞过程提供关键信号。本文提供了一种将细胞包埋于三维胶原蛋白水凝胶中的实验方案，以及一种利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）微通道生成随机或定向排列胶原基质的进阶技术。...

用于研究三维相互作用的3D胶原凝胶与微通道的制备 在体 内

了解利用3D血管造影技术在体内绵羊模型中量化下腔静脉顺应性和扩张性的方法。该技术通过导管插入术进行长期测量，有助于评估组织工程血管移植物的功能表现，为先天性心脏病患者的治疗提供重要参考。

量化下腔静脉顺应性与扩张性体内使用三维血管造影的绵羊模型

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