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Bei der Hochfeld-Magnetresonanztomographie mit kleinem Durchmesser oder Herz-MRT wird die Herz-Kreislauf-Funktion ohne den Einsatz von ionisierender Strahlung oder Kontrastmitteln beurteilt.
Zu den vergleichbaren kardiovaskulären Bildgebungsmodalitäten gehört hochfrequenter Ultraschall, der einen Strahl akustischer Wellen von einem Schallkopf aussendet und die Echos aufzeichnet, die beim Reflektieren der Wellen entstehen, um Live-Bilder zu erzeugen. Es liefert Bilder mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung; Aufgrund der begrenzten Eindringtiefe in dichtes Gewebe können jedoch bildgebende Artefakte beobachtet werden.
Ein weiteres bildgebendes Verfahren ist die Mikro-CT, bei der eine Reihe von Röntgenprojektionen durchgeführt werden, um 3D-Querschnitte zu erstellen. Sie hat eine geringere zeitliche Auflösung und einen begrenzten Weichteilkontrast und erfordert häufig den Einsatz von Kontrastmitteln, um Gefäßstrukturen sichtbar zu machen. Diese sind dafür bekannt, dass sie bei hohen Dosen Strahlenschäden und Nierenversagen verursachen.
Alternativ verwendet die MRT starke Elektromagnete, um Gewebe im Körper auf der Grundlage ihrer magnetischen Eigenschaften abzubilden. Bei der kardialen MRT werden konventionelle MRT-Sequenzen von R-Peaks im Herzzyklus und exspiratorischen Plateaus in der Atmung abgegrenzt, um die kardiovaskuläre Funktion zu beurteilen.
In diesem Video wird veranschaulicht, wie MRT-Daten mit einer auslösenden schnellen Aufnahme aus dem niedrigen Winkel oder einer FLASH-MRT-Sequenz erfasst werden. Diese Technik bietet einen qualitativ hochwertigen Weichteilkontrast für die Untersuchung von Krankheitsmodellen bei Kleintieren.
Die Magnetresonanztomographie ist eine Technik, die die paramagnetischen Eigenschaften von Gewebe nutzt, um Weichteilkontraste sichtbar zu machen. Die Bohrung eines MRT-Geräts wird herkömmlicherweise mit einer Magnetspule umwickelt, die ein konstantes homogenes Magnetfeld (B-Null) liefert, wenn ein elektrischer Strom angelegt wird.
Bei der Hochfeldspiegelung kann eine Magnetfeldstärke von 7 Tesla verwendet werden, was etwa dem 140.000-fachen des Erdmagnetfelds entspricht und mehr als doppelt so hoch ist wie die üblichen klinischen 3-Tesla- und 1,5-Tesla-Scannerfeldstärken. Dieses homogene Magnetfeld bewirkt, dass die Wasserstoffprotonen, die fast allen lebenden Geweben innewohnen, ihre Rotationsachsen ausrichten. Diese Spins können dann mit Hilfe von Hochfrequenz- oder HF-Wellen auf einen bestimmten Winkel relativ zur Rotationsachse gekippt werden, der auch als Flip-Winkel bezeichnet wird.
Wenn die Protonen dann versuchen, sich wieder in ihre ursprüngliche Ausrichtung zu entspannen, induziert die Komponente ihres Spins senkrecht zu ihrer Hauptachse ein nachweisbares elektrisches Signal, das zu einem Bild führt. Darüber hinaus können magnetische Gradienten angewendet werden, die das Hauptmagnetfeld stören und räumlich isolierte HF-Anregungen zur Lokalisierung des empfangenen Signals ermöglichen. Spezifisch für die in diesem Video beschriebenen Methoden ist die FLASH-Sequenz, die HF-Anregungen mit niedrigem Flip-Winkel verwendet, die schnell wiederholt werden, um ein stationäres Muster in der Protonenbewegung zu induzieren. Die Wiederholungszeit ist viel kürzer als die typische Protonenrelaxationszeit.
Wenn unangeregter Wasserstoff, wie er sich im Blut befindet, in den Bildrahmen eintritt, wird ein relativ hohes Signal erzeugt. Dies ermöglicht eine schnelle Abbildung des Herz-Kreislauf-Systems und liefert stabile Momentaufnahmen innerhalb des Herzzyklus. Durch das Auslösen der FLASH-Sequenz mit physiologischen Signalen können Bilder des Herz-Kreislauf-Systems aufgenommen werden, die die Herz-, Gefäß- und Atembewegungen hervorheben.
Nachdem wir die wichtigsten Prinzipien der Herz-MRT überprüft haben, gehen wir nun Schritt für Schritt durch das Verfahren zur Vorbereitung und Abbildung eines Tieres.
Identifizieren Sie zuerst die Maus, die abgebildet werden soll, und übertragen Sie die Maus dann in die Knockdown-Kammer. Betäuben Sie dann das Tier mit Isofluran und bestätigen Sie den Knockdown mit einer Zehenkneiftechnik. Öffnen Sie als nächstes den Isofluranfluss zum Nasenkonus im MRT-Raum und schließen Sie den Isofluranfluss zur Knockdown-Kammer. Dadurch wird der längere Schlauch mit Anästhetikum grundiert.
Stellen Sie sicher, dass das gesamte Personal MRT-sicher ist, bringen Sie dann die Maus in die Bildgebungsstufe und befestigen Sie den Nasenkegel um das Tier. Positionieren Sie die Maus so, dass ihr Herz ungefähr mit einem Zentrum der HF-Spule ausgerichtet ist. Bestätigen Sie anschließend den Knockdown erneut mit der Toe-Pinch-Technik. Führen Sie dann die drei Elektrokardiogramm-Elektroden subkutan ein. Legen Sie je eine Leine links und rechts des Herzens und eine an die Basis der linken Hintergliedmaße.
Führen Sie die Rektumthermometersonde mit einer sterilen Sondenhülle und einem Gleitmittel ein. Platzieren Sie dann einen Kissenatmungssensor auf den epigastrischen Regionen des Bauches und befestigen Sie ihn mit Pappe, um druckempfindliche Signale zu erhalten.
Vergewissern Sie sich, dass alle physiologischen Signale über die Überwachungssoftware außerhalb des Scannerraums erfasst werden. Richten Sie als Nächstes das Heizmodul und den Lüfter so ein, dass der Luftstrom zur Maus erwärmt wird. Befestigen Sie den Luftschlauch so, dass die warme Luft in Richtung der Maus bläst, beginnend direkt hinter der Spitze des Schwanzes. Platzieren Sie abschließend die HF-Spule über der Maus und stellen Sie sicher, dass alle Kabel und Schläuche sicher sind.
Schauen wir uns nun das Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Durchführung einer Herz-MRT an der anästhesierten Maus an.
Stimmen Sie zunächst die HF-Spule außerhalb der Bohrung des Magneten ab und passen Sie sie an, um eine maximale Signalerkennung zu gewährleisten. Dies wird durch ein schmales Tal bei null Hertz für jede Komponente der HF-Spule angezeigt. Führen Sie dann den Bildgebungstisch langsam in die Bohrung des Magneten ein. Stellen Sie sicher, dass sich die Maus direkt in der Mitte der Bohrung befindet und die Gradientenspirale in allen radialen Richtungen den gleichen Abstand hat. Diese Position sorgt für ein homogenes Hauptmagnetfeld.
Führen Sie als Nächstes einen Navigationsscan durch, um die Maus innerhalb des Scanners zu lokalisieren. Bestätigen Sie, ob ein Segment des Herzens in allen drei Ebenen, nämlich axial, sagittal und koronal, sichtbar ist. Stellen Sie dann die Parameter für die FLASH-Sequenz ein und wählen Sie die externe Triggerung aus, die aktiviert werden soll. Konfigurieren Sie in der Überwachungssoftware die externen Auslöser so, dass die MRT-Sequenzen nur bei R-Peaks in Herzzyklen während der stabilen Atmung in der exspiratorischen Phase seriell ablaufen.
Als nächstes verschreiben Sie die anfängliche FLASH-Sequenz, indem Sie die Parameter einstellen und ein Rechteck in der Bildgebungsebene in der koronalen Ansicht positionieren. Drücken Sie dann auf Weiter, um es so auszuführen, dass die Schnittebene der Achse von der Spitze des Herzens durch die Aortenklappe folgt. Dieser erste Cine-Loop bietet eine Zwei-Kammer-Ansicht des Herzens.
Während Sie sich dann auf die Ergebnisse aus der Zweikammeransicht beziehen, verschreiben Sie eine neue FLASH-Sequenz und führen Sie sie entlang der Apex-Aortenklappenachse aus, um eine Vierkammeransicht zu visualisieren.
Verschreiben Sie schließlich einen kurzen Achsenschnitt, der senkrecht zur Apex-Aortenklappenachse etwa auf halbem Weg durch das Herz verläuft. Die Papillarmuskulatur sollte innerhalb des Cine-Loop-Ausgangs an dieser Stelle deutlich sichtbar sein. Sobald die Bildgebung abgeschlossen ist, übertragen Sie die erfassten Daten zur Analyse an einen geeigneten Ort, ziehen Sie dann den Bildgebungstisch aus der Bohrung des Magneten zurück und entfernen Sie die Gradientenspule und alle Sonden vom Tier, bevor Sie das Tier aus dem Scannerbett transportieren.
Nachdem wir nun ein Herz-MRT an einer Maus gemacht haben, lassen Sie uns die Ergebnisse der Scans überprüfen. Diese Abbildung zeigt die Cine-Schleife einer Kurzachsenansicht des linken Ventrikels, die direkt senkrecht zur Basis-Apex-Achse des Herzens und an einer Position steht, die die Papillarmuskulatur umfasst.
Hier sehen wir die Blutcine-Bildgebung eines Mausherzens mit 14 Kurzachsen-Schnappschüssen über den gesamten Herzzyklus, einschließlich Enddiastole und Peaksystole. Die Bereiche des Dropout-Signals innerhalb des Lumens des linken Ventrikels deuten auf eine schnelle Blutbewegung hin, die ursprünglich außerhalb der Ebene lag und nicht durch die HF-Wellenanregung markiert wurde.
Dieses Bild zeigt eine Vier-Kammer-Ansicht des Herzens mit hellem Blutzufluss durch die Mitral- und Trikuspidalklappe und dann durch die Aorten- bzw. Pulmonalklappe.
Zum Schluss noch eine maximale Intensitätsprojektion, die zeigt, wie mehrere Schichten räumlich kombiniert werden können, um das Herz-Kreislauf-System der gesamten Maus zu visualisieren. Die Abbildung zeigt einen 3-dimensionalen Stapel von zeitsynchronisierten, hellen, 2-dimensionalen Blutbildern, die die Brust- und Bauchregion einer Maus zeigen.
Schauen wir uns nun einige andere Anwendungen dieser MRT-Technik an. Als Erweiterung der beschriebenen Technik können wir diese Technologie nutzen, um die Kinematik von gesunden und kranken Herzen zu vergleichen. Mausmodelle der kardialen Dysfunktion können weitaus besser kontrolliert werden als die in der Klinik gefundenen. Dies ermöglicht es den Forschern, spezifische Faktoren zu identifizieren, die zu Herzerkrankungen beitragen, sowie den Umbauprozess nach einer Verletzung zu untersuchen.
Ein vergleichbares Forschungsvorhaben kann mit einem vaskulären Schwerpunkt, wie z.B. bei der Bildung eines Bauchaortenaneurysmas, durchgeführt werden. Das Blut gibt ein hochintensives Signal mit der hier beschriebenen Hochfeld-MRT-Methode mit kleinem Durchmesser ab. Diese Kontrasterhöhung kann genutzt werden, um die Ausdehnung eines Bauchaortenaneurysmas zu beurteilen und Veränderungen der biomechanischen Eigenschaften des Gefäßes zu messen.
Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie gesehen.
Sie sollten jetzt wissen, wie Sie eine kardiale Bildgebung durchführen und wie Sie Cine-Loop-Daten des Mausherzens mit Hilfe von Standard-FLASH-MRT-Sequenzen aus hellem Blut erfassen, die mit Herz- und Atmungssignalen synchronisiert sind. Schließlich sollten Sie auch wissen, wie Sie Herzstrukturen auf diesen Bildern erkennen können. Danke fürs Zuschauen!
