Quantifizierung der linksventrikulären Funktion des Mausherzens, des Myokardstamms und der hämodynamischen Kräfte durch kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie

Dieses CMRI-Protokoll ermöglicht die nicht-invasive In-vivo-Quantifizierung der kardialen Funktionsparameter der Maus, einschließlich E-über-A-Verhältnis, globaler Längsdehnung und hämodynamischer Kräfte. Alle funktionellen Herzparameter können aus einer einzigen kardialen MRT-Untersuchung gewonnen werden, und es sind keine komplexen Markierungen oder dichten Scans erforderlich, um Stärken oder hämodynamische Kräfte zu quantifizieren. Es gibt Hinweise darauf, dass der globale Längsschnitt und die Hämodynamik frühe diagnostische Marker für Herzinsuffizienz erzwingen.

Legen Sie die Maus zunächst in Rückenlage auf die Mauswiege. Haken Sie die Schneidezähne der Maus in der Bissstange an der Maushalterung ein und stellen Sie den Nasenkegel richtig ein. Überprüfen Sie visuell, ob die Atmung stabil ist, unter 100 Atemzügen pro Minute.

Verwenden Sie Vaseline, um den rektalen Temperaturfühler einzusetzen, und kleben Sie das Glasfaserkabel des Temperaturfühlers an die Maushalterung. Legen Sie den Atemballon auf den Unterbauch der Maus und sichern Sie ihn mit Klebeband. Führen Sie zwei EKG-Elektrodennadeln subkutan in den Brustkorb auf Höhe der Vorderpfoten ein und kleben Sie sie vorsichtig ab, um Bewegungen zu verhindern.

Legen Sie die Hochfrequenz- oder HF-Spule über die Maus und schließen Sie die Spulenkabel an. Legen Sie dann die Halterung in die Magnetbohrung. Überprüfen Sie abschließend, ob das EKG-Signal noch stabil ist.

Passen Sie die EKG- und Atmungsgitterparameter innerhalb des EKGs und der Atemsignalüberwachungssoftware so an, dass Triggerpunkte an den R-Peaks erzeugt werden, da das Signal nur während des flachen Teils des Atemwegssignals grün wird. Um EKG-Gating-Fehler zu minimieren, legen Sie eine Leerungsdauer von 10 bis 15 Millisekunden fest, die kürzer als das R-R-Intervall ist, und aktualisieren Sie diese während der gesamten Sitzung. Führen Sie basierend auf dem anfänglichen Scout einen Gated Single Frame Gradient Echo Scout Scan mit fünf Slices in drei orthogonalen Richtungen durch.

Positionieren Sie zu diesem Zweck die Stapel von Scheiben auf der ungefähren Position des Herzens. Führen Sie eine Gated Single für einen Scout-Scan mit mehreren Slices und kurzen Achsen aus. Verwenden Sie zu diesem Zweck den vorherigen Gradienten-Echo-Scout, um vier bis fünf Scheiben in einer mittleren linksventrikulären Position senkrecht zur langen Achse des Herzens zu positionieren, um eine erste Schätzung der Ansichten der kurzen Achse zu erhalten.

Überprüfen Sie dann in der sagittalen Ansicht, ob die Scheiben senkrecht zur Längsachse stehen. Stellen Sie für die nachfolgenden Scans die Anzahl der Herzrahmen oder Endrahmen so ein, dass das Produkt aus Endrahmen und Wiederholungszeit etwa 60 bis 70% des R-R-Intervalls beträgt. Führen Sie einen Gated Single Slice Gradient Echo Scan durch, um den 2-Kammer-Scout mit langer Achse zu erzeugen.

Verwenden Sie zu diesem Zweck die Echo-Scout-Scans für die kurze Achse und den anfänglichen Gradienten, um ein Segment senkrecht zur Ansicht der kurzen Achse zu positionieren, das parallel zu den Verbindungspunkten zwischen dem linken und rechten Ventrikel verläuft. Bewegen Sie dieses Segment in die Mitte des linken Ventrikels und überprüfen Sie im koronalen Bild des Gradienten-Echo-Scouts, ob das Segment mit der linken ventrikulären Längsachse ausgerichtet ist, so dass es durch die Spitze platziert wird. Oder bilden Sie einen anderen Gated Single Slice Gradient Echo Scan, um den 4-Kammer-Scout-Scan zu erzeugen.

Zu diesem Zweck positionieren Sie eine Scheibe senkrecht zum 2-Kammer-Scouts-Scan und richten Sie sie auf die Mitte der Längsachse aus, so dass die Scheibe durch die Mitralklappe und die Spitze geht. In den kurzen Achsenansichten stellen Sie die Scheibe so ein, dass sie parallel zur hinteren und vorderen Ventrikelwand und zwischen den beiden Papillarmuskeln platziert wird. Überprüfen Sie, ob die Scheibe während des gesamten Herzzyklus in der Mitte des Ventrikels verbleibt.

Für eine systolische Funktion führen Messungen einen gated sequential multi-slice, short axis gradient echo scan durch. Positionieren Sie zu diesem Zweck einen mittelventrikulären Schnitt senkrecht zur linken ventrikulären Längsachse in den 2-Kammer- und 4-Kammer-Ansichten in der Mitte des Herzens und erhöhen Sie die Anzahl der Scheiben, um das Herz von der Basis bis zur Spitze zu bedecken. Deaktivieren Sie für die folgenden retrospektiv gated Scans alle prospektiven Herz- und Atmungs-Gating-Funktionen.

Notieren Sie sich die Herz- und Atemfrequenz vor und nach jedem retrospektiv gated Scan und verwenden Sie diese Werte später für Rekonstruktionszwecke. Führen Sie drei sequenzielle Einzelscheiben-retrospektiv gated Gradienten-Echo-Scans in kurzer Achse zur Quantifizierung des E'A'-Verhältnisses sowie 2-Kammer- und 4-Kammer-Ansichten durch, die für die Quantifizierung der myokardialen Dehnung und der hämodynamischen Kraftwerte erforderlich sind. Wenn die 2-Kammer- und 4-Kammer-Scout-Orientierungen suboptimal sind, passen Sie die Orientierungen an, bevor Sie die 2-Kammer- und 4-Kammer-Scans durchführen.

Führen Sie schließlich einen retrospektiv gated, einen Single-Slice-Gradienten-Echo-Scan in einer 3-Kammer-Ansicht durch. Positionieren Sie zu diesem Zweck eine Scheibe senkrecht zur mittelventrikulären Kurzachsenansicht und drehen Sie die Scheibe um 45 Grad, um von der Vorderwand zu dem Papillarmuskel zu gelangen, der der hinteren Wand am nächsten ist. Untersuchen Sie die basale Kurzachsenscheibe, um festzustellen, ob die Scheibe die Mitral- und Aortenklappe passiert.

Überprüfen Sie die 4-Kammer-Ansicht mit der langen Achse, um festzustellen, ob die Scheibe durch die Spitze geht. Öffnen Sie die Retrospektive der Rekonstruktionssoftware und laden Sie die Rohdatendatei, die dem retrospektiv gated MRT-Scan entspricht. Untersuchen Sie das rohe Navigatorsignal und beachten Sie, dass die höheren Signalspitzen die Atemfrequenz und die unteren Signalspitzen die Herzfrequenz darstellen.

Überprüfen Sie außerdem, ob die automatisch erkannte Herzfrequenz bei jedem Scan 10% der beobachteten Werte entspricht. Ist dies nicht der Fall, passen Sie diese Werte manuell an, da die automatische Erkennung fehlgeschlagen ist. Drücken Sie Filter, um die Navigatoranalyse durchzuführen, die den Herznavigator vom Atmungsnavigator trennt.

Legen Sie die Anzahl der CINE-Frames auf 32 fest und drücken Sie sort k-space. Wählen Sie die entsprechenden Einstellungen für eine komprimierte Sensorregularisierung und drücken Sie Rekonstruieren. Sobald die Rekonstruktion abgeschlossen ist, sehen Sie sich den CINE-Film an, um die Rekonstruktion zu bewerten.

Exportieren Sie DICOM-Bilder zur weiteren Analyse mit Export DCM. Für eine volumetrische Beurteilung des linken Ventrikels wählen Sie die Multi-Slice-Kurzachsen-Scanbilder aus und laden Sie sie für volumetrische Messungen in das Plugin. Verwenden Sie die Konturwerkzeuge, um die endomyokardialen Grenzen in den endsystolischen und enddiastolischen Rahmen zu segmentieren.

Für diastolische Messungen wählen Sie die mittelventrikulären CINE-Bilder der kurzen Achse aus und laden diese für volumetrische Messungen in das Plugin. Verwenden Sie die Konturwerkzeuge, um den Endokardrand für alle Rahmen zu segmentieren. Vergleichen Sie die Segmentierung benachbarter Frames sowie die generierten Volumenzeitkurven, um reibungslose Übergänge der Segmentierung während des gesamten Herzzyklus zu gewährleisten.

Beachten Sie die unterschiedlichen E- und A-Füllphasen. Exportieren Sie die linksventrikulären endomyokardialen Volumina und die entsprechenden Zeitstempel und laden Sie die Werte in das benutzerdefinierte Skript, das im Ergänzungsmaterial bereitgestellt wird, um das E'A'-Verhältnis zu berechnen. Für Dehnungs- und hämodynamische Kraftberechnungen wählen Sie die CINE-Bilder mit 2-Kammer-, 3- und 4-Kammer-Langachsen aus und laden Sie sie für volumetrische Messungen in das Plugin.

Verwenden Sie die Konturwerkzeuge, um den Endokardrand für alle Rahmen in allen drei Ausrichtungen zu segmentieren. Vergleichen Sie die Segmentierung benachbarter Rahmen, um reibungslose Übergänge der Segmentierung während des gesamten Herzzyklus zu gewährleisten. Sobald die Konturen im Plugin für volumetrische Messungen gezeichnet sind, führen Sie das Plugin für die Dehnungs- und hämodynamische Kraftanalyse aus.

Ordnen Sie jeden der erfassten Datensätze den entsprechenden Etiketten für 2-Kammer-, 3-Kammer- und 4-Kammer-Ansichten zu und führen Sie die Dehnungsanalyse durch. Zeichnen Sie für die hämodynamische Kraftanalyse den Durchmesser der Mitralklappe am enddiastolischen Rahmen in allen drei Orientierungen und zeichnen Sie den Durchmesser der Aorta im 3-Kammer-Langachsenbild. Repräsentative Rekonstruktionen mit hoher Bildrate von retrospektiv gated Scans mit einer speziell angefertigten Nachbearbeitungssoftware werden gezeigt.

Aus den resultierenden Bildern wurden Volumenzeitkurven während des Herzzyklus sowie die entsprechenden ersten Ableitungskurven zur Berechnung systolischer bzw. diastolischer Funktionsparameter bestimmt. Die zwei-, drei- und vierkanaligen CINE-Bilder wurden mit einer Bildanalysesoftware analysiert, um endokardiale globale Längsdehnungs- oder GLS-Veränderungen über den Herzzyklus und entsprechende GLS-Werte als Maß für die Myokardbelastung zu bestimmen. Für jedes Tier ist es auch möglich, ein hämodynamisches Kraftzeitprofil zu erstellen, das einem konsistenten Muster positiver und negativer Peaks folgt, die die Größe und Richtung der hämodynamischen Kraft während des Herzzyklus darstellen.

Die deskriptiven Ergebnisse aller Outcome-Parameter wurden zusammengefasst. Entscheidend ist, dass das EKG und die Atemsignalüberwachungssoftware die R-Peaks konsistent erkennt. Andernfalls ist das Auslösen suboptimal, was die Scanzeit erhöhen und die Bildqualität verringern könnte.

Für eine optimale Qualität der Kardiale in Bildern ist es wichtig, den besten Kompromiss zwischen der Gesamtbildgebungszeit, der Anzahl der Herzbilder und dem Grad der Regularisierung während der Rekonstruktion zu finden.