La rigidez arterial representa un factor clave en cardiovascular velocidad de la onda de la enfermedad y del pulso (VOP) puede ser considerado como un índice de sustituto de la rigidez arterial. Este protocolo describe un algoritmo de procesamiento de imágenes para calcular la VOP en ratones basados en el procesamiento de imágenes de ultrasonido que es aplicable en diferentes sitios arteriales.
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Artículo de método
El ultrasonido basados en la onda de pulso Evaluación de velocidad en ratones
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Resumen
Resumen
La rigidez arterial se puede evaluar mediante el cálculo de la velocidad de onda de pulso (VOP), es decir, la velocidad con la que la onda de pulso se desplaza en un recipiente de conducto. Este parámetro está siendo investigado cada vez más en modelos de roedores pequeños en los que se utiliza para evaluar alteraciones en la función vascular relacionada con genotipos particulares / tratamientos o para la caracterización de progresión de la enfermedad cardiovascular. Este protocolo describe un algoritmo de procesamiento de imágenes que lleva a la medición de la VOP arterial no invasiva en ratones usando sólo las imágenes de ultrasonido (US). La técnica propuesta se ha utilizado para evaluar la VOP aorta abdominal en ratones y evaluar sus cambios asociados con la edad.
aorta abdominal exploraciones estadounidenses se obtienen a partir de ratones bajo anestesia gaseosa utilizando un dispositivo específico de Estados Unidos equipados con sondas de alta frecuencia en Estados Unidos. B-mode y las imágenes de onda de pulso Doppler (PW-Doppler) se analizan con el fin de obtener el diámetro y la media de los valores instantáneos de velocidad, respectivamente. Para este propósito, se emplean técnicas de detección de bordes y de seguimiento del contorno. El único latido significa formas de onda de diámetro y velocidad son alineadas en el tiempo y en combinación con el fin de lograr el diámetro velocidad (lnD-V) de bucle. valores PWV se obtienen a partir de la pendiente de la parte lineal del bucle, que corresponde a la fase sistólica temprana.
Con el presente enfoque, anatómica y funcional de la información sobre el ratón aorta abdominal puede ser alcanzado de manera no invasiva. Requiera el procesamiento de imágenes de los Estados Unidos solamente, puede representar una herramienta útil para la caracterización no invasiva de diferentes sitios arteriales en el ratón en términos de propiedades elásticas. La aplicación de la presente técnica se puede ampliar fácilmente a otros distritos vasculares, tales como la arteria carótida, proporcionando así la posibilidad de obtener una evaluación de la rigidez arterial multi-sitio.
Introducción
Los modelos de ratón se utilizan cada vez más para la investigación de las enfermedades cardiovasculares (ECV) y en particular utilizadas en estudios longitudinales que permiten la caracterización de las diferentes fases del desarrollo de la enfermedad 1. propiedades elásticas de las arterias grandes se relacionan con diferentes condiciones patológicas; desde un punto de vista técnico, la rigidez arterial se puede evaluar mediante la medición de la velocidad de onda de pulso (VOP), que representa la velocidad con la que la onda de pulso se desplaza en un recipiente de conducto 2. Debido a su importancia clínica, se mide cada vez más pequeñas, incluso en modelos animales preclínicos 3.
Diferentes técnicas están disponibles para la evaluación de la VOP en ratones. invasivos se basan en el uso de transductores de presión de punta de catéter. VOP se evalúa mediante la adquisición de señales de presión en dos sitios diferentes arteriales y dividiendo la distancia entre los dos medición sitas por el desplazamiento de tiempo entre las señales 4. La principal desventaja en relación con este tipo de técnicas es que requieren el sacrificio de animales para la evaluación de la distancia entre los dos sitios de medición y, por lo tanto, no pueden ser utilizados en estudios longitudinales. Para superar esta limitación, procedimientos no invasivos, basados en diferentes técnicas de imagen, se han desarrollado. Estudios previos han informado evaluaciones VOP en ratones obtenidos mediante la aplicación del método de tiempo de tránsito en los datos de imagen de resonancia magnética de velocidad codificada 5 y señales de impulsos Doppler-6. Sin embargo, el valor de la VOP obtenida con estos métodos es una evaluación regional de la rigidez arterial. De hecho, representa un valor medio, lo que representa para diferentes arterias en términos de tamaño y propiedades elásticas. Además, este tipo de evaluaciones requieren la evaluación de la distancia entre los dos sitios de mediciones que es una fuente de error que podrían influence el resultado final.
VOP puede evaluarse usando el diámetro velocidad (lnD-V) de bucle 7. Este método se basa en la evaluación simultánea de valores de diámetro y de velocidad de flujo en un recipiente seleccionado. Según este enfoque, el bucle lnD-V se obtiene por valores de diámetro logaritmo natural de trazado vs valores de velocidad media y la VOP se estima mediante el cálculo de la pendiente de la parte lineal del lazo obtenido correspondiente a la fase sistólica temprana. Con respecto a la aplicación práctica de este método, trabajos previos ya han informado sobre los resultados de su aplicación en un sistema de puesta a punto 7 in vitro y su uso para la evaluación tanto de la carótida y femoral PWV en los seres humanos 8.
El objetivo principal del presente estudio es proporcionar una descripción detallada de un algoritmo de procesamiento de imágenes que proporciona una medición de la VOP arterial no invasiva en ratones usando US sólo imágenes. El enfoque propuesto permite la evaluación de la rigidez arterial local mediante los medios del tratamiento tanto de modo B y Doppler de onda pulsada-(PW-Doppler) imágenes y se puede aplicar sobre las arterias de importancia clave, tales como la aorta abdominal.
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Protocolo
Los experimentos con animales se realizaron de conformidad con la Directiva Europea (2010/63 / UE) y la ley italiana (D.Lvo 26/2014), y se siguieron los principios de cuidado de los animales de laboratorio. El Comité de aprobación ética local aprobó el estudio.
1. Procedimiento Imaging
- Coloque el ratón en una cámara de inducción de anestesia llenado de 2,5% de isoflurano en 1 L / min de oxígeno puro. Comprobar la profundidad de la anestesia por la falta de respuesta a la pizca dedo del pie.
- Colocar el animal en una tabla de temperatura controlada en una posición supina. Humedecer los ojos del animal con colirio, con el fin de evitar que el funcionamiento en seco. Suministrar el flujo de gas anestésico (1,5% de isoflurano) mediante la colocación de la nariz del ratón en el cono de la nariz dedicado. Si es necesario, ajustar el porcentaje de isoflurano de un caso a otro, dependiendo del animal en estudio. Fijar la temperatura de la placa a 40 ° C.
- Recubrir las cuatro extremidades del animal con pasta conductora y papeles pegados en los electrodos de ECG incrustados en eltablero. Medir la temperatura corporal con una sonda rectal lubricado con vaselina. Compruebe que todas las mediciones fisiológicas (ECG y la señal de respiración, así como la temperatura) se adquieren y se muestran correctamente.
- Quitar el pelo químicamente del abdomen con crema depilatoria y cubrir con gel de acoplamiento acústico.
- Coloque el (13-24 MHz) de la sonda estadounidense en el brazo mecánico.
- Fijar la sonda paralela de Estados Unidos para el animal y ajustar su posición con el fin de obtener imágenes longitudinales de la aorta abdominal con la región de interés situado en la zona focal.
- Recoger información anatómica.
- Haga clic en el botón que permite la alta velocidad de fotogramas de adquisición 9 ECG-gated, elija una adquisición de frecuencia de imagen igual a 700 fps y comenzar la adquisición. Nota: En este modo las imágenes anatómicas del vaso relacionado a un solo ciclo cardiaco se pueden adquirir.
- Recoger información de la velocidad de flujo. </ Strong>
- Utilizando la misma proyección de exploración, haga clic en el botón PW-Doppler, coloque el volumen de la muestra en el centro del recipiente y adquirir imágenes que aseguren que el bucle de cine no es de menos de 3 s. Obtener estos datos, manteniendo la corrección del ángulo lo más pequeño posible, ajustándolo de caso a caso sobre la base de la proyección de EE.UU. obtenido.
- Retire el animal de la placa de temperatura controlada y esperar a que la recuperación completa.
NOTA: En nuestra experiencia, esto toma alrededor de 10 minutos. No deje desatendida y animal hasta que se haya recuperado el conocimiento suficiente para mantener decúbito esternal.
2. Posprocesado
- Exportación modo B y Doppler PW-imágenes como archivos DICOM y guardarlos en un ordenador personal. Conversor de archivos PW-Doppler DICOM de imágenes .tiff.
- Proceso de imágenes en modo B.
- Importe el archivo DICOM correspondiente utilizando la interfaz de usuario gráfica dedicada (GUI).
- Para inicializar contornos, dibuja una línea cerca de la pared del fondo del recipiente (un solo clic para ponerlo en marcha y haga doble clic para acabar con ella) y haga doble clic cerca de la pared cerca. Una línea paralela a la cerca de la pared del fondo aparecerá automáticamente. Aplicar el algoritmo en un único marco pulsando el botón "Analyse".
- Comprobar el resultado. Si los bordes se han identificado correctamente (es decir., La evolución de los puntos inicializados han detectado tanto en la parte posterior y la pared anterior), aplicar el algoritmo en el conjunto de cine loop haciendo clic en el botón "GO". Si los bordes no están correctamente identificados, claro ellos haciendo clic en "Borrar contorno" e inicializar de nuevo en el punto 2.2.2 repetir.
NOTA: El algoritmo se basa en técnicas de rastreo de detección de bordes y curvas de nivel y se ha descrito anteriormente en detalle 10. - Obtener el resultado final pulsando sobre el botón "RECORD" y guardar el corrESPONDER .mat archivo que contiene valores de diámetro instantáneas relacionadas con un solo ciclo cardiaco.
- Abra la interfaz gráfica de usuario para la ejecución del bucle lnD-V.
- Haga clic en el botón de "velocidad" con el fin de iniciar el procesamiento de imágenes Doppler PW-que conduce a un solo latido curva de velocidad significar.
- Identificar la traza PW-Doppler y busque la línea que corresponde a un valor de velocidad igual a cero presionando el botón de llamada "línea blanca".
- Realizar la calibración de la velocidad y el tiempo de calibración utilizando los botones "TIME" "velocidad" y (en el panel de calibración), respectivamente. Al pulsar sobre estos botones permite dibujar una línea cuya longitud corresponde al factor de calibración introducida.
- seleccionar manualmente un retorno de la inversión que contiene las señales fisiológicas utilizando el botón "ROI PHYSIO".
- seleccionar manualmente un retorno de la inversión que contiene la traza PW-Doppler pulsando el botón de "retorno de la inversión SEÑAL".
- Click en el botón "Analyse" y compruebe si se ha identificado el sobre. Si el resultado no es satisfactorio, cambiar el umbral (escribiendo el nuevo valor en el campo de texto "umbral de velocidad" editable) y pulse el botón "Analyse" de nuevo. Sintonizar el umbral de un caso a otro, dependiendo de la calidad de las imágenes. Presione el botón "ELABORACIÓN".
- Localiza el R-picos de la señal de ECG y dividir la señal de velocidad de la envolvente en consecuencia haciendo clic en el botón "Actualizar". Elija latidos que no están corrompidos por ruido o se encuentran en la fase de inspiración haciendo clic en el botón "Elegir GOLPES". De esta manera, obtener un solo latido significa onda de velocidad.
- Utilice la Transformada Rápida de Fourier método para interpolar los latidos seleccionados en el dominio de la frecuencia y hacer que todas compuestas del mismo número de puntos, como se detalla en referencia 11. Realizar esta operación de forma automática con sólo pulsar el returna clave en el teclado de PC una vez que los latidos han sido seleccionados. Si la casilla de verificación "velocidad media" se comprueba el único latido significa señal de velocidad se consigue dividiendo la curva de la velocidad máxima en dos, la hipótesis de un perfil de velocidad parabólico 12. Presione el botón "OK".
- Haga clic en el botón "diámetro". Interpolar la forma de onda de diámetro de un solo golpe en el dominio del tiempo con el fin de obtener una señal de diámetro de un solo golpe con la misma frecuencia de muestreo que la señal de velocidad de un solo latido pulsando el botón "Interpolar". Haga clic en el botón "OK".
NOTA: Con el fin de tener el diámetro de un solo golpe y la media de curvas de velocidad con la misma frecuencia de muestreo y el mismo número de puntos de datos, que se interpolan en el dominio de la frecuencia. - Seleccionar el enfoque de "segunda derivada" como método de alineación (por encima de la gráfica que representa las formas de onda de diámetro y velocidad) y haga clic en el botón c "UPDATE"norte. Las dos curvas serán automáticamente alineada en el tiempo con el segundo método derivado 14.
- Construir el último bucle lnD-V trazando el logaritmo natural de los valores de diámetro de un solo golpe contra el único latido valores de velocidad media. Esto se hace automáticamente cuando las dos formas de onda están alineados. Nota: Los puntos incluidos entre el 5% y el 90% del valor máximo de la solo-beat significan curva de velocidad están situados de forma automática y se aplica una interpolación lineal en estos puntos para evaluar la pendiente de la parte lineal del bucle.
- Calcular la VOP de acuerdo con la siguiente ecuación 7
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Resultados
El enfoque propuesto se ha aplicado a los ratones aorta abdominal en un estudio previo 11. Las siguientes figuras muestran los resultados de la aplicación del enfoque descrito en las imágenes ratones reales. Estos datos son de un solo animal (ratones de tipo salvaje, 13 semanas de edad, cepa: C57BL6, peso: 33 g) En particular, la figura 1 representa el resultado del análisis de las imágenes de los Estados Unidos. técnicas de detección de bordes y ...
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Discusión
En este estudio, un algoritmo de procesamiento de imágenes basado en el bucle lnD-V para la evaluación de la VOP en ratones se ha descrito en detalle. El enfoque propuesto se basa en el procesamiento de imágenes de los Estados Unidos solamente y, por lo tanto, podría representar una alternativa válida a las técnicas existentes 6, 13 para la evaluación de la rigidez arterial en modelos de ratón. De hecho, por el contrario a los métodos invasivos
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| VEVO2100 | FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canadá | equipo de microultrasonido | |
| MS250 Sonda de ultrasonido | FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canadá | sonda de microsonido | |
| EKV Software | FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canadá | Software | |
| Matlab R2015a | MathWorks Inc, Natick, MA, EE. UU. | Software | |
| Pasta conductora | Elegido por el operador | Material de laboratorio | |
| Vaselina | Elegido por el operador | Material de laboratorio | |
| Crema depilatoria | Elegido por el operador | Material de laboratorio | |
| Acoplamiento acústico Gel | Elegido por el operador | Material de laboratorio | |
| Desarrollo del software | Los autores están dispuestos a colaborar con aquellos investigadores que estén interesados en el software y a ponerlo a disposición bajo su supervisión |
Referencias
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Reimpresiones y permisos
