Name: Las reconstrucciones anatómicas del sistema venoso cardíaco humana usando tomografía computarizada con contraste de las muestras de perfusión fijos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-04-18T09:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 2 s
Description: Aprende a generar modelos 3D del sistema venoso cardíaco humano mediante tomografía computarizada con contraste en muestras de perfusión fijas. Esta técnica permite crear una base de datos anatómica para el diseño de dispositivos cardíacos sin exponer al paciente a agentes de contraste ni radiación.

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Nos gustaría agradecer Dionna Gamble, Allison Larson y Katia Torres para obtener ayuda con la generación de modelos y medidas, Monica mahre de asistencia manuscrito, Gary Williams para la asistencia técnica, Jerrald Spencer Jr. para obtener ayuda con las cifras y las imágenes de los servicios de Fairview en el Universidad de Minnesota. Se ha recibido financiación del Instituto de Ingeniería en Medicina (Universidad de Minnesota) y en parte de un contrato de investigación con Medtronic Inc.

Procedimiento La Tabla 1 resume los materiales utilizados durante el proceso. Figura 1 ofrece una visión general del proceso. 1. Preparación de muestras y análisis <ol><li> Obtener los corazones aislados de humanos frescos y, posteriormente, la perfusión fijarlos en formalina tamponada al 10% en su estado final de la diástole. </li><li> Enjuague los corazones que se exploró en agua el día antes de explorar con el fin de eliminar la mayoría de la formalina. </li><li> Antes de dirigirse al escáner, canular el seno vena coronaria (CS) dentro de cada corazón con un catéter de balón venografía. Obtener acceso a la CS ya sea a través del superior o inferior de la vena cava bajo visualización directa o el uso de videoscopios. </li><li> Una vez en su lugar, inflar el globo de este catéter venograma para anclar el catéter en el CS. </li><li> Coloque cada corazón dentro de un contenedor de polímero sellable en la parte superior de una esponja que ha sido diseñado de manera queel corazón puede sentarse en su posición anatómica correcta attitudinally. </li></ol> 2. Tomografía computarizada <ol><li> Coloque un corazón dado en el escáner CT como si el paciente estaba acostado en posición supina y la cabeza por primera vez en el escáner. </li><li> Conectar el extremo proximal del catéter venograma a un inyector que contiene dos jeringas de inyección: uno para el contraste y uno para la solución salina. </li><li> Inyectar automáticamente 40 ml de contraste en el sistema venoso cardíaco en 5 ml / seg. </li><li> CT scan del corazón 8 segundos después de que se inició la inyección de contraste. Establezca la tomografía computarizada para x 512 píxeles de resolución 512 con 0,6 mm de grosor de corte. </li><li> Inyectar automáticamente 40 ml de solución salina en el sistema venoso cardíaco en 5 ml / seg para eliminar el contraste. </li><li> Exportar las imágenes de TC DICOM en un disco duro externo. </li></ol> 3. Reconstrucción y Medidas <ol><li> Subir CT imágenes DICOM en Imita Software. </li><li> Generar una máscara para la CT images que sólo contiene píxeles con unidades de alta Hounsfield para resaltar sólo el contraste presente en el corazón. </li><li> Retire contraste que se ha filtrado en las cámaras o difunde en el tejido de manera que la máscara sólo contiene el contraste dentro de las grandes venas cardiacas. </li><li> Llenar manualmente en bolsas de aire dentro de un marco vena dada por cuadro. </li><li> Generar un objeto 3D de la máscara resultante. </li><li> Suave y envolver el objeto de eliminar geometrías irregulares. Vídeo 1 presenta uno de estos modelos 3D que gira en el espacio. </li><li> Generar líneas centrales de cada modelo 3D creado. </li><li> El uso de estas centrales, mida la longitud del arco, ángulo de ramificación, tortuosidad (longitud de arco / distancia lineal) y diámetros para cada vaso principal en cada corazón. Nuestra nomenclatura anatómica empleado se muestra en la Figura 2. </li></ol>

<ol><li>Burkhardt, J. D., Wilkoff, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interventional+electrophysiology+and+cardiac+resynchronization+therapy%3A+delivering+electrical+therapies+for+heart+failure%5BTitle%5D)+AND+%22Circ%22%5BJournal%5D)">Interventional electrophysiology and cardiac resynchronization therapy: delivering electrical therapies for heart failure.</a> Circ. 115, 2208-2220 (2007).</li>
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<li>Eggen, M. D., Swingen, C. M., Iaizzo, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ex+vivo+diffusion+tensor+MRI+of+human+hearts%3A+relative+effects+of+specimen+decomposition%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Ex vivo diffusion tensor MRI of human hearts: relative effects of specimen decomposition.</a> Magn. Reson. Med. 67, 1703-1709 (2012).</li>
<li>Manzke, R., Binner, L., Bornstedt, A., Merkle, N., Lutz, A., Gradinger, R., Rasche, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+the+coronary+venous+system+in+heart+failure+patients+by+blood+pool+agent+enhanced+whole-heart+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+Radiol%22%5BJournal%5D)">Assessment of the coronary venous system in heart failure patients by blood pool agent enhanced whole-heart MRI.</a> Eur. Radiol. 21, 799-806 (2010).</li>
<li>Abbara, S., Cury, R. C., Nieman, K., Reddy, V., Moselewski, F., Schmidt, S., Ferencik, M., Hoffman, U., Brady, T. J., Achenbach, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+evaluation+of+cardiac+veins+with+16-MDCT+angiography%5BTitle%5D)+AND+%22AJR.+Am.+J.+Roentgenol%22%5BJournal%5D)">Noninvasive evaluation of cardiac veins with 16-MDCT angiography.</a> AJR. Am. J. Roentgenol. 185, 1001-1006 (2005).</li>
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<li>Jongbloed, M. R. M., Lamb, H. J., Bax, J. J., Schuijf, J. D., de Roos, A., vander Wall, E. E., Schalij, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+visualization+of+the+cardiac+venous+system+using+multislice+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Coll.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Noninvasive visualization of the cardiac venous system using multislice computed tomography.</a> J. Am. Coll. Cardiol. 45, 749-753 (2005).</li>
<li>Mao, S., Shinbane, J. S., Girky, M. J., Child, J., Carson, S., Oudiz, R. J., Budoff, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coronary+venous+imaging+with+electron+beam+computed+tomographic+angiography%3A+three-dimensional+mapping+and+relationship+with+coronary+arteries%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+Heart+J%22%5BJournal%5D)">Coronary venous imaging with electron beam computed tomographic angiography: three-dimensional mapping and relationship with coronary arteries.</a> Am. Heart J. 150, 315-322 (2005).</li>
<li>Muhlenbruch, G., Koos, R., Wildberger, J. E., Gunther, R. W., Mahnken, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+the+cardiac+venous+system%3A+comparison+of+MDCT+and+conventional+angiography%5BTitle%5D)+AND+%22AJR.+Am.+J.+Roentgenol%22%5BJournal%5D)">Imaging of the cardiac venous system: comparison of MDCT and conventional angiography.</a> AJR. Am. J. Roentgenol. 185, 1252-1257 (2005).</li>
<li>Schaffler, G. J., Groell, R., Peichel, K. H., Rienmuller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+the+coronary+venous+drainage+system+using+electron-beam+CT%5BTitle%5D)+AND+%22Surg.+Radiol.+Anat%22%5BJournal%5D)">Imaging the coronary venous drainage system using electron-beam CT.</a> Surg. Radiol. Anat. 22, 35-39 (2000).</li>
<li>Tada, H., Kurosaki, K., Naito, S., Koyama, K., Itoi, K., Ito, S., Ueda, M., Shinbo, G., Hoshizaki, H., Nogami, A., Oshima, S., Taniguchi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+visualization+of+the+coronary+venous+system+using+multidetector+row+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Circ.+J%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional visualization of the coronary venous system using multidetector row computed tomography.</a> Circ. J. 69, 165-170 (2005).</li>
<li>Van de Veire, N. R., Schuijf, J. D., Sutter, J. D., Devos, D., Bleeker, G. B., de Roos, A., vander Wall, E. E., Schalij, M. J., Bax, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+visualization+of+the+cardiac+venous+system+in+coronary+artery+disease+patients+using+64-slice+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Coll.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Non-invasive visualization of the cardiac venous system in coronary artery disease patients using 64-slice computed tomography.</a> J. Am. Coll. Cardiol. 48, 1832-1838 (2006).</li>
<li>de Jong, P. A., Mayo, J. R., Golmohammadi, K., Nakano, Y., Lequin, M. H., Tiddens, H. A., Aldrich, J., Coxson, H. O., Sin, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+cancer+mortality+associated+with+repetitive+computed+tomography+scanning%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Respir.+Crit.+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Estimation of cancer mortality associated with repetitive computed tomography scanning.</a> Am. J. Respir. Crit. Care Med. 173, 199-203 (2006).</li>
<li>Martin, D. R., Semelka, R. C., Chapman, A., Peters, H., Finn, P. J., Kalb, B., Thomsen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nephrogenic+systemic+fibrosis+versus+contrast-induced+nephropathy%3A+risks+and+benefits+of+contrast-enhanced+MR+and+CT+in+renally+impaired+patients%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Nephrogenic systemic fibrosis versus contrast-induced nephropathy: risks and benefits of contrast-enhanced MR and CT in renally impaired patients.</a> J. Magn. Reson. Imaging. 30, 1350-1356 (2009).</li>
</ol>

No hay conflictos de interés declarado.

Nuestro laboratorio está desarrollando una biblioteca de perfusión fijos especímenes de corazón para diversas investigaciones anatómicas. Hasta la fecha, contamos con más de 240 especímenes conservados. Los métodos específicos que hemos usado para preparar estos especímenes se han descrito anteriormente 3. El presente estudio describe una nueva metodología para el mapeo del sistema venoso cardíaco humana y para el desarrollo de una base de datos anatómica, que podría ser utilizado para el diseño de dispositiv...

las reconstrucciones anatómicas del sistema venoso cardíaco humana usando tomografía computarizada con contraste de las muestras de perfusión fijos

Anatomical Reconstructions of the Human Cardiac Venous System using Contrast-computed Tomography of Perfusion-fixed Specimens

Una comprensión detallada de la complejidad y variabilidad relativa dentro del sistema venoso cardíaco humano es crucial para el desarrollo de dispositivos cardiacos que requieren acceso a estos vasos. Por ejemplo, la anatomía venosa cardíaca es conocido por ser una de las limitaciones principales para la entrega apropiada de la terapia de resincronización cardiaca (CRT) 1 Por lo tanto, el desarrollo de una base de datos de parámetros anatómicos para sistemas venosos cardíacos humanos puede ayudar en el diseño de la administración de TRC dispositivos para superar esta limitación. En este proyecto de investigación, se obtuvieron los parámetros anatómicos de las reconstrucciones 3D del sistema venoso mediante tomografía computarizada con contraste (TC) y el software de modelado (Materialise, Lovaina, Bélgica). Los siguientes parámetros fueron evaluados para cada sentido: longitud de arco, tortuosidad, el ángulo de ramificación, distancia al ostium del seno coronario, y el diámetro de los vasos. CRT es un tratamiento potencial para patipadres con asincronía electromecánica. Aproximadamente el 10-20% de los pacientes con insuficiencia cardíaca puede beneficiarse de la TRC 2. Asincronía electromecánica implica que las partes de la activación del miocardio y el contrato antes o después de la vía de conducción normal del corazón. En CRT, dyssynchronous áreas del miocardio son tratados con estimulación eléctrica. Marcapasos CRT suele implicar cables de estimulación que estimulan la aurícula derecha (AD), ventrículo derecho (VD) y ventrículo izquierdo (LV) para producir ritmos más vuelven a sincronizar. El cable de VI se implanta normalmente dentro de una vena cardíaca, con el objetivo de superponer dentro del sitio de la última activación del miocardio. Creemos que los modelos obtenidos y el análisis de los mismos promoverán la formación anatómica de los pacientes, estudiantes, médicos, y los diseñadores de dispositivos médicos. Las metodologías empleadas aquí también pueden ser utilizados para estudiar otras características anatómicas de los especímenes de corazón humano, tales comolas arterias coronarias. Para fomentar aún más el valor educativo de esta investigación, hemos compartido los modelos venosas en nuestro sitio web de acceso libre: <a href="http://www.vhlab.umn.edu/atlas" target="_blank">www.vhlab.umn.edu / atlas</a> .

La Tabla 2 presenta los parámetros anatómicos mediana para los principales venas cardiacas para 42 muestras de corazón humano. Todas las muestras contenían corazón una vena interventricular posterior (PIV) y la vena interventricular anterior (VIA). Algunas muestras contenían más de una vena posterior del (PVLV), vena LV postero-lateral (PLV), vena lateral izquierdo (LLV), y / o vena antero-lateral (ALV), mientras que otros corazones no han tenido uno o dos de estas vetas específicas presentes. <tabl...

El objetivo de esta investigación es la de recrear y luego acceder a la anatomía del sistema venoso cardíaco humano utilizando reconstrucciones 3D generados por las exploraciones con contraste de tomografía computarizada.

Las reconstrucciones anatómicas del sistema venoso cardíaco humana usando tomografía computarizada con contraste de las muestras de perfusión fijos

A detailed  understanding of the complexity and relative variability within the human  cardiac venous system is crucial for the development of cardiac ...

El objetivo general de este procedimiento es generar modelos tridimensionales del sistema venoso cardíaco humano para el desarrollo de una base de datos anatómica que pueda utilizarse en el diseño de dispositivos cardíacos empleados dentro de estos vasos. Esto se logra primero preparando la muestra de corazón humano fijándola en su estado de diástole final y canulando el seno coronario con un catéter balón venograma. En el segundo paso, se obtienen imágenes de tomografía computarizada con contraste del sistema venoso cardíaco durante el paso final.Se generan modelos 3D a partir de las tomografías computarizadas, de las cuales se pueden obtener diversas mediciones anatómicas. Una de las principales ventajas de nuestra técnica frente a otros métodos, como la evaluación in vivo de la anatomía venosa cardíaca, es que no expone al paciente a agentes de contraste ni a radiación. Tuvimos la idea original de este método cuando estábamos realizando inicialmente el mapeo del sistema venoso cardíaco de estos corazones fijados por perfusión, utilizando un microescriba sobre la superficie epicárdica.Sin embargo, este método tenía algunas limitaciones. Estaba limitado por la cantidad de tejido adiposo, así como por el hecho de que generaba modelos bidimensionales. El uso de TAC con contraste para la generación de modelos supera estas limitaciones tan pronto como se obtienen.Fije por perfusión los corazones humanos recién aislados en su estado de diástole final en formaldehído tamponado al 10 %. Luego, el día anterior a la exploración, enjuague los corazones con agua para eliminar la mayor parte del formaldehído antes de dirigirse al escáner. Utilice un catéter balón para venografía para canular la vena del seno coronario dentro de cada corazón a través de la vena cava inferior.Bajo visualización directa. Una vez colocado, infle el balón del catéter venográfico para anclar el catéter en el seno coronario. Ahora, coloque cada corazón dentro de un recipiente polimérico hermético encima de una esponja diseñada para sostener el corazón en su posición anatómica correcta según la actitud.Comience colocando el corazón sobre la camilla del escáner de TC como si un paciente estuviera acostado en posición supina y con la cabeza hacia delante sobre el escáner. A continuación, conecte el extremo proximal del catéter venográfico a un inyector que contiene dos jeringas de inyección: una para el contraste y otra para la solución salina.Ahora inyecte automáticamente 40 mililitros de contraste en el sistema venoso cardíaco a cinco mililitros por segundo. Ocho segundos después de iniciada la inyección de contraste, realice una tomografía computarizada del corazón configurada a una resolución de 512 por 512 píxeles con un grosor de corte de 0,6 milímetros. A continuación, elimine el contraste inyectando automáticamente 40 mililitros más de suero salino en el sistema venoso cardíaco.A cinco mililitros por segundo, exporte las imágenes CT DICOM a un disco duro externo. Ahora cargue las imágenes CT DICOM en el software Mimics y genere una máscara para las imágenes CT que contenga únicamente píxeles con altas unidades Hounsfield. Para resaltar únicamente el contraste presente en el corazón, elimine cualquier contraste que haya filtrado hacia las cámaras o se haya difundido hacia el tejido, de modo que la máscara contenga únicamente el contraste dentro de las venas cardíacas principales.Luego, rellene manualmente los bolsillos de aire dentro de un marco venoso determinado cuadro por cuadro, y genere un objeto 3D a partir de la máscara resultante. A continuación, suavice y envuelva la máscara para eliminar cualquier geometría irregular, y luego genere líneas centrales para cada modelo 3D creado. Con el fin de minimizar la variabilidad del usuario en la generación de los modelos 3D, es importante que el usuario siga cuidadosamente el protocolo detallado y que tenga un observador que verifique el modelo antes de generar las líneas centrales.Finalmente, utilice las líneas centrales para medir el ángulo de ramificación del arco, la tortuosidad y los diámetros de cada vaso principal en cada corazón. En esta tabla se presentan los parámetros anatómicos medianos de las venas cardíacas principales para 42 especímenes de corazones humanos. Todos los especímenes cardíacos contenían una vena cardíaca media y una vena interventricular anterior.Algunos especímenes contenían más de una vena inferior, vena lateral inferior, vena lateral y/o vena anterolateral. Aunque otros corazones podrían no haber tenido una o dos de estas venas específicas presentes en esta película, se puede observar un modelo 3D representativo girando en el espacio. Siguiendo este procedimiento, una de las ventajas es que se puede utilizar la visualización con videoscopios dentro de las venas cardíacas para evaluar la anatomía, validar los modelos de TC y también determinar la ubicación de diversas estructuras, como las venas cardíacas, que no se pueden ver en la TC tras su desarrollo.Esta técnica permite a los investigadores en el campo de la ingeniería biomédica explorar el sistema venoso cardíaco y el desarrollo de dispositivos cardíacos que utilizan estos vasos. En última instancia, la modelización y la cartografía del sistema venoso cardíaco humano proporcionarán nuevas perspectivas sobre la anatomía relevante para realizar diversos procedimientos clínicos.

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