Summary
L'objectif de cette recherche est de recréer, puis accéder à l'anatomie du système veineux cardiaque humaine en utilisant des reconstitutions en 3D générés par contraste tomodensitométrie.
Abstract
Une compréhension détaillée de la complexité et de la variabilité relative dans le système veineux cardiaque humain est crucial pour le développement de dispositifs cardiaques qui nécessitent un accès à ces navires. Par exemple, l'anatomie veineuse cardiaque est connu pour être l'une des principales limites de la bonne livraison de la thérapie de resynchronisation cardiaque (CRT) 1 Par conséquent, le développement d'une base de données de paramètres anatomiques pour les systèmes veineux cardiaques humaines peut aider à la conception de livraison CRT des dispositifs pour surmonter une telle limitation. Dans ce projet de recherche, les paramètres anatomiques ont été obtenus à partir de reconstructions 3D du système veineux à l'aide de contraste tomodensitométrie (TDM) et un logiciel de modélisation (Materialise, Louvain, Belgique). Les paramètres suivants ont été évalués pour chaque veine: longueur d'arc, tortuosité, angle de branchement, la distance à l'orifice du sinus coronaire, et le diamètre du vaisseau.
CRT est un traitement potentiel pour les patients avec asynchronisme électromécanique. Environ 10-20% des patients atteints d'insuffisance cardiaque peuvent bénéficier de CRT 2. Asynchronisme électromécanique implique que les parties de l'activer myocarde et le contrat plus tôt ou plus tard que la voie de conduction normale du cœur. Dans CRT, dyssynchrone zones du myocarde sont traités par stimulation électrique. CRT stimulation implique généralement sondes de stimulation qui stimulent l'oreillette droite (RA), le ventricule droit (VD) et du ventricule gauche (VG) pour produire des rythmes plus resynchronisés. La sonde VG est généralement implanté à l'intérieur d'une veine cardiaque, dans le but de le superposer à l'intérieur de l'emplacement de la dernière activation du myocarde.
Nous pensons que les modèles obtenus et les analyses de ceux-ci favoriseront l'enseignement de l'anatomie des patients, des étudiants, des cliniciens, et les concepteurs de dispositifs médicaux. Les méthodes employées ici peuvent également être utilisées pour étudier d'autres caractéristiques anatomiques de nos spécimens cardiaques humaines, telles queles artères coronaires. Afin d'encourager davantage la valeur éducative de cette recherche, nous avons partagé les modèles veineux sur notre site internet en accès libre: www.vhlab.umn.edu / atlas .
Protocol
Procédure
Le tableau 1 résume les matériaux utilisés au cours du processus. Figure 1 donne un aperçu du processus.
1. Échantillons et analyse Préparation
- Procurez-vous les cœurs humains isolés fraîches et ensuite perfusion fixer dans 10% de formol tamponné dans leur état en fin de diastole.
- Rincez les cœurs doivent être analysées dans l'eau le jour avant la numérisation afin d'éliminer la majorité de la formaline.
- Avant d'aller au scanner, cathétériser le sinus (CS) veine coronaire dans chaque cœur avec un cathéter à ballonnet de venogram. Obtenir l'accès au CS soit par la veine cave supérieure ou inférieure sous visualisation directe ou l'utilisation de videoscopes.
- Une fois en place, gonfler le ballon de ce cathéter venogram pour ancrer le cathéter dans le CS.
- Placez chaque cœur dans un conteneur de polymère pouvant être scellé au sommet d'une éponge qui a été conçu de sorte quele cœur peut s'asseoir dans sa position anatomique attitudinally correct.
2. La tomodensitométrie
- Placez un cœur donné sur la vitre du scanner CT comme si un patient a été couché sur le dos et la tête la première sur le scanner.
- Connecter l'extrémité proximale du cathéter de phlébogramme à un injecteur qui contient deux seringues d'injection: une pour le contraste et l'autre pour une solution saline.
- Injecter automatiquement 40 ml de contraste dans le système veineux cardiaque à 5 ml / sec.
- CT Scan cœur 8 sec après l'injection de contraste est lancée. Réglez le scanner de 512 x 512 pixels de résolution avec 0,6 épaisseur de coupe mm.
- Injecter automatiquement les 40 ml de solution saline dans le système veineux cardiaque à 5 ml / s pour rincer le contraste.
- Exporter les images DICOM CT sur un disque dur externe.
3. Reconstruction et mesures
- Téléchargez CT images DICOM dans Mimics Software.
- Générer un masque pour le CT images qui ne contient que des pixels avec des unités de haute Hounsfield pour mettre en évidence que le contraste présent dans le cœur.
- Retirer contraste qui a fui dans les chambres ou diffus dans le tissu de sorte que le masque ne contient que le contraste dans les grandes veines cardiaques.
- Remplir manuellement dans des poches d'air au sein d'une trame de la veine proposée par trame.
- Générer un objet 3D à partir du masque résultant.
- Lisser et terminer cet objet pour éliminer les géométries difficiles. Vidéo 1 présente un de ces modèles 3D tournant dans l'espace.
- Générer médianes pour chaque modèle 3D créé.
- L'utilisation de ces axes, mesurer la longueur de l'arc, l'angle de branchement, tortuosité (longueur de l'arc / distance linéaire) et diamètres pour chaque navire majeur dans chaque cœur. Notre nomenclature anatomique utilisé est affiché dans la figure 2.
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Representative Results
Le tableau 2 présente les paramètres anatomiques médiane des grandes veines cardiaques pour 42 spécimens de cœur humain. Tous les échantillons contenaient de coeur une veine interventriculaire postérieure (PIV) et la veine interventriculaire antérieure (AIV). Certains échantillons contenaient plus d'une veine postérieure de l'(PVLV), la veine LV postéro-latéral (VPL), veine latérale de gauche (LLV), et / ou de la veine antéro-latérale (ALV), tandis que d'autres cœurs peuvent ne pas avoir eu un ou deux de ces veines spécifiques présents.
| Les matériaux utilisés |
| Perfusion fixe Human Hearts |
| cathéters à ballonnet de venogram |
| Polymère contenant hermétique |
| Éponge de coeur anatomiquement correct |
| CT scanner et logiciels |
| Le contraste et la Saline Injector |
| Contraste (Omnipaque) |
| Mimics Software |
Tableau 1. Résumé des matériaux utilisés dans la méthodologie présentée.
Figure 1. Résumé des méthodes. (A) Le sinus coronaire d'un cœur perfusion fixe isolé donné une canule avec un cathéter à ballonnet de venogram et (B) placé dans sa position attitudinally correct. (C) L'échantillon est analysé en contraste est injecté dans la veine cardiaque système suivie d'une chasse d'eau saline. (D) Les images générées sont utilisées pour créer des reconstructions numériques des veines de sorte que les mesures suivantes peuvent être prises.
Vidéo 1. Un exemple de 3D cardiaque veineux mOdel générés par contraste calculée CT. Cliquez ici pour voir la vidéo.
Figure 2. Nomenclature des principaux vaisseaux du système veineux cardiaque.
Tableau 2. Résumé des mesures obtenues à ce jour pour 42 spécimens de cœur humain. Cliquez ici pour agrandir le tableau .
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Discussion
Notre laboratoire développe une bibliothèque d'échantillons cardiaques fixes perfusion pour diverses études anatomiques. À ce jour, nous avons plus de 240 spécimens conservés. Les méthodes spécifiques que nous avons utilisés pour préparer ces spécimens ont été décrits précédemment 3. La présente étude décrit une nouvelle méthodologie pour la cartographie du système veineux cardiaque humaine et pour le développement d'une base de données anatomiques, qui pourrait être utilisé pour la conception de dispositifs cardiaques employées dans les vaisseaux.
Des études antérieures ont utilisé la résonance magnétique (RM) 4 et CT 5-12 imagerie sur des patients vivants pour évaluer l'anatomie du système veineux cardiaque. L'avantage principal de notre étude est qu'il n'y a aucun danger à vivre patients due à l'injection de contraste et de l'exposition aux rayonnements 13-14. Nous sommes également en mesure d'analyser une vaste base de données de spécimens, tous préparés de la même façon. Ces spécimens peuvent être réanalysés si additional images sont nécessaires. Les paramètres anatomiques obtenues à partir de cette méthode dans le tableau 2 ont été généralement supérieures à celles présentées dans les études in vivo. Nous pensons que c'est parce que les reconstitutions statiques présentées ici sont perfusion fixés dans leur forme en fin de diastole et doivent représentent un instantané des veines quand le cœur est à ce stade du cycle cardiaque (par exemple, les dimensions maximales).
Il convient de noter qu'il existe plusieurs limitations de l'étude présentée ici. Dans certains de nos échantillons cardiaques humaines plus âgés, les ventricules ont été quelque peu effondrés pendant le processus d'imagerie, ce qui peut affecter certains des modèles qui en résultent. Pour remédier à cette limitation, nous étudions actuellement les gélification des chambres ventricule pour assurer le cœur maintient sa diastolique forme d'extrémité (dilatée). Une autre limite de l'étude est que la génération du modèle et les mesures ultérieures obtenues peuvent être dépendantes de l'utilisateur. Nous VHAe tenté de minimiser cette limitation en ayant un enquêteur vérifier chaque modèle généré. User-dépendance des modèles sera évaluée en comparant les modèles de la même coeur créé par différents utilisateurs. Enfin, la quantité de contraste qui diffuse dans le tissu de l'échantillon au cours de ces scanners fixes varie de cœur à cœur. Par conséquent, certaines variations que nous observons dans cette base de données peut avoir des variations de diffusion tissulaire, pas vraiment les variations de l'anatomie veineuse. Malgré ces limites, les modèles 3D générés fournissent des informations utiles concernant le système veineux cardiaque humaine dans diverses populations de patients. Nous allons continuer à développer et à partager notre nouvelle base de données de ces modèles et leurs mesures anatomiques associées que nous recevrons d'autres spécimens.
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Disclosures
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Acknowledgments
Nous tenons à remercier Dionna Gamble, Allison Larson, et Katia Torres pour l'aide à la production du modèle et les mesures, Monica Mahre d'assistance manuscrit, Gary Williams pour l'assistance technique, Jerrald Spencer Jr. d'assistance avec les chiffres et les Services d'imagerie Fairview à l' Université du Minnesota.
Le financement a été reçu à l'Institut de génie en médecine (Université du Minnesota) et dans le cadre d'un contrat de recherche avec Medtronic Inc.
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