Name: Reconstructions anatomiques du système veineux cardiaque humaine à laide de contraste tomodensitométrie des échantillons Perfusion-fixes (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-04-18T09:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 2 s
Description: Découvrez la reconstruction 3D du système veineux cardiaque humain par tomodensitométrie avec contraste sur cœurs fixes en perfusion. Cette méthode permet de créer une base de données anatomique pour la conception de dispositifs cardiaques sans exposition aux agents de contraste ni aux radiations.

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Nous tenons à remercier Dionna Gamble, Allison Larson, et Katia Torres pour l&#39;aide à la production du modèle et les mesures, Monica Mahre d&#39;assistance manuscrit, Gary Williams pour l&#39;assistance technique, Jerrald Spencer Jr. d&#39;assistance avec les chiffres et les Services d&#39;imagerie Fairview à l&#39; Université du Minnesota. Le financement a été reçu à l&#39;Institut de génie en médecine (Université du Minnesota) et dans le cadre d&#39;un contrat de recherche avec Medtronic Inc.

Procédure Le tableau 1 résume les matériaux utilisés au cours du processus. Figure 1 donne un aperçu du processus. 1. Échantillons et analyse Préparation <ol><li> Procurez-vous les cœurs humains isolés fraîches et ensuite perfusion fixer dans 10% de formol tamponné dans leur état en fin de diastole. </li><li> Rincez les cœurs doivent être analysées dans l&#39;eau le jour avant la numérisation afin d&#39;éliminer la majorité de la formaline. </li><li> Avant d&#39;aller au scanner, cathétériser le sinus (CS) veine coronaire dans chaque cœur avec un cathéter à ballonnet de venogram. Obtenir l&#39;accès au CS soit par la veine cave supérieure ou inférieure sous visualisation directe ou l&#39;utilisation de videoscopes. </li><li> Une fois en place, gonfler le ballon de ce cathéter venogram pour ancrer le cathéter dans le CS. </li><li> Placez chaque cœur dans un conteneur de polymère pouvant être scellé au sommet d&#39;une éponge qui a été conçu de sorte quele cœur peut s&#39;asseoir dans sa position anatomique attitudinally correct. </li></ol> 2. La tomodensitométrie <ol><li> 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. </li><li> Connecter l&#39;extrémité proximale du cathéter de phlébogramme à un injecteur qui contient deux seringues d&#39;injection: une pour le contraste et l&#39;autre pour une solution saline. </li><li> Injecter automatiquement 40 ml de contraste dans le système veineux cardiaque à 5 ml / sec. </li><li> CT Scan cœur 8 sec après l&#39;injection de contraste est lancée. Réglez le scanner de 512 x 512 pixels de résolution avec 0,6 épaisseur de coupe mm. </li><li> Injecter automatiquement les 40 ml de solution saline dans le système veineux cardiaque à 5 ml / s pour rincer le contraste. </li><li> Exporter les images DICOM CT sur un disque dur externe. </li></ol> 3. Reconstruction et mesures <ol><li> Téléchargez CT images DICOM dans Mimics Software. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> Remplir manuellement dans des poches d&#39;air au sein d&#39;une trame de la veine proposée par trame. </li><li> Générer un objet 3D à partir du masque résultant. </li><li> Lisser et terminer cet objet pour éliminer les géométries difficiles. Vidéo 1 présente un de ces modèles 3D tournant dans l&#39;espace. </li><li> Générer médianes pour chaque modèle 3D créé. </li><li> L&#39;utilisation de ces axes, mesurer la longueur de l&#39;arc, l&#39;angle de branchement, tortuosité (longueur de l&#39;arc / distance linéaire) et diamètres pour chaque navire majeur dans chaque cœur. Notre nomenclature anatomique utilisé est affiché dans la figure 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>
<li>Lu, F. Cardiac resynchronization therapy. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLu%2C+F+%22Handbook+of+cardiac+physiology+and+anatomy%22">Handbook of cardiac physiology and anatomy</a>. Iaizzo, P. , 2nd ed, Springer Science. New York, N.Y. 475-497 (2009).</li>
<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>
<li>Gerber, T. C., Sheedy, P. F., Bell, M. R., Hayes, D. L., Rumberger, J. A., Behrenbeck, T., Holmes, D. R., Schwartz, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+the+coronary+venous+system+using+electron+beam+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Cardiovasc.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Evaluation of the coronary venous system using electron beam computed tomography.</a> Int. J. Cardiovasc. Imaging. 17, 65-75 (2001).</li>
<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>

Aucun conflit d&#39;intérêt déclaré.

Notre laboratoire développe une bibliothèque d&#39;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&#39;une base de données anatomiques, qui pourrait être utilisé pour la conception de disp...

reconstructions anatomiques du système veineux cardiaque humaine à l&#39;aide de contraste tomodensitométrie des échantillons perfusion-fixes

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

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&#39;anatomie veineuse cardiaque est connu pour être l&#39;une des principales limites de la bonne livraison de la thérapie de resynchronisation cardiaque (CRT) 1 Par conséquent, le développement d&#39;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&#39;aide de contraste tomodensitométrie (TDM) et un logiciel de modélisation (Materialise, Louvain, Belgique). Les paramètres suivants ont été évalués pour chaque veine: longueur d&#39;arc, tortuosité, angle de branchement, la distance à l&#39;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&#39;insuffisance cardiaque peuvent bénéficier de CRT 2. Asynchronisme électromécanique implique que les parties de l&#39;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&#39;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&#39;intérieur d&#39;une veine cardiaque, dans le but de le superposer à l&#39;intérieur de l&#39;emplacement de la dernière activation du myocarde. Nous pensons que les modèles obtenus et les analyses de ceux-ci favoriseront l&#39;enseignement de l&#39;anatomie des patients, des étudiants, des cliniciens, et les concepteurs de dispositifs médicaux. Les méthodes employées ici peuvent également être utilisées pour étudier d&#39;autres caractéristiques anatomiques de nos spécimens cardiaques humaines, telles queles artères coronaires. Afin d&#39;encourager davantage la valeur éducative de cette recherche, nous avons partagé les modèles veineux sur notre site internet en accès libre: <a href="http://www.vhlab.umn.edu/atlas" target="_blank">www.vhlab.umn.edu / atlas</a> .

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&#39;une veine postérieure de l&#39;(PVLV), la veine LV postéro-latéral (VPL), veine latérale de gauche (LLV), et / ou de la veine antéro-latérale (ALV), tandis que d&#39;autres cœurs peuvent ne pas avoir eu ...

L&#39;objectif de cette recherche est de recréer, puis accéder à l&#39;anatomie du système veineux cardiaque humaine en utilisant des reconstitutions en 3D générés par contraste tomodensitométrie.

Reconstructions anatomiques du système veineux cardiaque humaine à l&#39;aide de contraste tomodensitométrie des échantillons Perfusion-fixes

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

L'objectif général de cette procédure est de générer des modèles tridimensionnels du système veineux cardiaque humain afin de constituer une base de données anatomiques pouvant être utilisée pour la conception de dispositifs cardiaques destinés à être utilisés dans ces vaisseaux. Cela est réalisé en premier lieu en préparant l'échantillon de cœur humain en le fixant à son état diastolique final et en canulant le sinus coronaire à l'aide d'un cathéter à ballonnet pour véniogramme. Dans la deuxième étape, des images de tomodensitométrie avec produit de contraste du système veineux cardiaque sont obtenues lors de la dernière étape.Des modèles 3D sont générés à partir des scanners TDM, permettant d'obtenir diverses mesures anatomiques. L'un des principaux avantages de notre technique par rapport à d'autres méthodes, telles que l'évaluation in vivo de l'anatomie des veines cardiaques, est qu'elle n'expose pas le patient à des agents de contraste ni à des radiations. Nous avons eu l'idée de cette méthode pour la première fois lorsque nous cartographiions initialement le système veineux cardiaque de ces cœurs fixés par perfusion à l'aide d'un microscribe sur la surface épicrodiale.Cependant, cette méthode présentait certaines limites. Elle était restreinte par la quantité de tissu adipeux et produisait des modèles en 2D. L'utilisation de tomodensitométries avec contraste pour la génération de modèles permet de surmonter ces limitations dès qu'elles sont obtenues.Effectuer une perfusion de fixation des cœurs humains fraîchement isolés dans leur état de diastole finale à l’aide de formol tamponné à 10 %. Puis, la veille de l’imagerie, rincer les cœurs à l’eau afin d’éliminer la majeure partie du formol avant de les transporter vers le scanner. Utiliser un cathéter-ballon de véno-scanner pour canuler la veine coronaire dans chaque cœur par l’intermédiaire de la veine cave inférieure.Sous visualisation directe. Une fois en place, gonflez le ballonnet du cathéter de phlébographie pour fixer le cathéter dans le sinus coronaire. Placez ensuite chaque cœur dans un récipient en polymère hermétique, posé sur une éponge conçue pour soutenir le cœur dans sa position anatomique correcte selon l'attitude. Commencez par positionner le cœur sur le plateau du scanner CT comme si un patient était allongé en position décubitus dorsal et la tête en avant sur le scanner. Ensuite, reliez l'extrémité proximale du cathéter de phlébographie à un injecteur contenant deux seringues d'injection. Une pour le produit de contraste et une pour la solution saline.Injectez maintenant automatiquement 40 millilitres de produit de contraste dans le système veineux cardiaque à raison de cinq millilitres par seconde. Huit secondes après le début de l'injection de contraste, effectuez une tomodensitométrie du cœur en réglant la résolution de numérisation à 512 par 512 pixels avec une épaisseur de coupe de 0,6 millimètre. Ensuite, éliminez le produit de contraste en injectant automatiquement 40 millilitres supplémentaires de sérum salin dans le système veineux cardiaque.À raison de cinq millilitres par seconde, exportez les images TDM au format DICOM sur un disque dur externe. Téléversez maintenant les images TDM au format DICOM dans le logiciel MIMIC et générez un masque pour les images TDM qui ne contient que les pixels ayant des unités Hounsfield élevées. Pour mettre en évidence uniquement le contraste présent dans le cœur, supprimez tout contraste ayant fui dans les cavités ou diffusé dans les tissus, de sorte que le masque ne contienne que le contraste situé dans les veines cardiaques principales.Ensuite, remplissez manuellement les poches d'air à l'intérieur d'une veine donnée image par image, puis générez un objet 3D à partir du masque obtenu. Lissez ensuite le masque et ajustez-le afin d'éliminer toute géométrie irrégulière, puis générez des lignes centrales pour chaque modèle 3D créé. Afin de minimiser la variabilité entre utilisateurs lors de la génération des modèles 3D, il est important que l'utilisateur suive attentivement le protocole détaillé et fasse vérifier le modèle par un observateur avant de générer les lignes centrales.Enfin, utilisez les lignes centrales pour mesurer l'angle de branchement, la tortuosité, les diamètres et la longueur d'arc de chaque vaisseau principal dans chaque cœur. Dans ce tableau, les paramètres anatomiques médians des veines cardiaques principales pour 42 spécimens de cœurs humains sont présentés. Tous les spécimens cardiaques comprenaient une veine cardiaque moyenne et une veine interventriculaire antérieure.Certains spécimens contenaient plus d'une veine inférieure, veine latérale inférieure, veine latérale et/ou veine antérolatérale. Bien que d'autres cœurs puissent ne pas présenter une ou deux de ces veines spécifiques dans ce film, un modèle 3D représentatif peut être observé en rotation dans l'espace. Suivez cette procédure : l'un des avantages est que vous pouvez utiliser la visualisation à l'aide de fibroscopes dans les veines cardiaques pour évaluer l'anatomie, valider les modèles de tomodensitométrie (CT) et également déterminer l'emplacement de diverses structures telles que les veines cardiaques, que vous ne pouvez pas voir sur la CT après son développement.Cette technique permet aux chercheurs dans le domaine du génie biomédical d'explorer le système veineux cardiaque et le développement de dispositifs cardiaques utilisant ces vaisseaux. En fin de compte, la modélisation et la cartographie du système veineux cardiaque humain fourniront des connaissances nouvelles sur l'anatomie pertinente pour réaliser diverses procédures cliniques.

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