קשיות עורקים מהוות גורם מפתח מהיר גל מחלה ודופק לב וכלי דם (PWV) יכול להיחשב כמדד פונדקאי עבור קשיות עורקות. פרוטוקול זה מתאר אלגוריתם עיבוד תמונה לחישוב PWV בעכברים מבוססים על עיבוד תמונת אולטרסאונד כי הוא ישים באתרים עורקים שונים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
אולטראסאונד מבוסס הערכה מהירה גל דופק של עכברים
במאמר זה
סיכום
תקציר
ניתן להעריך קשיות העורקים על ידי חישוב מהיר גל דופק (PWV), כלומר, המהירות שבה הגל הדופק נוסע בתוך כלי צינור. פרמטר זה נחקר ויותר במודלים של מכרסמים קטנים שבם הוא משמש להערכת שינויים בתפקוד כלי דם הקשורים גנוטיפים מסוימים / טיפולים או לאפיון התקדמות מחלות לב וכלי דם. פרוטוקול זה מתאר אלגוריתם עיבוד תמונה אשר מוביל מדידת PWV עורקי פולשני בעכברים באמצעות תמונות אולטרסאונד (US) בלבד. הטכניקה המוצעת נעשה שימוש כדי להעריך PWV אבי העורקים בבטן בעכברים ולהעריך שינויים גיל-הקשורים אליו.
סריקות ארה"ב אבי עורקים בבטן מתקבלות מעכברים בהרדמת גזים באמצעות מכשיר מסוים בארה"ב מצויד בדיקות US בתדירות גבוהה. B-mode ו דופלר-הגל דופק (PW-דופלר) תמונות מנותחות על מנת לקבל בקוטר מתכוון מהירויות ערכים מיידיים, בהתאמה. לשם כך, מעקב טכניקות קונטור איתור קצה מועסקים. הסינגל-הפעימה אומרת גל קוטר ומהירות שמתאים זמן בשילוב כדי להשיג את המהירות-הקוטר (Lnd-V) לולאה. ערכי PWV מתקבלים שיפוע החלק הליניארי של הלולאה, אשר תואמת את השלב הסיסטולי מוקדם.
עם הגישה הנוכחית, אנטומי ומידע לגבי תפקודו העכבר אבי העורקים בבטן יכולה להיות מושגת הלא פולשני. דרישה בעיבוד תמונות ארה"ב בלבד, יתכן שהדבר מעיד כלי שימושי לאפיון לא פולשנית של אתרי עורקים שונים העכבר במונחים של תכונות אלסטיות. היישום של הטכניקה הנוכחית ניתן להרחיב בקלות למחוזות וסקולרית אחרים, כגון עורק התרדמה, ובכך לספק את האפשרות לקבל הערכת קשיות עורקים רב באתר.
מבוא
מודלים עכבר מועסקים ויותר לחקירה למחלות לב וכלי דם (CVD) ומשמש בעיקר מחקרים ארוכי טווח המאפשרים אפיון של השלבים השונים של התפתחות המחלה 1. תכונות אלסטיות של עורקים גדולים קשורות במצבים פתולוגיים שונים; מנקודת מבט טכנית, ניתן להעריך קשיות העורקים על ידי מהירות גל הדופק מדידה (PWV), המייצג את המהירות שבה גל הדופק נוסע צינור כלי 2. בגלל המשמעות הקלינית שלה, היא נמדדת ויותר אפילו 3 במודלים של בעלי חיים קטנים פרה-קליניים.
טכניקות שונות זמינות להערכת PWV בעכברים. גישות פולשנית מבוססות על השימוש מתמר ללחץ קטטר-קצה. PWV נבחנת באמצעות רכישת אותות הלחץ בשני אתרים עורקים שונים חלוקת המרחק בין שני של המדידהites ידי שינוי הזמן בין אותות 4. החסרון העיקרי הקשורים אלו סוגים של טכניקות הוא שהם דורשים קורבן חיה להערכת המרחק בין שני האתרים מדידים, ולכן לא ניתן להשתמש מחקרים ארוכים טווח. כדי להתגבר על מגבלה זו, גישות לא פולשנית, המבוססת על שיטות הדמיה שונות, פותחו. המחקרים קודמים דיווחו ערכות PWV בעכברים מתקבלות על ידי יישום שיטת זמן המעבר על נתוני הדמיה בתהודה מגנטית בקידוד מהירות 5 אותות פעמו-דופלר 6. עם זאת, ערך PWV שהושג עם שיטות אלה היא ערכה אזורית של קשיות עורקות. למעשה, היא מייצגת ערך ממוצע, והיוותה עורקים שונים מבחינת גודל ומאפיינים אלסטית. בנוסף, אלו סוגים של הערכות דורשים הערכת המרחק בין שני האתרים מדידים המהווה מקור לטעויות שיכולים INFluence את התוצאה הסופית.
PWV ניתן להעריך באמצעות מהירות קוטר (Lnd-V) לולאה 7. שיטה זו מבוססת על ההערכה סימולטני של ערכי מהירות קוטר וזרימה בתוך כלי שנבחר. על פי גישה זו, הלולאה-V Lnd מתקבלת על ידי ערכי קוטר לוגריתם טבעי זוממים vs מתכוונת ערכי מהירות PWV מוערך על ידי חישוב שיפוע החלק הליניארי של לולאת השיג המתאימה השלב הסיסטולי מוקדם. באשר ליישום המעשי של שיטה זו, עבודות קודמות כבר דיווחו על תוצאות על יישומו מערכת הגדרה במבחנת 7 והשימוש בו להערכה הן הקרוטיד PWV ירך בבני האדם 8.
המטרה העיקרית של המחקר הנוכחי היא לספק תיאור מפורט של אלגוריתם עיבוד תמונה המספק מדידת PWV עורקי פולשני בעכברים באמצעות Uתמונות S בלבד. הגישה המוצעת מאפשרת הערכה של קשיות העורקים המקומית באמצעות עיבוד של שני B-mode ו פעמו-Wave דופלר (PW-דופלר) תמונות יכול להיות מיושם על העורקים בעל חשיבות עליונה, כגון אבי העורקים בבטן.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
ניסויים בבעלי חיים בוצעו בהתאם להנחיית האיחוד האירופי (2010/63 / UE) ואת החוק האיטלקי (D.Lvo 26/2014), והוא נגרר עקרונות טיפול בבעלי חיים במעבדה. פנל האישור האתי המקומי אשר את המחקר.
1. נוהל הדמיה
- מניחים את העכבר בתא אינדוקציה הרדמה מלא isoflurane 2.5% ב 1 L / min חמצן טהור. בדוק את עומק ההרדמה על ידי חוסר תגובה לצבוט הבוהן.
- מניח את החיה על לוח בקרת טמפרטורה במצב שכיבה. להרטיב את העיניים של החיה עם משחת עין, כדי למנוע מהם לפעול יבש. לספק זרימת גז הרדמה (isoflurane 1.5%) על ידי צבת האף של עכבר חרטומו הייעודי. במידת הצורך, לשנות את אחוז isoflurane ממקרה למקרה, בהתאם החיה הנחקרת. תקן את טמפרטורת הלוח ב 40 ° C.
- מעיל ארבע הגפיים של החיה עם רסק מוליך ואת קלטת אותם על אלקטרודות א.ק.ג. מוטבעלוּחַ. טמפרטורת גוף מדוד עם בדיקה רקטלית משומנת עם וזלין. בדוק שכל המדידות הפיזיולוגיות (אק"ג אות נשימה כמו גם טמפרטורה) נרכשים מוצגים כראוי.
- הסרת שיער כימית מהבטן עם קרם מקריח לצפות אותו ג'ל צימוד אקוסטי.
- מניחים את החללית ארה"ב (13-24 MHz) ב הזרוע המכנית.
- התקן מקביל חללית ארה"ב חי לשנות את המיקום שלו כדי להשיג תמונות אורכות של אב העורקים בבטן עם האזור של אינטרס ממוקם באזור המוקד.
- אסוף מידע אנטומי.
- הקש על הכפתור המאפשר מסגרת השיעור הגבוה א.ק.ג. מגודרת רכישה 9, לבחור רכישת מסגרת דולר שווה 700 fps ולהתחיל את הרכישה. הערה: בדרך זו תמונות האנטומי של כלי הקשורות במחזור הלב בודד יכול להירכש.
- אסוף מידע מהירות הזרימה. </ Strong>
- באמצעות הקרנה סריקה אותו, ללחוץ על כפתור PW-דופלר, למקם את נפח דגימה במרכז הספינה ולרכוש תמונות להבטיח הלולאה cine שלא תקצר מ -3 s. לקבל נתונים אלה שמירה על תיקון הזווית קטנה ככל האפשר, התאים אותו ממקרה למקרה על בסיס תחזית ארה"ב שהושגה.
- הסר את החיה המלוחה בקרת הטמפרטורה ולחכות התאוששות מלאה.
הערה: מניסיוננו זה לוקח בערך 10 דקות. אל תשאירו ובעלי חיים ללא השגחה עד שהוא שב להכרתו מספיק כדי לשמור שכיבה sternal.
2. לאחר עיבוד
- B-mode היצוא PW-דופלר תמונות כקובצי DICOM ולשמור אותם על מחשב אישי. להפוך קבצי DICOM PW-דופלר לתמונות .tiff.
- תמונות B-mode תהליך.
- ייבא את קובץ DICOM המתאים באמצעות ממשק המשתמש הגרפי הייעודי (GUI).
- כדי לאתחל קווי המתאר, למתוח קו קרוב לקיר המרוחק של כלי (לחיצה בודדת לפתיחת זה ולחץ לחיצה כפולה להפשרת) ולחץ פעמיים על קרוב לקיר הקרוב. קו מקביל לזה קרוב לקיר הרחוק יופיע באופן אוטומטי. החל את האלגוריתם על מסגרת אחת על ידי לחיצה על הכפתור "נתח".
- בדוק את התוצאה. אם השוליים זוהה כהלכה (כלומר., האבולוציה של נקודות שאותחלו זיהתה הן אחורית ואת הקיר הקדמי), להחיל את האלגוריתם על cine הלולאה כולו על ידי לחיצה על הכפתור "GO". אם את הקצוות אינם מזוהים כראוי, לנקות אותם על ידי לחיצה על "נקה קונטור" ו לאתחל אותם שוב על ידי חזרה לנקודה 2.2.2.
הערה: האלגוריתם מבוסס על טכניקות מעקב איתור קונטור קצה תוארה בעבר בפירוט 10. - השג את התוצאה הסופית על ידי לחיצה על כפתור "הקלט" ולשמור את קורesponding .mat קובץ המכיל ערכי קוטר מיידיים קשור מחזור לב יחיד.
- פתח את GUI עבור מימוש הלולאה Lnd-V.
- לחץ על הכפתור "מהירות" כדי להתחיל עיבוד תמונה PW-דופלר אשר מוביל מתכוון עקומת מהירות חד פעימה.
- זהה את עקבות PW-דופלר ולאתר בשורה המתאימה לערך מהירות שווה לאפס על ידי לחיצה על כפתור "הקו הלבן".
- בצע כיול מהירות וכיול עת באמצעות "מהירות" ו "TIME" כפתורים (בלוח כיול), בהתאמה. לחיצה על לחצנים אלה מאפשרת למתוח קו שאורכו תואם את גורם הכיול המוכנס.
- בחר באופן ידני ROI המכיל את אותות פיזיולוגיים באמצעות לחצן "ROI פיזיו".
- בחר באופן ידני ROI המכיל את עקבות PW-דופלר על ידי לחיצה על "ROI SIGNAL" כפתור.
- CLIck על כפתור "נתח" ולבדוק אם המעטפה מזוהה. אם התוצאה אינה משביעת רצון, לשנות את הסף (על ידי הקלדת הערך החדש בשדה "מהירות הסף" לעריכת הטקסט) ולחץ על הכפתור "נתח" שוב. כוון את סף ממקרה למקרה, בהתאם לאיכות של תמונות. לחצו על כפתור ה "שכלול".
- אתר את R-פסגות האות א.ק.ג. ולחלק את האות המעטפה מהירות בהתאם על ידי לחיצה על הכפתור "רענן". בחר פעימות כי לא נפגמו על ידי רעש או ממוקמים בשלב השראה על ידי לחיצה על כפתור "בחר BEATS". בדרך זו, להשיג מתכוון waveform מהירות חד פעימה.
- השתמש הפורה המהיר להפוך שיטה לשרבב פעימות שנבחרו בתחום התדר ולהפוך את כולם מורכבים אותו מספר נקודות, כמפורט התייחסות 11. ביצוע פעולה זו באופן אוטומטי, פשוט על ידי לחיצה על המילמפתח כד במקלדת המחשב פעם הפעימות נבחר. אם "מהירות מתכוון" התיבה מסומנת הקצב יחיד אומר אות מהירות מושגת על ידי חלוקת עקומת המהירות המרבית על ידי שני, העלאת השערות פרופיל מהירות פרבוליות 12. לחץ על הכפתור "אישור".
- לחץ על הכפתור "קוטר". לשרבב את צורת הגל בקוטר חד פעימה במישור הזמן על מנת לקבל אות בקוטר חד פעימה עם אותו תדר הדגימה כאיתות מהירות חד פעימה על ידי לחיצה על הכפתור "לשרבב". לחץ על הכפתור "אישור".
הערה: על מנת לקבל את הקוטר חד פעימה ולהתכוון עקומות מהירות עם אותו תדר דגימה ומספר זהה של נקודות נתונים, הם אינטרפולציה בתחום התדר. - בחר את גישת "נגזרת שנייה" כשיטת יישור (מעל הגרף המציג את גל קוטר ומהירות) ולחץ על butto "UPDATE"n. שתי העקומות תהיינה אוטומטית זמן מזדהה בשיטה נגזרת השנייה 14.
- בניית לולאת Lnd-V הסופי על ידי התוויית הלוגריתם הטבעי של ערכי קוטר חד פעימה נגד הפעימה-יחיד מתכוון ערכי מהירות. הדבר נעשה באופן אוטומטי כאשר שתי צורות הגל מיושרים. הערה: הנקודות כללו בין% 5 ו 90% של הערך המקסימאלי של-פעימה האחת אומרות עקומת מהירות ממוקמות באופן אוטומטי אינטרפולציה על נקודות אלה מוחלת להעריך את השיפוע של החלק הליניארי של הלולאה.
- חישוב PWV פי המשוואה הבאה 7
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
הגישה המוצעת מיושמת האאורטה עכברי בטן במחקר קודם 11. התמונות הבאות מציגות את התוצאות של היישום של הגישה המתוארת על תמונות עכברים אמיתיות. נתונים אלה נלקחו חיה אחת (עכברי סוג בר, 13 שבועות, זן: C57BL6, משקל: 33 גרם) בפרט, איור 1 מייצג התוצאה של הניתוח של התמונות האמריקניות. גילוי קצה ומעקב מתאר טכניקות מוחלות על תמונות B-mode רכשו עם מסגרת השיעור הגבוה אפנות א.ק.ג. מגודרת לספק צורת גל הקוטר; מצד שני, את הזיהו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
במחקר זה, אלגוריתם עיבוד תמונה המבוסס על לולאת Lnd-V להערכת PWV בעכברים תואר בפירוט. הגישה המוצעת מבוססת על עיבוד תמונות ארה"ב בלבד, ולכן יכולים לייצג אלטרנטיבה חוקית לטכניקות קיימות 6, 13 להערכת קשיות העורקים במודלים של עכברים. למעשה, לעומת זאת לשיטות פולשניות 6 אשר מבוססים על רכישת אותות הלחץ התוך עורקי ודורשים החיה להיות מוקרב, טכניקה זו היא לחלוטין לא פולשנית, ולכן יכול להיות מתאים במיוחד ב...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
החוקרים אין לי מה לחשוף.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| VEVO2100 | FUJIFILM VisualSonics Inc, טורונטו, קנדה | ציוד מיקרו-אולטרסאונד | |
| MS250 בדיקת אולטרסאונד | FUJIFILM VisualSonics Inc, טורונטו, קנדה | בדיקת מיקרו-אולטרסאונד | |
| EKV Software | FUJIFILM VisualSonics Inc, טורונטו, קנדה | תוכנה | |
| Matlab R2015a | MathWorks Inc, Natick, MA, ארה"ב | משחה | |
| מוליכה | נבחר על ידי המפעיל | חומר מעבדה | |
| ג'לי נפט | שנבחר על ידי המפעיל | חומר מעבדה | |
| קרם אפילציה | שנבחר על ידי המפעיל | חומר מעבדה | |
| ג'ל צימוד אקוסטי | נבחר על ידי המפעיל | חומר מעבדה | |
| פותח תוכנת | המחברים מוכנים לשתף פעולה עם אותם חוקרים המעוניינים בתוכנה ולהנגיש את התוכנה בפיקוחם |
מקורות
- Zaragoza, C., et al. Animal Models of Cardiovascular Diseases. J Biomed Biotechnol. 2011, 497-841 (2011).
- Laurent, S., et al. Expert consensus document on arterial stiffness: methodological issues and clinical applications. Eur Heart J. 27, 2588-2605 (2006).
- Wang, Y. X., et al. Increased aortic stiffness assessed by pulse wave velocity in apolipoprotein E-deficient mice. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 278, 428-434 (2000).
- Mitchell, G. F., Pfeffer, M. A., Finn, P. V., Pfeffer, J. M. Comparison of techniques for measuring pulse-wave velocity in the rat. J Appl Physiol. 82 (1), 203-210 (1997).
- Parczyk, M., Herold, V., Klug, G., Bauer, W. R., Rommel, E., Jakob, P. M. Regional in vivo transit time measurements of aortic pulse wave velocity in mice with high-field CMR at 17.6 Tesla. J Cardiovasc Magn Reson. 12, 72(2010).
- Hartley, C. J., Taffet, G. E., Michael, L. H., Pham, T. T., Entman, M. L. Noninvasive determination of pulse-wave velocity in mice. Am J Physiol. 273 (1), Pt 2 494-500 (1997).
- Feng, J., Khir, A. W. Determination of wave speed and wave separation in the arteries using diameter and velocity. J Biomech. 43 (3), 455-462 (2010).
- Borlotti, A., Khir, A. W., Rietzschel, E. R., De Buyzere, M. L., Vermeersch, S., Segers, P. Noninvasive determination of local pulse wave velocity and wave intensity: changes with age and gender in the carotid and femoral arteries of healthy human. J Appl Physiol. 113 (5), 727-735 (2012).
- Chérin, E., et al. Ultrahigh frame rate retrospective ultrasound microimaging and blood flow visualization in mice in vivo. Ultrasound Med Biol. 32 (5), 683-691 (2006).
- Gemignani, V., Faita, F., Ghiadoni, L., Poggianti, E., Demi, M. A system for real-time measurement of the brachial artery diameter in B-mode ultrasound images. IEEE Trans Med Imaging. 26 (3), 393-404 (2006).
- Di Lascio, N., Stea, F., Kusmic, C., Sicari, R., Faita, F. Non-invasive assessment of pulse wave velocity in mice by means of ultrasound images. Atherosclerosis. 237 (1), 31-37 (2014).
- Nichols, W. W., O'Rourke, M. F. McDonald's Blood Flow in Arteries: Theoretical, Experimental, and Clinical Principles. , Arnold. London. 215-358 (1998).
- Williams, R., et al. Noninvasive ultrasonic measurement of regional and local pulse wave velocity in mice. Ultrasound Med Biol. 33 (9), 1368-1375 (2007).
- Penny, D. J., et al. Aortic wave intensity of ventricular-vascular interaction during incremental dobutamine infusion in adult sheep. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 294, 481-489 (2008).
- Segers, P., et al. Wave reflection leads to over- and underestimation of local wave speed by the PU- and QA-loop methods: theoretical basis and solution to the problem. Physiol Meas. 35 (5), 847-861 (2014).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
תגיות
