הדמיית תהודה מגנטית לבבית
מקור: פרדריק ו. דאם וקרייג ג'יי גורגן, בית הספר להנדסה ביו-רפואית של ולדון, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, אינדיאנה
בסרטון זה, שדה גבוה, הדמיית תהודה מ…
1. הכנת בעלי חיים
- זהה את העכבר כדי להיות התמונה בכלוב שלה ולהעביר אותו לתא אינדוקציה הרדמה.
- להרסים את העכבר באמצעות איזופלוריין ולאשר נוקאאוט באמצעות טכניקת צביטת בוהן. קח את כף הרגל בין האגודל לאצבע המורה וצבוט בחוזקה כדי לבדוק אם יש תגובה. אם החיה מושכת את רגלם, אתה צריך לחכות או redose עם הרדמה על פי הפרוטוקול שאושר.
- בדוק שכל הצוות שנכנס למתקן ההדמיה הוא בטוח MR. זה כולל הסרת כל בגדים מגנטיים / אביזרים, אישור אין שתלים מגנטיים או קוצבי לב, והסרת מתכת המכילה פירסינג.
- פתח את זרימת האיזופלוראן לזרם האף בחדר האם.אר.איי. זה מאפשר צינורות ארוכים יותר להיות מוכן עם הרדמה לפני העברת העכבר כדי להבטיח את החיה לא מתעוררת.
- סגור את זרימת האיזופלוראן לתא האינדוקציה של ההרדמה והעבר את העכבר לשלב ההדמיה. מניחים את העכבר על הבמה כך שהמיקום המשוער של הלב מיושר עם מרכז המגנט.
- אבטחו את חרוט האף ואישרו מחדש את ההשבתה בטכניקת צביטת הבוהן.
- הכנס את שלוש ההובלת האלקטרוגרמה באופן תת עורי עם עופרת אחת שמאלה וימינה של הלב ואחת בבסיס הגפה האחורית השמאלית.
- הכנס את בדיקת הטמפרטורה רקטלית באמצעות נדן בדיקה סטרילי ושמן.
- מניחים את חיישן הנשימה הכרית על אזור האפיגסטרי של הבטן ומאבטחים אותו במקום באמצעות צלחת קרטון. הקרטון יאפשר אות רגיש ללחץ.
- אשר שכל האותות הפיזיולוגיים נרכשים באמצעות תוכנת הניטור מחוץ לחדר הסורק. אם מזוהה קצב לב, קצב נשימה או טמפרטורה מחוץ לטווח הנורמלי, השהה הדמיה והערך אם החיה מורדמת כראוי. אם נמצא כי החיה במצוקה, יש להפסיק את ניהול ההרדמה ולהחזיר את החיה לכלוב כדי להתאושש.
- הגדירו את מודול החימום והמאוורר והתחלו לחמם את זרימת האוויר לחיה. אבטחו את כל צינורות האוויר במקום כך שהאוויר החם יתפוצץ לכיוון העכבר החל ממש מעבר לקצה הזנב.
- הניחו את סליל ההדרגה מעל החיה וודאו שכל הכבלים/הצינורות מאובטחים.
2. הדמיית תהודה מגנטית לבבית - ניתן להתאים סעיף זה ליישומים אחרים.
- כוונן ולהתאים את סליל מעבר הצבע מחוץ לשעמום של המגנט כדי להבטיח שהאות המקסימלי מזוהה מהנושא.
- לאט לאט להכניס את שלב ההדמיה לתוך השעמום של המגנט, כך החיה ממוקמת ישירות במרכז השעמום. זה כולל לוודא שסליל מעבר הצבע יש מרווח שווה לאורך כל הכיוונים הרדיאליים. זוהי המיקום שבו השדה המגנטי הראשי יהיה הומוגני ביותר.
- הפעל סריקת לוקליזציה/נווט כדי לאשר את מיקום העכבר בתוך הסורק. חלק מהלב צריך להיות חזותי בתוך כל שלושת המישורים (כלומר, צירי, קשתי, וקורונה). אם זה לא המקרה, חזור על תהליך המיקום מחדש של העכבר והפעלת סריקות לוקליזציה/ניווט עד להשגת המיקום הרצוי.
- הגדר את הפרמטרים עבור רצף FLASH. לדוגמה: TR/TE = 8.0/2.0 מיליות, FA = 20°, FOV = 35 x 35 מ"מ, גודל מטריצה = 192 x 192 ו- NEX = 6. לאחר מכן, בחר את המפעיל החיצוני כדי להיות "מופעל".
- בתוכנת הניטור, להגדיר את הגורמים החיצוניים כך רצפי MRI מתחילים עם זיהוי R-פסגות במחזורי הלב ובזמן הנשימה יציבה במהלך שלב התפוגה. כאשר שני תנאים אלה מתקיימים, ניתן להפעיל את הרצף באופן סדרתי ויירכשו נתונים.
- לרשום ולהפעיל פרוסת רצף FLASH ראשוני בתצוגה קורונל, כך שמטוס הפרוסה עוקב אחר הציר מפסגת הלב דרך שסתום אבי העורקים. לולאת הסין הראשונית הזו תספק מבט דו-תאי על הלב.
- בהתייחסו לתוצאות מתצוגה דו-תאית, קבעו והפעלו רצף FLASH חדש לאורך ציר שסתום אבי העורקים כדי לדמיין תצוגה של ארבעה תאים.
- לבסוף, לרשום פרוסה קצרת ציר כי הוא מאונך לציר שסתום פסגת אבי העורקים בערך באמצע הלב. שרירי הפפילרי צריכים להיות גלויים בבירור בתוך פלט לולאת cine במיקום זה.
- פרוסות נוספות ניתן לרכוש במקביל לזה לבנות אמצעי אחסון מסונכרנים בזמן של הלב. אמצעי אחסון אלה נוצרים על-ידי ספירת לולאות cine סמוכות לאחר העיבוד.
- לאחר השלמת ההדמיה, העבר נתונים שנרכשו למיקום מתאים לניתוח והסר את החיה מהסורק.
הדמיית תהודה מגנטית בעלת קדח קטן בשדה גבוה, או MRI לבבי, מעריכה את תפקוד הלב וכלי הדם ללא שימוש בקרינה מייננת או בחומרי ניגוד.
שיטות הדמיה קרדיווסקולריות דומות כוללות אולטרסאונד בתדר גבוה, הפולט קרן של גלים אקוסטיים ממתמר ומתעד את ההדים שנוצרו כאשר הגלים משתקפים ליצירת תמונות חיות. הוא מספק תמונות ברזולוציה מרחבית וזמנית גבוהה; עם זאת, ניתן לצפות בחפצי הדמיה בשל עומק החדירה המוגבל ברקמה צפופה.
טכניקת הדמיה נוספת היא מיקרו-CT, שלוקחת סדרה של הקרנות רנטגן כדי ליצור חתכים תלת מימדיים. יש לו רזולוציה זמנית נמוכה יותר וניגודיות מוגבלת של רקמות רכות, ולעתים קרובות דורש שימוש בחומרי ניגוד כדי לדמיין מבנים של כלי דם. ידוע כי אלה גורמים לנזקי קרינה ואי ספיקת כליות במינונים גבוהים.
לחלופין, MRI משתמש באלקטרומגנטים חזקים כדי לדמות רקמות בגוף על סמך התכונות המגנטיות שלהן. ב-MRI לבבי, רצפי MRI קונבנציונליים מגודרים משיאי R במחזור הלב ומישורי הנשיפה בנשימה כדי להעריך את תפקוד הלב וכלי הדם.
סרטון זה ימחיש כיצד לאסוף נתוני MRI באמצעות צילום מהיר בזווית נמוכה, או רצף FLASH MRI. טכניקה זו מספקת ניגודיות רקמות רכות באיכות גבוהה לחקר מודלים של מחלות בעלי חיים קטנים.
הדמיית תהודה מגנטית היא טכניקה המשתמשת בתכונות הפרמגנטיות של רקמה כדי לדמיין ניגודיות של רקמות רכות. הקדח של מכונת MRI עטוף באופן קונבנציונלי באמצעות סליל סולנואיד המספק שדה מגנטי הומוגני קבוע, B-zero, כאשר מופעל זרם חשמלי.
בהדמיית שיקוף בשדה גבוה, ניתן להשתמש בעוצמת שדה מגנטי של 7 טסלה, בערך פי 140,000 מזו של השדה המגנטי של כדור הארץ, ויותר מכפול מעוצמת השדה הקליני הנפוץ של 3 טסלה ו-1.5 טסלה. שדה מגנטי הומוגני זה גורם לפרוטוני המימן הטבועים כמעט בכל הרקמות החיות ליישר את צירי הסיבוב שלהם. לאחר מכן ניתן להטות את הספינים הללו באמצעות גלי רדיו, או גלי RF, לזווית מסוימת ביחס לציר הסיבוב, המכונה גם זווית ההיפוך.
כאשר הפרוטונים מנסים להירגע בחזרה לכיוון המקורי שלהם, רכיב הספין שלהם בניצב לציר הראשי שלהם גורם לאות חשמלי הניתן לזיהוי, וכתוצאה מכך מתקבלת תמונה. יתר על כן, ניתן ליישם שיפועים מגנטיים המפריעים לשדה המגנטי הראשי ומאפשרים עירורי RF מבודדים מרחבית כדי למקם את האות המתקבל. ספציפי לשיטות המתוארות בסרטון זה הוא רצף ה-FLASH, המשתמש בעירורי RF בזווית היפוך נמוכה שחוזרים על עצמם במהירות כדי לגרום לדפוס מצב יציב בתנועת הפרוטונים. זמן החזרה קצר בהרבה מזמן הרפיית הפרוטונים הטיפוסי.
כאשר מימן לא נרגש, כמו זה שבדם, נכנס למסגרת ההדמיה, נוצר אות גבוה יחסית. זה מאפשר לדמות את מערכת הלב וכלי הדם במהירות ולספק תמונות יציבות בתוך מחזור הלב. באמצעות הפעלת רצף ה-FLASH עם אותות פיזיולוגיים, ניתן לרכוש תמונות של מערכת הלב וכלי הדם המדגישות את תנועת הלב, כלי הדם והנשימה.
לאחר שסקרנו את העקרונות העיקריים של MRI לב, הבה נעבור כעת על ההליך שלב אחר שלב להכנה והדמיה של בעל חיים.
ראשית, זהה את העכבר שיש לצלם, ולאחר מכן העבר את העכבר לתא הנוקדאון. לאחר מכן, הרדימו את החיה באמצעות איזופלורן ואשרו נוקדאון בטכניקת צביטת אצבעות. לאחר מכן, פתחו את זרימת האיזופלורן לחרוט האף בחדר ה-MRI וסגרו את זרימת האיזופלורן לתא הנוקדאון. זה מכין את הצינורות הארוכים יותר עם חומר הרדמה.
ודא שכל הצוות בטוח ב-MR, ולאחר מכן העבר את העכבר להדמיה stage ואבטח את חרוט האף סביב החיה. מקם את העכבר כך שליבו מיושר בערך עם מרכז סליל ה- RF. לאחר מכן, אשר מחדש את הנוקדאון באמצעות טכניקת צביטת הבוהן. לאחר מכן, הכנס את שלושת מובילי האלקטרוקרדיוגרמה תת עורית. הניחו חוט אחד לכל אחד משמאל וימין ללב ואחד בבסיס הגפה האחורית השמאלית.
הכנס את בדיקת המדחום הרקטלי באמצעות נדן בדיקה סטרילי וחומר סיכה. לאחר מכן, הניחו חיישן נשימה של כרית על האזורים האפיגסטריים של הבטן, ואבטחו אותו במקומו באמצעות קרטון כדי לרכוש איתות רגיש ללחץ.
ודא שכל האותות הפיזיולוגיים נרכשים באמצעות תוכנת הניטור מחוץ לחדר הסורק. לאחר מכן, הגדר את מודול החימום והמאוורר כדי להתחיל לחמם את זרימת האוויר לעכבר. אבטח את צינור האוויר במקומם כך שהאוויר החם נושב לכיוון העכבר, ומתחיל ממש מעבר לקצה זנבו. לבסוף, הנח את סליל ה-RF מעל העכבר וודא שכל הכבלים והצינורות מאובטחים.
הבה נסקור כעת את הפרוטוקול שלב אחר שלב לביצוע MRI לב על העכבר המורדם
ראשית, כוונו והתאימו את סליל ה-RF מחוץ לקידוח המגנט כדי להבטיח זיהוי אות מקסימלי. זה מסומן על ידי עמק צר באפס הרץ עבור כל רכיב בסליל ה-RF. לאחר מכן, הכנס לאט את שלב ההדמיה לתוך קדח המגנט. ודא שהעכבר ממוקם ישירות במרכז הקדח ולסליל השיפוע יש מרווח שווה לאורך כל הכיוונים הרדיאליים. מיקום זה מבטיח שדה מגנטי ראשי הומוגני.
לאחר מכן, הפעל סריקת ניווט כדי לאתר את העכבר בתוך הסורק. אשר אם חלק כלשהו של הלב נראה בכל שלושת המישורים, כלומר צירי, סגיטלי ועטרה. לאחר מכן, הגדר את הפרמטרים עבור רצף ה-FLASH ובחר את ההפעלה החיצונית שתהיה מופעלת. בתוכנת הניטור, הגדר את הטריגרים החיצוניים כך שרצפי ה-MRI יופעלו באופן סדרתי רק על שיאי R במחזורי לב במהלך נשימה יציבה בשלב הנשיפה.
לאחר מכן, קבעו את רצף ה-FLASH הראשוני על ידי הגדרת הפרמטרים ומיקום מלבן מישור הדמיה בתצוגה העטרה. לאחר מכן לחץ על המשך כדי להפעיל אותו כך שמישור הפרוסה עוקב אחר הציר מקודקוד הלב דרך שסתום אבי העורקים. לולאת קולנוע ראשונית זו תספק מבט דו-קאמרי על הלב.
לאחר מכן, תוך התייחסות לתוצאות משני החדרים, רשום והפעל רצף FLASH חדש לאורך ציר שסתום אבי העורקים העליון כדי לדמיין תצוגה של ארבעה חדרים.
לבסוף, רשום פרוסת ציר קצרה הניצבת לציר המסתם האאורטלי העליון בערך באמצע הלב. השרירים הפפילריים צריכים להיות גלויים בבירור בתוך פלט לולאת הקולנוע במיקום זה. לאחר השלמת ההדמיה, העבר את הנתונים שנרכשו למיקום מתאים לניתוח, ולאחר מכן החזר את שלב ההדמיה מהקדח של המגנט והסר את סליל השיפוע ואת כל הבדיקות מהחיה לפני העברת החיה ממיטת הסורק.
כעת, לאחר שהשגנו MRI לב בעכבר, הבה נסקור את תוצאות הסריקות. איור זה מציג את לולאת הקולנוע של מבט על ציר קצר של החדר השמאלי, בניצב ישירות לציר קודקוד הבסיס של הלב ובמיקום הכולל את השרירים הפפילריים.
כאן, אנו רואים את הדמיית הדם של לב עכבר עם 14 תמונות קצרות על פני מחזור הלב, כולל דיאסטולה סופית ושיא סיסטולה. אזורי אות הנשירה בתוך לומן החדר השמאלי מצביעים על תנועת דם מהירה, שבמקור הייתה מחוץ למישור ולא תויג על ידי עירור גל ה-RF.
תמונה זו מציגה מבט של ארבעה חדרים על הלב עם זרימת דם בהירה דרך המסתם המיטרלי והטריקוספידי, ולאחר מכן החוצה דרך המסתם אבי העורקים והריאה, בהתאמה.
לבסוף, הנה הקרנה בעוצמה מקסימלית המראה כיצד ניתן לשלב מספר פרוסות מרחבית כדי לדמיין את מערכת הלב וכלי הדם של העכבר כולו. האיור מציג ערימה תלת-ממדית של תמונות דם דו-ממדיות, בהירות ומסונכרנות בזמן, המציגות את אזורי בית החזה והבטן של עכבר.
הבה נסתכל כעת על כמה יישומים אחרים של טכניקת MRI זו. כהרחבה של הטכניקה המתוארת, אנו יכולים להשתמש בטכנולוגיה זו כדי להשוות את הקינמטיקה של לבבות בריאים לעומת לבבות חולים. מודלים עכבריים של תפקוד לקוי של הלב יכולים להיות מבוקרים הרבה יותר מאלה שנמצאים במרפאה. זה מאפשר לחוקרים לזהות גורמים ספציפיים התורמים למחלות לב וכן לחקור את תהליך השיפוץ לאחר פציעה.
מאמץ מחקרי דומה יכול להתבצע עם מיקוד כלי דם, כמו זה עם היווצרות מפרצת אבי העורקים הבטני. דם נותן אות בעוצמה גבוהה באמצעות שיטת ה-MRI בעלת השדה הגבוה המתוארת כאן. ניתן לנצל עלייה זו בניגודיות כדי להעריך את התרחבות מפרצת אבי העורקים הבטני ולמדוד שינויים בתכונות הביומכניות של כלי הדם.
זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE להדמיית תהודה מגנטית קרדיווסקולרית.
כעת עליך לדעת כיצד לבצע הדמיית לב וכיצד לרכוש נתוני לולאה קולנועית של לב העכבר באמצעות רצפי MRI FLASH סטנדרטיים בדם בהיר המסונכרנים עם אותות לב ונשימה. לבסוף, עליכם לדעת גם לזהות מבני לב בתמונות אלה. תודה שצפית!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: How does cardiac MRI compare to other small animal cardiovascular imaging techniques?
Cardiac MRI offers advantages over alternative modalities. High-frequency ultrasound provides excellent spatial and temporal resolution but suffers from imaging artifacts due to limited penetration in dense tissue. Micro-CT avoids these artifacts but has lower temporal resolution, limited soft tissue contrast, and requires contrast agents that cause radiation damage and renal failure at high doses. Cardiac MRI eliminates ionizing radiation and enables imaging without contrast agents, providing a balanced approach.
Q2: What is the FLASH sequence and why is it used in cardiac MRI?
FLASH (Fast Low Angle SHot) is an MRI sequence using low flip angle radiofrequency excitations rapidly repeated to induce a steady state pattern in proton motion. The repetition time is much shorter than typical proton relaxation time. This technique allows unexcited hydrogen in blood to produce relatively high signal, enabling rapid cardiovascular imaging and stable snapshots within the cardiac cycle when triggered by physiologic signals.
Q3: How does the magnetic field strength in high-field MRI affect imaging quality?
High-field MRI employs 7-Tesla magnetic field strength, approximately 140,000 times Earth's magnetic field and more than double common clinical scanners at 3-Tesla or 1.5-Tesla. This stronger homogeneous magnetic field causes hydrogen protons to align their rotation axes more effectively. The increased alignment enhances signal detection and enables high-quality soft tissue contrast for studying small animal disease models.
Q4: What physiological signals are monitored during cardiac MRI procedures?
Cardiac MRI monitoring includes three key physiological signals. Electrocardiogram leads detect R-peaks in the cardiac cycle for triggering image acquisition. A pressure-sensitive pillow on the abdomen monitors respiration, allowing imaging during stable expiratory phases. A rectal temperature probe tracks body temperature to control heating module output, ensuring proper animal thermoregulation throughout the procedure.
Q5: What cardiac structures are visualized in different MRI imaging planes?
The two-chamber view along the apex-aortic valve axis visualizes the left ventricle and atrium. The four-chamber view shows all cardiac chambers with bright blood inflow through mitral and tricuspid valves and outflow through aortic and pulmonary valves. Short axis slices perpendicular to the apex-aortic valve axis reveal the left ventricle with distinctly visible papillary muscles, enabling assessment of cardiac function.
Q6: How does signal dropout in cardiac MRI relate to blood motion?
Signal dropout regions within the left ventricular lumen indicate fast-moving blood that was originally out of plane and not tagged by radiofrequency wave excitation. This phenomenon occurs because unexcited blood entering the imaging frame produces high signal, but blood moving rapidly out of the imaging plane before excitation appears as signal loss, providing functional information about blood flow dynamics.
Q7: What research applications does cardiac MRI enable for disease modeling?
Cardiac MRI allows researchers to compare kinematics of healthy versus diseased hearts using controlled murine disease models. This capability enables identification of specific factors contributing to heart disease and study of cardiac remodeling after injury. Additionally, vascular-focused applications assess abdominal aortic aneurysm formation by exploiting blood's high signal intensity to measure vessel expansion and biomechanical property changes.