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La risonanza magnetica ad alto campo di piccolo diametro, o risonanza magnetica cardiaca, valuta la funzione cardiovascolare senza l'uso di radiazioni ionizzanti o agenti di contrasto.
Le modalità di imaging cardiovascolare comparabili includono gli ultrasuoni ad alta frequenza, che emettono un fascio di onde acustiche da un trasduttore e registrano gli echi creati mentre le onde si riflettono per generare immagini dal vivo. Fornisce immagini ad alta risoluzione spaziale e temporale; Tuttavia, è possibile osservare artefatti di imaging a causa della limitata profondità di penetrazione nel tessuto denso.
Un'altra tecnica di imaging è la micro-CT, che richiede una serie di proiezioni a raggi X per creare sezioni trasversali 3D. Ha una risoluzione temporale inferiore e un contrasto limitato dei tessuti molli e spesso richiede l'uso di agenti di contrasto per visualizzare le strutture vascolari. Questi sono noti per causare danni da radiazioni e insufficienza renale ad alte dosi.
In alternativa, la risonanza magnetica utilizza potenti elettromagneti per visualizzare i tessuti del corpo in base alle loro proprietà magnetiche. Nella risonanza magnetica cardiaca, le sequenze di risonanza magnetica convenzionali sono controllate dai picchi R nel ciclo cardiaco e dai plateau espiratori nella respirazione per valutare la funzione cardiovascolare.
Questo video illustra come raccogliere i dati della risonanza magnetica con una sequenza di risonanza magnetica veloce dal basso, o FLASH MRI. Questa tecnica fornisce un contrasto dei tessuti molli di alta qualità per lo studio di modelli di malattie di piccoli animali.
La risonanza magnetica è una tecnica che utilizza le proprietà paramagnetiche dei tessuti per visualizzare il contrasto dei tessuti molli. Il foro di una macchina per la risonanza magnetica è convenzionalmente avvolto utilizzando una bobina solenoide che fornisce un campo magnetico omogeneo costante, B-zero, quando viene applicata una corrente elettrica.
Nell'imaging mirroring ad alto campo, può essere impiegata un'intensità del campo magnetico di 7 Tesla, circa 140.000 volte quella del campo magnetico terrestre e più del doppio delle comuni intensità di campo cliniche degli scanner da 3 Tesla e 1,5 Tesla. Questo campo magnetico omogeneo fa sì che i protoni dell'idrogeno inerenti a quasi tutti i tessuti viventi allineino i loro assi di rotazione. Questi spin possono quindi essere inclinati utilizzando la radiofrequenza, o onde RF, a un certo angolo rispetto all'asse di rotazione, noto anche come angolo di inversione.
Mentre i protoni tentano di rilassarsi tornando al loro orientamento originale, la componente del loro spin perpendicolare al loro asse principale induce un segnale elettrico rilevabile, risultando in un'immagine. Inoltre, possono essere applicati gradienti magnetici che perturbano il campo magnetico principale e consentono eccitazioni RF spazialmente isolate per localizzare il segnale ricevuto. Specifica per i metodi descritti in questo video è la sequenza FLASH, che utilizza eccitazioni RF a basso angolo di ribaltamento che vengono rapidamente ripetute per indurre un modello di stato stazionario nel movimento del protone. Il tempo di ripetizione è molto più breve del tipico tempo di rilassamento del protone.
Quando l'idrogeno non eccitato, come quello del sangue, entra nel fotogramma, viene prodotto un segnale relativamente alto. Ciò consente di visualizzare rapidamente il sistema cardiovascolare e di fornire istantanee stabili all'interno del ciclo cardiaco. Attraverso l'attivazione della sequenza FLASH con segnali fisiologici, è possibile acquisire immagini del sistema cardiovascolare che evidenziano il movimento cardiaco, vascolare e respiratorio.
Dopo aver esaminato i principi fondamentali della risonanza magnetica cardiaca, esaminiamo ora la procedura passo passo per preparare e visualizzare un animale.
Innanzitutto, identificare il mouse da riprendere, quindi trasferire il mouse nella camera di abbattimento. Quindi, anestetizzare l'animale usando isoflurano e confermare l'abbattimento utilizzando una tecnica di pizzicamento delle dita. Quindi, aprire il flusso di isoflurano verso il cono del naso nella sala di risonanza magnetica e chiudere il flusso di isoflurano verso la camera di knockdown. Questo prepara il tubo più lungo con l'anestetico.
Assicurarsi che tutto il personale sia al sicuro per la risonanza magnetica, quindi trasferire il mouse al tavolino di imaging e fissare il cono del naso attorno all'animale. Posizionare il mouse in modo che il suo cuore sia approssimativamente allineato con il centro della bobina RF. Quindi, riconferma l'atterramento usando la tecnica del pizzicamento delle dita dei piedi. Quindi, inserire le tre derivazioni dell'elettrocardiogramma per via sottocutanea. Posiziona un guinzaglio ciascuno a sinistra e a destra del cuore e uno alla base dell'arto posteriore sinistro.
Inserire la sonda del termometro rettale utilizzando una guaina sterile della sonda e il lubrificante. Quindi, posizionare un sensore di respirazione a cuscino sulle regioni epigastriche dell'addome e fissarlo in posizione utilizzando del cartone per acquisire la segnalazione sensibile alla pressione.
Verificare che tutti i segnali fisiologici vengano acquisiti tramite il software di monitoraggio all'esterno della sala scanner. Quindi, configura il modulo di riscaldamento e la ventola per iniziare a riscaldare il flusso d'aria al mouse. Fissare il tubo dell'aria in posizione in modo che l'aria calda soffi verso il mouse, iniziando appena oltre la punta della coda. Infine, posiziona la bobina RF sopra il mouse e assicurati che tutti i cavi e i tubi siano ben saldi.
Esaminiamo ora il protocollo passo dopo passo per eseguire la risonanza magnetica cardiaca sul topo anestetizzato.
Innanzitutto, sintonizza e abbina la bobina RF all'esterno del foro del magnete per garantire il massimo rilevamento del segnale. Ciò è indicato da una valle stretta a zero hertz per ciascun componente della bobina RF. Quindi, inserire lentamente lo stadio di imaging nel foro del magnete. Assicurarsi che il mouse sia posizionato direttamente al centro del foro e che la bobina sfumata abbia la stessa spaziatura lungo tutte le direzioni radiali. Questa posizione garantisce un campo magnetico principale omogeneo.
Quindi, esegui una scansione di navigazione per individuare il mouse all'interno dello scanner. Conferma se qualche segmento del cuore è visualizzato all'interno di tutti e tre i piani, vale a dire assiale, sagittale e coronale. Quindi, impostare i parametri per la sequenza FLASH e selezionare il trigger esterno da attivare. Sul software di monitoraggio, configurare i trigger esterni in modo che le sequenze MRI vengano eseguite in serie solo sui picchi R nei cicli cardiaci durante la respirazione stabile nella fase espiratoria.
Quindi, prescrivere la sequenza FLASH iniziale impostando i parametri e posizionando un rettangolo del piano di imaging nella vista coronale. Quindi premere continua per farlo funzionare in modo tale che il piano della fetta segua l'asse dall'apice del cuore attraverso la valvola aortica. Questo cine loop iniziale fornirà una visione a due camere del cuore.
Quindi, mentre si fa riferimento ai risultati della vista a due camere, prescrivere ed eseguire una nuova sequenza FLASH lungo l'asse della valvola aortica apicale per visualizzare una vista a quattro camere.
Infine, prescrivere una fetta dell'asse corto che sia perpendicolare all'asse della valvola aortica apicale a circa metà del cuore. I muscoli papillari dovrebbero essere distintamente visibili all'interno dell'uscita del cine loop in questa posizione. Una volta completata l'imaging, trasferire i dati acquisiti in una posizione appropriata per l'analisi, quindi ritrarre lo stadio di imaging dal foro del magnete e rimuovere la bobina di gradiente e tutte le sonde dall'animale prima di trasferire l'animale dal letto dello scanner.
Ora che abbiamo ottenuto una risonanza magnetica cardiaca in un topo, esaminiamo i risultati delle scansioni. Questa figura mostra l'ansa cine di una vista dell'asse corto del ventricolo sinistro, direttamente perpendicolare all'asse dell'apice di base del cuore e in una posizione che include i muscoli papillari.
Qui, vediamo l'imaging cine del sangue di un cuore di topo con 14 istantanee di visualizzazione dell'asse corto attraverso il ciclo cardiaco, tra cui la diastole di fine e il picco di sistole. Le regioni del segnale di dropout all'interno del lume del ventricolo sinistro indicano un movimento veloce del sangue, che originariamente era fuori dal piano e non etichettato dall'eccitazione dell'onda RF.
Questa immagine mostra una vista a quattro camere del cuore con un afflusso di sangue luminoso attraverso le valvole mitrale e tricuspide, e poi fuori attraverso le valvole aortica e polmonare, rispettivamente.
Infine, ecco una proiezione di massima intensità che mostra come più fette possano essere combinate spazialmente per visualizzare il sistema cardiovascolare dell'intero topo. La figura mostra una pila tridimensionale di immagini di sangue bidimensionali e luminose sincronizzate nel tempo che mostrano le regioni toraciche e addominali di un topo.
Diamo ora un'occhiata ad alcune altre applicazioni di questa tecnica di risonanza magnetica. Come estensione della tecnica descritta, possiamo utilizzare questa tecnologia per confrontare la cinematica dei cuori sani rispetto a quelli malati. I modelli murini di disfunzione cardiaca possono essere molto più controllati di quelli che si trovano in clinica. Ciò consente ai ricercatori di identificare fattori specifici che contribuiscono alle malattie cardiache e di studiare il processo di rimodellamento dopo un infortunio.
Un'attività di ricerca comparabile può essere eseguita con un focus vascolare, come quello con la formazione di aneurisma dell'aorta addominale. Il sangue emette un segnale ad alta intensità utilizzando il metodo di risonanza magnetica ad alto campo di piccolo diametro descritto qui. Questo aumento del contrasto può essere sfruttato per valutare l'espansione di un aneurisma dell'aorta addominale e misurare i cambiamenti nelle proprietà biomeccaniche del vaso.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla risonanza magnetica cardiovascolare.
Ora dovresti sapere come eseguire l'imaging cardiaco e come acquisire i dati cine loop del cuore murino utilizzando sequenze standard di risonanza magnetica FLASH del sangue brillante sincronizzate con segnali cardiaci e respiratori. Infine, dovresti anche sapere come identificare le strutture cardiache in queste immagini. Grazie per l'attenzione!
