Name: Ricostruzioni anatomiche del sistema umano venoso cardiaco utilizzando Contrasto-tomografia computerizzata di campioni di perfusione-fissi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-04-18T09:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 2 s
Description: Scopri come generare modelli 3D del sistema venoso cardiaco umano utilizzando la tomografia computerizzata con contrasto su campioni fissi. Questa tecnica consente misurazioni anatomiche precise per la progettazione di dispositivi cardiaci.

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Vorremmo riconoscere Dionna Gamble, Allison Larson, e Katia Torres per l&#39;assistenza con generazione di modelli e misure, Monica Mahre per assistenza manoscritto, Gary Williams per l&#39;assistenza tecnica, Jerrald Spencer Jr. per l&#39;assistenza con le figure e le Fairview Imaging servizi al Università del Minnesota. Il finanziamento è stato ricevuto presso l&#39;Istituto di Ingegneria in Medicina e Chirurgia (Università del Minnesota) e in parte da un contratto di ricerca con Medtronic Inc.

Procedura La tabella 1 riassume i materiali utilizzati durante il processo. Figura 1 fornisce una panoramica del processo. 1. Campioni e scansione di preparazione <ol><li> Ottenere i isolati cuori umani freschi e successivamente perfusione fissarli in 10% formalina tamponata nel loro stato telediastolico. </li><li> Sciacquare i cuori da acquisire in acqua il giorno prima della scansione al fine di rimuovere la maggior parte della formalina. </li><li> Prima di dirigersi verso lo scanner, incannulare il seno (CS) vena coronaria all&#39;interno di ogni cuore con un catetere a palloncino venogramma. Ottenere l&#39;accesso al CS attraverso sia la vena cava superiore o inferiore con visualizzazione diretta o l&#39;uso di videoendoscopi. </li><li> Una volta in posizione, gonfiare il palloncino del catetere presente venogram per ancorare il catetere in CS. </li><li> Posizionare ogni cuore all&#39;interno di un contenitore di polimero sigillabile in cima a una spugna che è stato progettato in modo cheil cuore può sedersi nella sua posizione anatomica attitudinally corretta. </li></ol> 2. Tomografia computerizzata <ol><li> Posizionare un dato di cuore sul piano dello scanner CT come se un paziente era sdraiato supino e la testa in primo luogo sullo scanner. </li><li> Collegare l&#39;estremità prossimale del catetere venogram ad un iniettore che contiene due siringhe per iniezione: uno per contrasto e una per salina. </li><li> Iniettare automaticamente 40 ml di contrasto nel sistema venoso cardiaca a 5 ml / sec. </li><li> TC cuore 8 secondi dopo l&#39;inizio della iniezione di contrasto. Impostare la TAC a 512 x 512 pixel di risoluzione da 0,6 mm di spessore fetta. </li><li> Iniettare automaticamente 40 ml di soluzione fisiologica nel sistema venoso cardiaca a 5 ml / sec per irrigare il contrasto. </li><li> Esportare le immagini TC dicom su un disco rigido esterno. </li></ol> 3. Ricostruzione e Misure <ol><li> Carica immagini TC DICOM in Mimics Software. </li><li> Generare una maschera per il CT images che contiene solo i pixel con alta unità Hounsfield per evidenziare solo il contrasto presente nel cuore. </li><li> Rimuovere contrasto che è fuoriuscito nelle camere o diffusi nel tessuto in modo che la maschera contiene solo il contrasto all&#39;interno dei principali vene cardiache. </li><li> Compilare manualmente in sacche d&#39;aria all&#39;interno di un determinato filone fotogramma per fotogramma. </li><li> Generare un oggetto 3D dalla maschera risultante. </li><li> Liscia e avvolgere l&#39;oggetto da eliminare geometrie approssimative. Video 1 presenta uno di questi modelli 3D rotante nello spazio. </li><li> Generare linee centrali per ogni modello 3D creato. </li><li> Utilizzando queste linee centrali, misurare la lunghezza d&#39;arco, angolo di ramificazione, tortuousity (lunghezza dell&#39;arco / distanza lineare) e diametri per ogni peschereccio importante in ogni cuore. Nostra nomenclatura anatomica impiegata viene visualizzato in Figura 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>
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<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>
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<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>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Il nostro laboratorio sta sviluppando una libreria di perfusione-fissi campioni di cuore per i vari studi anatomici. Ad oggi, abbiamo oltre 240 esemplari conservati. I metodi specifici che abbiamo usato per preparare questi campioni sono stati precedentemente descritti 3. Il presente studio descrive una nuova metodologia per la mappatura del sistema venoso cardiaco umano e per lo sviluppo di un database anatomico, che potrebbe essere utilizzato per la progettazione di dispositivi cardiaci impiegate all&#39;in...

ricostruzioni anatomiche del sistema umano venoso cardiaco utilizzando contrasto-tomografia computerizzata di campioni di perfusione-fissi

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

Una comprensione dettagliata della complessità e della variabilità relativa all&#39;interno del sistema venoso cardiaco umano è cruciale per lo sviluppo di dispositivi cardiaci che richiedono l&#39;accesso a questi vasi. Per esempio, anatomia venosa cardiaca è conosciuto per essere una delle limitazioni chiave per la corretta erogazione della terapia di resincronizzazione cardiaca (CRT) 1 Pertanto, lo sviluppo di un database di parametri anatomici per sistemi venosi cardiache umane può aiutare nella progettazione di consegna CRT dispositivi per superare tale limitazione. In questo progetto di ricerca, i parametri anatomici sono stati ottenuti da ricostruzioni 3D del sistema venoso mediante tomografia a contrasto computerizzata (TC), l&#39;imaging e software di modellazione (Materialise, Leuven, Belgio). I seguenti parametri sono stati valutati per ogni vena: lunghezza d&#39;arco, tortuousity, angolo di ramificazione, distanza in seno ostio coronarico, e diametro del vaso. CRT è un potenziale trattamento per patigenitori con dissincronia elettromeccanica. Circa il 10-20% dei pazienti con insufficienza cardiaca possono beneficiare di 2 monitor CRT. Dissincronia elettromeccanica implica che le parti del contratto di attivare miocardio e prima o dopo il normale percorso di conduzione del cuore. In CRT, aree dyssynchronous del miocardio sono trattati con stimolazione elettrica. Stimolazione CRT in genere comporta elettrocateteri di stimolazione che stimolano l&#39;atrio destro (RA), ventricolo destro (RV), e il ventricolo sinistro (LV) per produrre ritmi più risincronizzata. L&#39;elettrocatetere VS è tipicamente impiantato all&#39;interno di una vena cardiaca, con l&#39;obiettivo di sovrapporre all&#39;interno del sito di attivazione ultime miocardica. Noi crediamo che i modelli ottenuti e le analisi dello stesso promuoveranno l&#39;educazione anatomico per i pazienti, studenti, medici, e progettisti di dispositivi medici. Le metodologie impiegate qui possono anche essere utilizzati per studiare altre caratteristiche anatomiche dei nostri campioni del cuore umano, come ad esempiole arterie coronarie. Per incoraggiare ulteriormente il valore educativo di questa ricerca, abbiamo condiviso i modelli venose sul nostro sito web libero accesso: <a href="http://www.vhlab.umn.edu/atlas" target="_blank">www.vhlab.umn.edu / atlante</a> .

La tabella 2 presenta i parametri anatomici mediani per le principali vene cardiache per 42 campioni cuore umano. Tutti i campioni di cuore contenevano una vena interventricolare posteriore (PIV) e vena interventricolare anteriore (AIV). Alcuni esemplari conteneva più di una vena posteriore del ventricolo sinistro (PVLV), vena postero-laterale (PLV), sinistra vena laterale (LLV), e / o vena antero-laterale (ALV), mentre altri cuori non possono aver avuto una o due di queste vene specifiche presenti. </p...

L&#39;obiettivo di questa ricerca è quello di ricreare e quindi accedere alla anatomia del sistema venoso cardiaco umano con ricostruzioni 3D generate dal contrasto-tomografia computerizzata.

Ricostruzioni anatomiche del sistema umano venoso cardiaco utilizzando Contrasto-tomografia computerizzata di campioni di perfusione-fissi

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

L'obiettivo generale di questo procedimento è generare modelli tridimensionali del sistema venoso cardiaco umano per lo sviluppo di un database anatomico utilizzabile nella progettazione di dispositivi cardiaci impiegati all'interno di questi vasi. Questo risultato si ottiene innanzitutto preparando il campione di cuore umano fissandolo nello stato di fine diastole ed eseguendo la cannulazione del seno coronarico con un catetere a palloncino venografico. Nel secondo passaggio, si acquisiscono immagini TC con mezzo di contrasto del sistema venoso cardiaco durante l'ultima fase.Da scansioni TC vengono generati modelli 3D dai quali è possibile ottenere diverse misurazioni anatomiche. Uno dei principali vantaggi della nostra tecnica rispetto ad altri metodi, come la valutazione in vivo dell'anatomia venosa cardiaca, è l'assenza di esposizione del paziente ad agenti di contrasto o radiazioni. Abbiamo avuto per la prima volta l'idea di questo metodo quando inizialmente stavamo mappando il sistema venoso cardiaco di questi cuori fissati con perfusione, utilizzando uno strumento micro scribe sulla superficie epicardica.Tuttavia, questo metodo presentava alcune limitazioni. Era limitato dalla quantità di tessuto adiposo e inoltre generava modelli bidimensionali. L'uso di TAC con contrasto per la generazione dei modelli supera queste limitazioni non appena vengono ottenute.Fissare con perfusione i cuori umani appena isolati nel loro stato di fine diastole in formalina tamponata al 10%. Quindi, il giorno prima della scansione, risciacquare i cuori in acqua per rimuovere la maggior parte della formalina prima di procedere con la scansione. Utilizzare un catetere venografico con palloncino per cannulare la vena coronaria sinistra all'interno di ciascun cuore attraverso la vena cava inferiore.Sotto visualizzazione diretta. Una volta posizionato, gonfiare il palloncino del catetere per venogramma per fissare il catetere nel seno coronarico. A questo punto, posizionare ogni cuore all'interno di un contenitore in polimero richiudibile, appoggiandolo su una spugna progettata per sostenere il cuore nella sua posizione anatomica corretta dal punto di vista posturale.Posizionare innanzitutto il cuore sul lettino della TC come se si trattasse di un paziente in posizione supina e con la testa in avanti sullo scanner. Successivamente, collegare l'estremità prossimale del catetere per venogramma a un iniettore che contiene due siringhe di iniezione: una per il mezzo di contrasto e una per la soluzione salina.Ora iniettare automaticamente 40 millilitri di mezzo di contrasto nel sistema venoso cardiaco a una velocità di cinque millilitri al secondo. Otto secondi dopo l'inizio dell'iniezione del mezzo di contrasto, eseguire una scansione TC del cuore impostando la risoluzione dell'immagine a 512 per 512 pixel con uno spessore di fetta di 0,6 millimetri. Successivamente, rimuovere il mezzo di contrasto iniettando automaticamente altri 40 millilitri di soluzione salina fisiologica nel sistema venoso cardiaco.A cinque millilitri al secondo, esportare le immagini DICOM della TC su un disco rigido esterno. Ora caricare le immagini DICOM della TC nel software Mimic e generare una maschera per le immagini TC che contenga soltanto i pixel con elevati valori in unità Hounsfield. Per evidenziare esclusivamente il contrasto presente nel cuore, rimuovere qualsiasi mezzo di contrasto che sia fuoriuscito nelle camere o si sia diffuso nel tessuto, in modo che la maschera contenga soltanto il contrasto all'interno delle principali vene cardiache.Quindi riempire manualmente le sacche d'aria all'interno di un dato quadro venoso fotogramma per fotogramma e generare un oggetto 3D dalla maschera risultante. Successivamente, levigare e avvolgere la maschera per eliminare eventuali geometrie irregolari, quindi generare le linee centrali per ciascun modello 3D creato. Per ridurre al minimo la variabilità dell'utente nella generazione dei modelli 3D, è importante che l'utente segua attentamente il protocollo dettagliato e che un osservatore verifichi il modello prima di generare le linee centrali.Infine, utilizzare le linee centrali per misurare l'angolo di ramificazione dell'arco, la tortuosità e i diametri di ciascun vaso principale in ogni cuore. In questa tabella vengono presentati i parametri anatomici mediani delle principali vene cardiache per 42 campioni di cuore umano. Tutti i campioni di cuore contenevano una vena cardiaca media e una vena interventricolare anteriore.Alcuni campioni contenevano più di una vena inferiore, vena laterale inferiore, vena laterale e/o vena anterolaterale. Mentre in altri cuori potrebbe non essere presente una o due di queste vene specifiche in questo filmato, è possibile osservare un modello 3D rappresentativo che ruota nello spazio. Seguendo questa procedura, uno dei vantaggi è che è possibile utilizzare la visualizzazione con videoendoscopi all'interno delle vene cardiache per valutare l'anatomia, convalidare i modelli TC e determinare anche la posizione di varie strutture, come le vene cardiache, che non sono visibili alla TC dopo il suo sviluppo.Questa tecnica consente ai ricercatori nel campo dell'ingegneria biomedica di esplorare il sistema venoso cardiaco e lo sviluppo di dispositivi cardiaci che sfruttano questi vasi. In definitiva, la modellizzazione e la mappatura del sistema venoso cardiaco umano fornirà nuove informazioni sull'anatomia pertinente per eseguire diverse procedure cliniche.

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