腹部大オルタの高周波超音波イメージング

超音波は、臨床画像診断および診断において一般的に使用される非侵襲的イメージング技術です。

超音波は音波を放出し、その反射を測定して、解剖学的構造と臓器のライブ画像を生成します。CT、MRI、NIRFスキャンなどの他のイメージングモダリティよりも、比較的安価で持ち運び可能で、汎用性が高く、造影剤を必要としないという利点があります。ただし、解像度と貫通深さには制限があります。

このビデオでは、超音波技術の背後にある主要な原理を説明し、げっ歯類の血管をイメージングするための高周波超音波システムの有用性を示し、超音波イメージングアプリケーションの例を提供します。

超音波画像は、トランスデューサーから音波のビームを放射し、波が体内の異なる組織間の境界で反射するときに生成されるエコーを記録することによって生成されます。波は、血液細胞のような小さな物体によって屈折、吸収、さらには散乱されることもあります。

反射波の量は、組織間の音響インピーダンスの違いに比例します。音響インピーダンスZは、組織の密度と音波の速度に依存します。骨のように差が大きい場合、音波は完全に反射されます。オルガンのように差が小さい場合、音波は部分的にしか反射されません。

トランスデューサーで受信される反射波の強度と、トランスデューサーから組織境界までの距離を使用して、解剖学的画像を作成します。これらの距離は、体組織を通る音の平均伝搬速度(秒速約1540メートル)と、波が組織に伝搬して戻るのにかかる時間を使用して決定されます。

超音波は、独自のアプリケーションに対応する特別なモードを利用して、さまざまな種類の画像を収集するために使用できます。最も一般的なモードは、ブライトネスまたはBモードで、組織の2次元スライスの音響インピーダンスを表示します。あるいは、モーションイメージングやMモードイメージングでは、心機能と同様に組織内の急速な動きを見ることができます。最後に、ドップラーモードを使用して血流を評価します。

超音波がどのように機能するかについて説明したので、小動物でさまざまな超音波イメージングモードを使用して画像をキャプチャする方法を見てみましょう。

まず、背面のスイッチを使用して超音波システムの電源を入れます。次に、システムの左側にあるスイッチを使用して、モニターとコンピューターの電源を入れます。次に、トランスデューサーをシステムの専用アクティブポートに接続します。次に、トランスデューサーケーブルをプローブマウントの上のプラスチックホルダーに通します。

トランスデューサーの片側にある隆起した線に注意してください。モニターに表示される画像を参照するときは、これを参考にしてください。画像のグレースケールバーの上には、画像の被写体を表す小さな円と、トランスデューサーの隆起した線を表す垂直線があります。まず、トランスデューサーをクランプに固定し、動物に対して90度に配置する必要があります。

生理学的モニタリングユニットが接続されていることを確認し、心拍数と温度ボタンを押してこれらのモニターをオンにします。次に、ジェルウォーマーの電源を入れ、インジケーターライトが点灯していることを確認します。

動物の麻酔の場合は、まず気化器でイソフルランレベルを確認し、レベルが空のラインを下回っている場合は補充します。次に、酸素ボンベのスイッチを入れ、流量計の空気の流れを1分あたり約1リットルに調整します。

次に、動物ステージを取り付け、VGAコードを差し込んでECGと呼吸信号を収集します。動物のノーズコーンを所定の位置に固定し、黒いイソフルランチューブと青い廃ガスチューブがノーズコーンに正しく接続されていることを確認します。これで、動物に麻酔をかけ、イメージングの準備をすることができます。動物が安全な麻酔室に入ったら、気化器のダイヤルを2〜3パーセントに回します。

動物が深く麻酔をかけられているように見えたら、ステージ上のノーズコーンに移動し、イソフルランの流れを切り替えてください。つま先をつまんで動物がすぐに目を覚まさないことを確認してから、眼科用軟膏を目に塗ります。次に、接着剤を使用して前足をステージ電極に固定し、脱毛クリームを使用して腹部の毛を取り除きます。直腸プローブに潤滑剤を塗布し、体温測定のために動物の直腸に挿入します。次いで、腹部を温めた超音波形質導入ゲルで覆います。

まず、ソフトウェアを開き、「新しい研究」を選択します。新しいシリーズでは、メニューからユーザーを選択し、シリーズに適切な名前を付けます。シリーズが作成されたら、キーボードから明るさモードの略であるBモードを選択します。すべてのイメージングモダリティキーは、黒のキーボードの一番下の行にあります。

これで、イメージングを開始する準備が整いました。トランスデューサーを動物の腹部に転がします。画面を見て、呼吸数を監視します。トランスデューサーが動物に過度の圧力をかけている場合、速度の低下が観察されます。ステージ上のX軸とY軸のノブを静かに回して、トランスデューサーの配置を調整します。腹部大動脈の鮮明な画像が見つかるまでそうしてください。画面に目的の画像が表示されたら、画像の下部にある白いバーがいっぱいになるのを待ってから、画像ラベルボタンを押して画像を保存します。モダリティは画像ラベルとともに自動的に保存されるため、保存される名前に含める必要はありません。

Mモードまたはモーションモードの画像をキャプチャするには、キーボードを使用してMモードを選択します。SVの歩行を調整して黄色のバーを狭くしたり広げたりし、カーソルを調整して腹部大動脈のセクションにバーを合わせます。正しく配置されたら、もう一度Mモードを押します。バーの配置は、Mモード中に調整できます。Bモードと同様に、画像の下部にある白いバーがいっぱいになるのを待ってから、画像ラベルボタンを押します。

EKVまたはECGゲートによるキロヘルツ可視化イメージングを実行するには、まずキーボードでBモードを選択し、トランスデューサを腹部大動脈の一部に置き、クリーンなECG信号があることを確認します。次に、EKVを押し、目的の取得タイプ、ライン密度、およびフレームレートを選択して、スキャンを開始します。取得後、画像データが表示されます。

カラードップラーを使用するには、まずBモードを選択し、トランスデューサーが腹部大動脈上にあることを確認してから、[カラー]を選択します。[更新]を押し、トラックボールを動かしてボックスサイズをスキャンする領域に調整し、もう一度[更新]を押してサイズをロックします。次に、カーソルを使用してボックスを移動します。速度ノブを上に回すと、速度のしきい値が上がり、バックグラウンド信号が減少します。

血流速度を定量化するために、パルス波ドップラーモードが使用されます。カラードップラーモードで開始し、PWを押します。画面に黄色の斜めの線が2本表示されます。ビーム角度を調整し、PWアングルノブを回して、短い点線を血管の前壁と後壁に平行にします。黄色の点線は、角度を大きくしすぎると青に変わります。位置合わせが完了したら、PWを押してから、ベースライン、ベロシティ、ドップラーゲームのコントロールを調整して、波形を中央に配置して明るくします。イメージング中に、スタディマネジメントを押して目的の画像を選択することで、以前に取得した画像をいつでも表示できます。

シリーズに必要な画像をすべて取得したら、試験管理画面から「シリーズを閉じる」を選択します。別のコンピューターでさらに分析するためにデータを転送するには、試験管理画面に移動し、試験または個々のシリーズのチェックボックスをオンにします。[コピー先]をクリックし、目的のファイルの場所を選択して、[OK]を押します。最後に、気化器のダイヤルをゼロに回し、動物をステージから取り出し、麻酔から回復させます。

各手順の後、超音波セットアップを清掃し、動物期と直腸プローブを拭き取ります。ステージに直接消毒液をスプレーしないでください。トランスデューサーは、ホルダーに戻す前に、ペーパータオルで70%エタノールで拭き取ってください。酸素ボンベの電源を切り、流量計の空気の流れをゼロにすることを忘れないでください。

すべてのイメージングとエクスポートが完了したら、研究管理画面の電源ボタンをクリックし、モニターとコンピューターがシャットダウンするのを待ちます。モニターが完全にオフになったら、システム背面のオンオフボタンを「オフ」に切り替えます。適切にシャットダウンされると、ファンが停止するのを聞く必要があります。

イメージングセッションが完了し、システムがシャットダウンされたら、結果を分析できます。

この手順では、腹部大動脈の解剖学的および機能的イメージングが行われました。Bモードスキャンなどの一部のデータは、データ収集中またはデータ収集直後に容易に分析できますが、他のモードのスキャンは、ソフトウェアで分析するためにデータをコピーした後に最適に分析されます。

2次元Bモードスキャンは、大動脈径または断面積の測定を提供できます。直径はlength over distance測定ツールで、面積は面積測定ツールで測定できます。Mモードは、血管の円周方向の周期的なひずみを測定するために使用できます。大動脈のMモードスキャンを見ると、明るい線が血管の前壁と後壁に対応する場所を確認できます。前壁は後壁よりも動きが大きくなります。

円周周期ひずみは、ピーク収縮期、DS、および拡張期末期、DD中の内大動脈径値から決定され、ピーク収縮期は大動脈が最大サイズまで拡張されたときに発生し、拡張期末端は最小サイズになったときに発生します。したがって、円周方向の周期ひずみは、この式を使用して計算されます。

カラードップラーは、血流の方向と速度を決定するために使用できます。カラードップラー画像は、血液動態の定性的評価をユーザーに提供します。赤と青のカラースケールは、検出された血流の速度の方向と大きさを示します。赤はトランスデューサーに向かう流れを示し、青は遠ざかる流れを示します。暗い色は低速の流れを表し、明るい色は高速の流れを表します。

超音波イメージングの一般的な原則と手順が見直されたので、このイメージングモダリティが使用されるいくつかのアプリケーションを見てみましょう。

ヒトの胎盤は、子宮内にいる間は研究のために非常にアクセスできません。高周波超音波を使用して、臍帯静脈と子宮動脈を視覚化できます。これは、胎盤の両側の血管の直径と血流の最大速度を測定するために行われます。これを、胎盤の母体側と胎児側から採取した血液サンプルのデータと組み合わせて、循環に放出される栄養素と物質の動静脈濃度を計算します。この研究は、ヒトの胎盤機能に関する洞察を提供します。

頭蓋超音波は、先天性異常や脳病変を持つ新生児にとって信頼できるツールです。この方法は非侵襲的であり、新生児集中治療室のベッドサイドで行うことができます。超音波画像は、新生児の脳の視覚化を支援するために、冠状面と矢状面の両方で収集されます。これらの画像は、脳に存在する病変を視覚化するのに役立ちます。カラードップラーモードは通常、脳内血管の視覚化に使用されます。横方向の副鼻腔が画像化され、血栓を検出することができます。

JoVEの超音波イメージング入門をご覧になりました。これで、超音波イメージングの原理、画像収集と分析の一般的な方法、およびいくつかのアプリケーションを理解する必要があります。ご覧いただきありがとうございます!