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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

心臓磁気共鳴イメージング

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1. 動物の調製

ケージ内で画像化するマウスを識別し、麻酔誘導室に移します。
イソフルランを使用してマウスを麻酔し、つま先ピンチ技術を使用してノックダウンを確認します。親指と人差し指の間の足を取り、しっかりとピンチして応答を確認します。動物が足を引きこもった場合は、承認されたプロトコルに従って麻酔で待つか、再投与する必要があります。
イメージング施設に入るスタッフ全員がMRセーフであることを確認してください。これには、磁気衣類/アクセサリーの取り外し、磁気インプラントやペースメーカーの確認、ピアスを含む金属の除去などが含まれます。
MRIルームのノセコーンへのオープンアイソフルランフロー。これにより、動物が目を覚まさないようにマウス転写前に麻酔薬で長いチューブをプライミングすることができます。
麻酔誘導室へのアイソフルランの流れを閉じ、マウスを撮像段階に移す。心臓のおおよその位置が磁石の中心に揃うように、マウスをステージ上に置きます。
つま先ピンチテクニックを使用して、ノーズコーンを固定し、ノックダウンを再確認します。
心臓の左右に1本、左後肢の基部に1本のリードを持つ3つの心電図リードを皮下に挿入します。
滅菌プローブシースと潤滑剤を使用して直腸温度プローブを挿入します。
枕呼吸センサーを腹部の上腹部に置き、段ボール板を使用して所定の場所に固定します。段ボールは圧力感受性信号を保障することを可能にする。
すべての生理学的信号がスキャナールームの外の監視ソフトウェアを介して取得されていることを確認します。心拍数、呼吸数、または正常範囲外の温度が検出された場合は、イメージングを一時停止し、動物が適切に麻酔されているかどうかを評価します。動物が苦しんでいることが判明した場合、麻酔投与は中止し、動物は回復するためにケージに戻す必要があります。
加熱モジュールとファンをセットアップし、動物への気流の温めを開始します。すべてのエアチューブを所定の位置に固定し、暖かい空気が尾の先端を過ぎて始まるマウスに向かって吹き飛ばされるようにします。
グラデーションコイルを動物の上に置き、すべてのケーブル/チューブが固定されていることを確認します。

2.心臓磁気共鳴イメージング - このセクションは、他のアプリケーションに適応することができます。

マグネットの穴の外側にある勾配コイルを調整して一致させ、最大信号が被写体から検出されていることを確認します。
ゆっくりと、動物がボアの中央に直接配置されるように、磁石の穴に撮像段階を挿入します。これには、グラデーションコイルがすべての放射状方向に沿って等しい間隔を持っていることを確認する方法が含まれます。これは、主磁場が最も均質になる位置です。
ローカライザー/ナビゲータスキャンを実行して、スキャナ内のマウスの位置を確認します。心臓の一部のセグメントは、3つの平面(軸、矢状、冠状動脈)すべて内で可視化する必要があります。そうでない場合は、目的の位置が達成されるまで、マウスの位置を変更し、ローカライザー/ナビゲーションスキャンを実行するプロセスを繰り返します。
FLASH シーケンスのパラメーターを設定します。たとえば、TR/TE = 8.0/2.0 ミリ秒、FA = 20°、FOV = 35 x 35 mm、マトリックスサイズ = 192 x 192、NEX = 6 などです。次に、外部トリガを「オン」に選択します。
監視ソフトウェアで、MRIシーケンスが心臓サイクルのRピークを識別する際に開始され、呼吸が呼吸段階で安定している間にMRIシーケンスが開始されるように外部トリガを設定します。これら 2 つの条件が満たされると、シーケンスを順次実行でき、データが取得されます。
スライス平面が大動脈弁を通って心臓の頂点から軸に従うよう、コロナビューで初期 FLASH シーケンススライスを規定して実行します。この最初のシネループは心臓の2つの部屋の眺めを提供する。
2つのチャンバービューから結果を参照し、4つのチャンバービューを視覚化するために、頂点大動脈弁軸に沿って新しいFLASHシーケンスを処方して実行します。
最後に、心臓のほぼ半分の頂点大動脈弁軸に垂直な短軸スライスを処方します。乳頭筋肉は、この位置のシネループ出力内ではっきりと見える必要があります。
1. 追加のスライスは、このスライスと並行して取得して、心臓の時間同期ボリュームを構築できます。これらのボリュームは、後処理で隣接するシネループを連結することによって作成されます。
イメージングが完了したら、取得したデータを分析のために適切な場所に転送し、スキャナーから動物を取り除きます。

出典:フレデリック・W・ダーメンとクレイグ・J・ガーゲン、ウェルドン生物医工学部、パデュー大学、ウェストラファイエット、インディアナ州

このビデオでは、高視野、生理学的モニタリングを有する小さなボア磁気共鳴画像(MRI)が、マウス心血管系のゲートシネループを獲得することが実証されている。この手順は、…

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