6.7: 心臓磁気共鳴イメージング

1. 動物の調製

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。

高磁場小口径磁気共鳴画像法(心臓MRI)は、電離放射線や造影剤を使用せずに心血管機能を評価します。

これに匹敵する心血管イメージングモダリティには、トランスデューサーから音波のビームを放出し、波が反射してライブ画像を生成するときに生成されるエコーを記録する高周波超音波が含まれます。これは、高い空間的および時間的解像度の画像を提供します。ただし、密集した組織への浸透深さが限られているため、イメージングアーティファクトが観察される可能性があります。

別のイメージング技術はマイクロCTであり、一連のX線投影を使用して3D断面を作成します。時間分解能が低く、軟部組織のコントラストが限られており、血管構造を視覚化するために造影剤の使用が必要になることがよくあります。これらは、高線量で放射線障害や腎不全を引き起こすことが知られています。

あるいは、MRIは強力な電磁石を使用して、磁気特性に基づいて体内の組織を画像化します。心臓MRIでは、従来のMRIシーケンスは、心周期のRピークと呼吸の呼気プラトーからゲートオフされ、心血管機能を評価します。

このビデオでは、トリガーとなる高速ローアングルショット、またはFLASH MRIシーケンスを使用してMRIデータを収集する方法を示します。この技術は、小動物の疾患モデルの研究に高品質の軟部組織造影剤を提供します。

磁気共鳴画像法は、組織の常磁性特性を利用して軟組織のコントラストを視覚化する技術です。MRI装置の穴は、従来、電流を流すと一定の均質な磁場B-zeroを提供するソレノイドコイルを使用して包まれていました。

高磁場ミラーリングイメージングでは、地球の磁場の約140,000倍、一般的な臨床用3テスラおよび1.5テスラのスキャナー磁場強度の2倍以上である7テスラの磁場強度を使用することができます。この均質な磁場により、ほとんどすべての生体組織に固有の水素プロトンが回転軸を整列させます。これらのスピンは、無線周波数またはRF波を使用して、回転軸に対して特定の角度(フリップ角度とも呼ばれる)に傾けることができます。

その後、陽子が元の向きに戻ろうとすると、主軸に垂直なスピンの成分が検出可能な電気信号を誘導し、画像が得られます。さらに、磁気勾配を適用して主磁場を乱し、空間的に分離されたRF励起が受信信号の位置を特定することができます。このビデオで説明した方法に特有なのは、低フリップ角のRF励起を急速に繰り返すFLASHシーケンスで、陽子運動の定常状態パターンを誘導します。繰り返し時間は、一般的な陽子緩和時間よりもはるかに短いです。

血液中などの非励起水素がイメージングフレームに入ると、比較的高いシグナルが生成されます。これにより、心血管系を迅速に画像化し、心周期内の安定したスナップショットを提供することができます。生理学的シグナルでFLASHシーケンスをトリガーすることにより、心臓、血管、および呼吸の動きを強調する心血管系の画像を取得できます。

心臓MRIの主な原理を確認したので、次に動物を準備して画像化するための段階的な手順を説明しましょう。

まず、イメージングするマウスを特定し、次にマウスをノックダウンチャンバーに移します。次に、イソフルランを使用して動物に麻酔をかけ、つま先をつまむ技術を使用してノックダウンを確認します。次に、MRI室のノーズコーンへのイソフルランの流れを開き、ノックダウンチャンバーへのイソフルランの流れを閉じます。これにより、長いチューブに麻酔薬が下塗りされます。

すべての担当者がMRに安全であることを確認してから、マウスをイメージングステージに移し、動物の周りのノーズコーンを固定します。マウスの心臓がRFコイルの中心とほぼ揃うようにマウスを配置します。次に、トーピンチテクニックを使ってノックダウンを再確認します。次に、3本の心電図リード線を皮下に挿入します。リード線を心臓の左右にそれぞれ1本ずつ、左後肢の付け根に1本ずつ配置します。

滅菌プローブシースと潤滑剤を使用して、直腸温度計プローブを挿入します。次に、腹部の心窩部に枕呼吸センサーを配置し、段ボールを使用して所定の位置に固定し、圧力感知信号を取得します。

すべての生理信号がスキャナールームの外にあるモニタリングソフトウェアを通じて取得されていることを確認してください。次に、加熱モジュールとファンをセットアップして、マウスへの空気の流れを温め始めます。暖かい空気がマウスに向かって吹き、テールの先端を過ぎてすぐからマウスに吹くように、エアチューブを所定の位置に固定します。最後に、RFコイルをマウスの上に置き、すべてのケーブルとチューブが固定されていることを確認します。

次に、麻酔をかけたマウスで心臓MRIを実施するための段階的なプロトコルを確認しましょう。

まず、磁石のボアの外側のRFコイルを調整して一致させ、信号検出を最大化します。これは、RFコイルの各コンポーネントの0ヘルツの狭い谷によって示されます。次に、結像ステージを磁石の穴にゆっくりと挿入します。マウスがボアの中央に直接配置され、グラディエントコイルの間隔がすべての半径方向に沿って等しいことを確認します。この位置により、均質な主磁場が確保されます。

次に、ナビゲーションスキャンを実行して、スキャナー内のマウスを見つけます。心臓のある部分が、軸方向、矢状方向、冠状という3つの平面すべてで視覚化されているかどうかを確認します。次に、FLASHシーケンスのパラメータを設定し、オンにする外部トリガを選択します。モニタリングソフトウェアで、呼気期の安定した呼吸中に心周期のRピークでのみMRIシーケンスが連続的に実行されるように、外部トリガーを設定します。

次に、パラメータを設定し、冠状ビューに撮像面の長方形を配置することにより、初期FLASHシーケンスを規定します。次に、スライス平面が心臓の頂点から大動脈弁を通って軸を追うように、コンティニューを押して実行します。この最初のシネループは、心臓の2室ビューを提供します。

次に、2チャンバービューの結果を参照しながら、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、4チャンバービューを視覚化します。

最後に、心臓のほぼ中間にある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。イメージングが完了したら、取得したデータを適切な場所に転送して分析し、イメージングステージを磁石の穴から引っ込め、グラジエントコイルとすべてのプローブを動物から取り外してから、動物をスキャナーベッドから移します。

マウスで心臓MRIを取得したので、スキャンの結果を確認しましょう。この図は、心臓の基部頂点軸に直接垂直で、乳頭筋を含む位置にある左心室の短軸ビューのシネループを示しています。

ここでは、マウスの心臓の血液シネイメージングと、拡張末期とピーク収縮期を含む心周期全体の14の短軸ビュースナップショットを示しています。左心室の内腔内のドロップアウト信号の領域は、血液の速い移動を示しており、これはもともと面外にあり、RF波の励起によってタグ付けされていませんでした。

この画像は、僧帽弁と三尖弁から明るい血液が流入し、次にそれぞれ大動脈弁と肺動脈弁から出る心臓の4室図を示しています。

最後に、これは、マウス全体の心血管系を視覚化するために、複数のスライスを空間的に組み合わせる方法を示す最大強度投影です。この図は、マウスの胸部と腹部の領域を示す、時間同期した明るい 2 次元血液画像の 3 次元スタックを示しています。

次に、このMRI技術の他のいくつかのアプリケーションを見てみましょう。説明されている手法の延長として、この技術を使用して、健康な心臓と病気の心臓の運動学を比較できます。心機能障害のマウスモデルは、臨床で見られるものよりもはるかに制御することができます。これにより、研究者は心臓病に寄与する特定の要因を特定し、損傷後のリモデリングプロセスを研究することができます。

同等の研究努力は、腹部大動脈瘤形成のような血管焦点で行うことができます。血液は、ここで説明する高磁場小口径MRI法を使用して高強度の信号を発します。この造影剤の増加は、腹部大動脈瘤の拡張を評価し、血管の生体力学的特性の変化を測定するために利用できます。

JoVEの心血管磁気共鳴画像法の紹介をご覧になりました。

これで、心臓イメージングの実施方法と、心臓信号および呼吸信号と同期した標準的な明るい血液FLASH MRIシーケンスを使用してマウスの心臓のシネループデータを取得する方法がわかったはずです。最後に、これらの画像で心臓の構造を特定する方法も知っておく必要があります。ご覧いただきありがとうございます!