Summary
动脉硬度表示可以被认为是对动脉僵硬度的替代索引在心血管疾病和脉搏波速度（PWV）的关键因素。这个协议描述了用于基于可应用于在不同的动脉部位的超声波图像处理小鼠计算的PWV的图像处理算法。
Abstract
动脉硬度可通过计算脉搏波速度（PWV）， 即 ，与该脉波在管道容器行进的速度进行评价。该参数在它被用于评估在与特定基因型/治疗血管功能的改变或用于表征心血管疾病进展小啮齿动物模型中被越来越多的研究。这个协议描述这导致仅使用超声（US）图像小鼠非侵入动脉的PWV测量的图像处理算法。所提出的技术已被用来评估腹主动脉PWV小鼠，并评估其与年龄相关的变化。
腹主动脉美国扫描是从用装有高频美国探针的特定美国设备气态麻醉下的小鼠获得。 B型和脉搏波的多普勒（PW多普勒）图像，以便分别获得直径和平均血流速度瞬时值，分析。为了这个目的，边缘检测和轮廓跟踪技术使用。单拍平均直径和速度波形是时间对齐和组合，以实现对直径速度（LND-V）的循环。 PWV值从环路，其对应于早期收缩相位的线性部分的斜率获得的。
用本方法，解剖和功能信息有关鼠标腹主动脉可以非侵入性地实现。要求美国图像的处理而已，它可以表示为在小鼠的不同动脉部位的弹性特性方面的非侵入性特征的有用工具。本技术的应用可以很容易地扩展到其他血管区，如颈内动脉，因此提供了可能性，以获得一个多站点动脉僵硬度评估。
Introduction
小鼠模型正日益用于心血管疾病的调查（CVD）和在纵向研究允许疾病发展1的不同阶段的表征中是特别使用。大动脉弹性性质与不同病理状况;从技术角度来看，动脉硬度可以通过测量脉搏波速度（PWV），其表示与该脉波在管道中容器2行进的速度进行评估。由于其临床意义，人们越来越即使是在临床前小动物模型3个测量。
不同的技术可用于在小鼠中评估PWV。侵入性方法是基于使用导管末端压力换能器。 PWV是通过在两个不同的动脉部位采集压力信号和除以两个测量之间的距离s评估由信号4之间的时移ITES。有关这类技术的主要缺点是，它们需要两个测量部位，因此，不能在纵向研究中使用之间的距离的评价动物牺牲。为了克服这一限制，可以根据不同的成像技术的非侵入性的方法，已经被开发。以前的研究已经报道通过将上速度编码磁共振成像数据5和脉冲多普勒信号6的渡越时间的方法得到的小鼠PWV评估。然而，用这些方法得到的PWV值是动脉硬化的一个区域评价。事实上，它代表一个平均值，占不同动脉的尺寸和弹性性能方面。此外，这些种类的评价的所需要的两个测量点之间的距离的评估是错误可能INF源luence最终结果。
PWV可以使用直径速度（LND-V）的环7进行评估。此方法是基于直径和流速值的选定容器中的同时评估。按照这种方法，LND-V族环通过绘制自然对数直径值获得VS平均速度值和PWV通过计算对应于早期收缩阶段所得到的循环的线性部分的斜率估算。关于实际执行这种方法，以前的作品已经报道了其在体外的建立系统7应用程序及其为颈动脉和股PWV人类8评估使用效果。
本研究的主要目的是提供一种图像处理算法的详细说明，提供了在使用Ú小鼠非侵入动脉的PWV测量仅s的图像。所提出的方法允许本地动脉硬度的由两个B模式和脉冲波多普勒（PW多普勒）的图像，并且可以对具有关键的重要性，动脉施加的处理装置的评价如腹主动脉。
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Protocol
动物实验均按照欧盟指令（2010/63 / UE）和意法（D.Lvo二千〇一十四分之二十六）进行，它遵循实验室动物护理的原则。本地伦理委员会批准批准了研究。
1.成像过程
- 鼠标放置在1升/分钟的纯氧气填充有2.5％的异氟醚麻醉诱导室中。通过反应迟钝到脚趾捏核实麻醉深度。
- 放置在温度控制板上的动物以仰卧姿势。滋润动物的眼睛眼药，以避免它们干涸。通过将鼠标的鼻子中的专用鼻锥体供给麻醉气体流（1.5％异氟烷）。如果需要的话，从壳体调整异氟烷的百分比情况下，根据所研究的动物。修复在40℃的电路板温度。
- 涂层用导电膏中的动物的四肢和磁带它们嵌入在所述ECG电极板。测量体温用直肠探头凡士林润滑。检查所有的生理测量（ECG和呼吸信号以及温度）是否正确取得并显示。
- 从脱毛霜和声耦合胶衣其腹部化学清除头发。
- 放置（13-24 MHz）的超声探头在机械手臂。
- 固定探针平行于动物美国和调整，以获得腹主动脉纵向图像与位于聚焦区感兴趣区域的位置。
- 收集解剖信息。
- 点击按钮，允许高帧频心电门控采集9，选择帧速率采集等于700 FPS和开始采集。注意：在这种方式与单个心动周期容器的解剖图像可以获取。
- 收集流速信息。</ STRONG>
- 使用相同的扫描投影，点击PW多普勒按钮，将样品体积在容器的中心，并获取图像确保电影回放不大于3秒短。获得这些数据保持角度修正尽可能小，从壳体调整它到外壳中获得的美国突起的基础上。
- 从温度控制板上卸下的动物，等待完全恢复。
注：在我们的经验，这大约需要10分钟。不要让动物无人看管，直到它已经恢复了足够的意识，以保持胸骨斜卧。
2.后处理
- 出口B模式和PW多普勒图像作为DICOM文件并保存在个人计算机上。变换PW多普勒DICOM文件.TIFF图像。
- 处理B模式图像。
- 导入使用专用的图形用户界面（GUI）中相应的DICOM文件。
- 要初始化轮廓，贴近容器远处的墙上（单点击启动它，然后双击截至吧）和线接近双击近壁。平行于接近远处墙上的行会自动出现。申请通过按下“ANALYSE”按钮的单个帧上的算法。
- 检查结果。如果该边缘已被正确识别（ 即 ，初始化点的进化已经检测到两个后部和前壁），通过点击“GO”按钮适用于整个电影圈的算法。如果边缘没有正确识别，点击“清除轮廓”清除它们，并通过重复点2.2.2重新初始化它们。
注：该算法是基于边缘检测和轮廓跟踪技术，并已详细10先前已经描述。 - 通过按下“记录”按钮，获得最终结果和保存的科尔esponding其中包含有关单个心动周期的瞬时直径值.MAT文件。
- 打开了LND-V回路实现GUI。
- 为了启动这导致单拍平均速度曲线PW多普勒图像处理点击“VELOCITY”按钮。
- 标识PW多普勒跟踪和定位相应于一个速度值按“白线”按钮等于零的行。
- 通过使用“速度”和“时间”按钮（在校准面板），分别执行速度校正和时间校准。按下这些按钮允许一个画一条线，其长度相当于插入的校准因子。
- 手动选择使用“ROI PHYSIO”按钮包含生理信号的投资回报率。
- 手动选择按“ROI SIGNAL”按钮包含PW多普勒跟踪一个投资回报率。
- CLI对“ANALYSE”按钮，CK检查信封标识。如果结果不理想，改变阈值（通过键入“速度阈值”可编辑的文本字段的新值），并再次按下“ANALYSE”按钮。调整阈值从个别情况，这取决于图象的质量。按“拟订一项”按钮。
- 找到心电信号的R峰，并通过单击“更新”按钮，相应的分割速度包络信号。选择不受噪音通过点击“选择BEATS”键损坏或设在吸气阶段节拍。以这种方式，获得了单拍平均速度波形。
- 使用快速傅立叶变换方法来内插选定节拍在频域中，使它们都构成相同的数量的点的，如在参考11详细描述。只需按下自动RET执行此操作PC键盘一旦节拍上瓮键已经被选中。如果“平均速度”复选框被选中的单次搏动平均流速信号是通过将最大速度曲线由两个，假设到抛物线速度分布12来实现的。按“确定”按钮。
- 点击“直径”按钮。插在时域中的单节拍直径波形，以便获得具有相同的采样频率为按“INTERPOLATE”按钮单拍速度信号的单拍直径信号。点击“确定”按钮。
注意：为了有单拍直径和平均具有相同的采样频率和相同数量的数据点速度曲线，它们在频域中进行内插。 - 选择“二阶导数”的方法作为对齐方式（显示直径和速度波形图上方），点击“更新”按钮操ñ。两条曲线将被自动时间对齐使用二阶导数方法14。
- 通过绘制针对单拍单拍直径值的自然对数平均流速值建立最终的LND-V循环。当两个波形对准这是自动完成的。注意：包含5％和90％的单拍的最大值之间分平均速度曲线被自动定位和在这些点的线性内插被施加到评估循环的线性部分的斜率。
- 根据以下等式7 PWV计算
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Representative Results
所提出的方法已被应用到小鼠腹主动脉在先前的研究11。下图显示了真实影像小鼠所描述的方法的应用程序的结果。这些数据是从一个单一的动物（野生型小鼠13周龄，应变：C57BL6，重量33 g）在特别地， 图1表示美国图像的分析的结果。适用于具有高帧率心电门控模式提供直径波形获得的B型图像边缘检测和轮廓跟踪技术;另一方面，对PW-多普勒信号包络的识别导致单拍平均速度曲线评估。单节拍的评价平均速度波形包括来自不同心脏周期的数据的平均值。对于所示的数据中，速度曲线的标准偏差（计算为标准偏差的在获得的平均每个时间点）为0.0137米/秒。
单拍直径和平均速度波形被内插在频率和时间域，然后时间对准（ 图2A）两者。所述LND-V族环通过绘制自然对数直径值与平均流速测量获得， 如图2B所示。 PWV通过计算循环，这是已知的对应于早期收缩相位的线性部分的斜率评估。这部分被自动识别为对应于平均速度曲线的上坡。这些数字表明，对于所提出的技术的执行所需的图像处理操作导致最终LND-V的环路，它类似于在使用类似的方法7人类获得。这表明，这种技术可能代表在小鼠中的非侵入性的PWV评估一个有效的替代。
图1：B型和PW多普勒图像处理。 B型图像（a）中使用的边缘检测和轮廓跟踪技术进行处理。 PW-多普勒图像（b）的处理，用于从该单拍意味着获得速度波形的包络线信号的识别。 请点击此处查看该图的放大版本。
图2：LND-V回路的PWV计算实现。从B模式和PW多普勒图像处理获得的直径和平均流速波形。 （ 一 ）。所述LND-V族环通过绘制自然logari得到针对平均速度值直径值THM（B）。 请点击此处查看该图的放大版本。
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Discussion
在这项研究中，基于对小鼠PWV评估LND-V循环的图像处理算法已被详细描述。所提出的方法是基于美国图像的处理之用，因此，可以代表现有技术6中 ，13为动脉硬度的在小鼠模型中评估一个有效的替代。事实上，相反地到其基于获取的动脉内压力信号和所需要的动物被处死侵入性的方法如图6所示 ，这种技术是完全非侵入性的，因此，可以特别适合于纵向研究的情况下。此外，它提供了动脉硬化是局部而不是区域的评价。虽然已知该方法通过反射波15的影响，它可以提供更精确的PWV评估相对于用于本地PW其他基于美国的办法V的评估，如基于流面积技术13需要彩色血流数据的剖投影采集。了“代表结果”一节中所示的PWV值，等于1.69米/秒，是在与什么是在参照图11报告线：事实上，在这项研究中，腹主动脉PWV等于1.91±0.44米/秒的成年小鼠和年老动物2.71±0.63米/秒。
为了尽量减少PWV评估的错误，非常注重具有获取美国图像时支付。具体地说，B模式图像应当具有非常明确的前壁和后壁，以实现它不受噪声破坏的直径曲线获得的。对于PW-多普勒图像，角度修正应该被最小化。的60度的值可以表示，在大多数情况下，良好的长轴视图和速度分量的良好近似之间的良好折衷。 Furthermo再在与重复测量纵向研究的情况下，应注意，在以相同的方式在容器的成像， 即 ，具有相同的扫描投影。
所提出的方法的主要限制是关于该所需的直径的图像和平均速度波形评估不同时所获得的事实。这种缺乏同时性可以代表误差的PWV评估源和使测量不够精确。此外，一个真正的同时采集将保证两条曲线之间的更好的时间对准，并避免与心脏心率变异问题。从实际情况来看，另一个限制可能是缺乏的高帧率心电门控模式的可用性。这个问题可以通过在B模式模态采集的图像和以达到最高的时间分辨率调整采集参数被部分地克服。在这种情况下，直径信号应是由ECG基分割并处理以相同的方式作为速度信号，以便获得单次搏动直径波形。然而，在某些条件下，所获得的时间分辨率将不适合以实现有效直径信号。旨在克服这些限制的图像处理链的未来修改将提高的技术中，并导致局部动脉硬度的更精确的评估。
所提出的方法的未来应用将涉及其他动脉区。有效地，由于它需要购置B模式和仅PW-多普勒图像的事实，这种方法可以容易地应用到其他的动脉部位，如颈内动脉，从而提供多站点动脉僵硬度评估。较高的频率探头应选择较表浅动脉，如颈总动脉;在任何情况下，探针的选择应保证动脉T的正确的可视化他在动物研究中。总之，所描述的系统可以提供一个简单的方法，以评估在小鼠模型不同动脉的功能特性。
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Disclosures
作者什么都没有透露。
Acknowledgments
没有。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| VEVO2100 | FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canada | micro-ultrasound equipment | |
| MS250 Ultrasound Probe | FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canada | micro-ultrasound probe | |
| EKV Software | FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canada | Software | |
| Matlab R2015a | MathWorks Inc, Natick, MA, USA | Software | |
| Conductive Paste | Chosen by the operator | Laboratory material | |
| Petroleum Jelly | Chosen by the operator | Laboratory material | |
| Depilatory Cream | Chosen by the operator | Laboratory material | |
| Acoustic Coupling Gel | Chosen by the operator | Laboratory material | |
| Developed Matlab Software | The authors are willing to collaborate with those researchers who are interested in the software and to make the software available under their supervision |
References
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