6.7: 심장 자기 공명 영상

1. 동물 준비

1. 케이지에서 이미지할 마우스를 식별하고 마취 유도실로 옮김합니다.
2. 이소플루란을 사용하여 마우스를 마취하고 발가락 핀치 기술을 사용하여 녹다운을 확인합니다. 엄지와 검지 손가락 사이에 발을 가지고 응답을 확인하기 위해 단단히 꼬집습니다. 동물이 발을 철회하는 경우 승인 된 프로토콜에 따라 마취를 기다리거나 다시 복용해야합니다.
3. 이미징 시설에 들어오는 모든 직원이 MR 안전여부를 확인합니다. 여기에는 자기 의류/액세서리를 제거하고, 자기 임플란트 나 심박 조율기 없음을 확인하고, 피어싱이 포함된 금속 제거가 포함됩니다.
4. MRI 룸의 노세콘으로 이소플루란흐름을 엽니다. 이렇게 하면 마우스 를 전송하기 전에 마취제로 더 긴 튜브를 준비하여 동물이 일어나지 않도록 할 수 있습니다.
5. 마취 유도 챔버로 이소플루란 흐름을 닫고 마우스를 이미징 단계로 이송합니다. 마우스를 무대에 배치하여 심혼의 대략적인 위치가 자석의 중심과 정렬됩니다.
6. 코 콘을 고정하고 발가락 핀치 기술을 사용하여 녹다운을 다시 확인합니다.
7. 3개의 심전도 리드를 피하로 삽입하여 심장의 왼쪽과 오른쪽으로, 왼쪽 뒷다리의 바닥에 하나씩 이르게 합니다.
8. 멸균 프로브 칼집과 윤활유를 사용하여 직장 온도 프로브를 삽입합니다.
9. 베개 호흡 센서를 복부의 상복부 부위에 놓고 골판지 판을 사용하여 제자리에 고정하십시오. 골판지는 압력에 민감한 신호를 보장 할 수 있습니다.
10. 스캐너 룸 외부의 모니터링 소프트웨어를 통해 모든 생리적 신호가 획득되고 있는지 확인합니다. 심박수, 호흡속도 또는 정상 범위 외부의 온도가 검출되면 이미징을 일시 중지하고 동물이 적절하게 마취되는지 여부를 평가합니다. 동물이 곤경에 처한 것으로 밝혀지면 마취 투여를 중단하고 동물을 케이지로 돌려보내 회복해야 합니다.
11. 가열 모듈과 팬을 설정하고 동물에 대한 온난화 공기 흐름을 시작합니다. 따뜻한 공기가 꼬리 끝을 지나 시작하여 마우스쪽으로 불도록 모든 공기 튜브를 제자리에 고정하십시오.
12. 그라데이션 코일을 동물 위에 놓고 모든 케이블/튜브가 고정되어 있는지 확인합니다.

2. 심장 자기 공명 화상 진찰 - 이 단면도는 그밖 응용을 위해 적응될 수 있습니다.

1. 자석의 보어 바깥쪽에 있는 그라데이션 코일을 조정하고 일치하여 피사체로부터 최대 신호가 감지되도록 합니다.
2. 동물이 보어의 중앙에 직접 위치할 수 있도록 자석의 보어에 이미징 스테이지를 천천히 삽입합니다. 여기에는 그라데이션 코일이 모든 방사형 방향을 따라 간격이 동일하는지 확인하는 것이 포함됩니다. 이것은 주요 자기장이 가장 균일할 위치입니다.
3. 로컬라이저/네비게이터 스캔을 실행하여 스캐너 내마우스의 위치를 확인합니다. 심장의 일부 세그먼트는 세 비행기 (즉, 축, 처진 및 관상)의 모든 내에서 시각화되어야합니다. 그렇지 않은 경우 마우스 위치를 이동하고 원하는 위치가 달성될 때까지 로컬라이저/탐색 스캔을 실행하는 프로세스를 반복합니다.
4. FLASH 시퀀스에 대한 매개 변수를 설정합니다. 예를 들어 TR/TE = 8.0/2.0 ms, FA = 20°, FOV = 35 x 35mm, 매트릭스 크기 = 192 x 192 및 NEX = 6. 그런 다음 외부 트리거링을 "켜기"로 선택합니다.
5. 모니터링 소프트웨어에서 MRI 서열이 심장 사이클에서 R-피크를 식별하고 만료 단계에서 호흡이 안정되는 동안 MRI 서열이 시작되는 등의 외부 트리거를 구성합니다. 이 두 조건이 충족되면 시퀀스를 연속적으로 실행할 수 있으며 데이터를 수집합니다.
6. 슬라이스 평면이 대동맥 밸브를 통해 심장의 정점에서 축을 따르도록 관상 뷰에서 초기 FLASH 서열 슬라이스를 처방하고 실행합니다. 이 초기 시네 루프는 심장의 2 챔버 보기를 제공합니다.
7. 2챔버 뷰의 결과를 참조하고, 정점 대동맥 밸브 축을 따라 새로운 FLASH 서열을 처방하고 실행하여 4챔버 뷰를 시각화합니다.
8. 마지막으로, 심혼을 통해 약 반쯤 정점 대동맥 판막 축에 수직인 짧은 축 조각을 처방합니다. 유두 근육은 이 위치에서 시네 루프 출력 내에서 뚜렷하게 표시되어야 합니다.
   1. 추가 슬라이스를 이 조각과 병렬로 획득하여 시간 동기화된 하트 볼륨을 구축할 수 있습니다. 이러한 볼륨은 후처리에 인접한 시네 루프를 연결하여 생성됩니다.
9. 이미징이 완료되면 수집된 데이터를 분석을 위한 적절한 위치로 전송하고 스캐너에서 동물을 제거합니다.

고자기장 소구경 자기공명영상(High-field small-bore magnetic resonance imaging) 또는 심장 MRI는 전리 방사선 또는 조영제를 사용하지 않고 심혈관 기능을 평가합니다.

유사한 심혈관 영상 양식에는 고주파 초음파가 포함되며, 이는 변환기에서 음파 빔을 방출하고 파동이 반사될 때 생성된 에코를 기록하여 실시간 이미지를 생성합니다. 높은 공간 및 시간 해상도 이미지를 제공합니다. 그러나 조밀한 조직의 침투 깊이가 제한되어 있기 때문에 이미징 아티팩트가 관찰될 수 있습니다.

또 다른 이미징 기술은 3D 단면을 만들기 위해 일련의 X선 투영을 사용하는 마이크로 CT입니다. 이 검사는 시간 해상도가 낮고 연조직 대비가 제한되어 있으며, 혈관 구조를 시각화하기 위해 조영제를 사용해야 하는 경우가 많습니다. 이들은 고선량에서 방사선 손상과 신부전을 일으키는 것으로 알려져 있습니다.

또는 MRI는 강력한 전자석을 사용하여 자기 특성에 따라 신체 조직을 이미지화합니다. 심장 MRI에서 기존 MRI 염기서열은 심혈관 기능을 평가하기 위해 심장 주기의 R 피크와 호흡의 호기 고원에서 게이트됩니다.

이 비디오는 트리거링, 빠른 로우 앵글 샷 또는 FLASH MRI 시퀀스로 MRI 데이터를 수집하는 방법을 보여줍니다. 이 기술은 소동물 질병 모델 연구를 위한 고품질 연조직 대비를 제공합니다.

자기공명영상(MRI)은 조직의 상자성 특성을 사용하여 연조직 대비를 시각화하는 기술입니다. MRI 기계의 보어는 일반적으로 전류가 가해질 때 일정한 균일한 자기장 B-zero를 제공하는 솔레노이드 코일을 사용하여 감쌉니다.

고자기장 미러링 이미징에서는 지구 자기장의 약 140,000배에 달하는 7테슬라 자기장 강도를 사용할 수 있으며, 일반적인 임상 3-Tesla 및 1.5테슬라 스캐너 자기장 강도의 두 배 이상을 사용할 수 있습니다. 이 균질한 자기장은 거의 모든 살아있는 조직에 내재된 수소 양성자가 회전축을 정렬하도록 합니다. 그런 다음 이러한 스핀은 무선 주파수 또는 RF 파를 사용하여 플립 각도라고도 하는 회전축에 대한 특정 각도로 기울일 수 있습니다.

그런 다음 양성자가 원래 방향으로 다시 이완하려고 시도하면 주축에 수직인 스핀 구성 요소가 감지 가능한 전기 신호를 유도하여 이미지를 생성합니다. 또한, 주 자기장을 교란하고 공간적으로 격리된 RF 여기(excitations)를 허용하여 수신된 신호를 국소화할 수 있는 자기 구배(magnetic gradient)를 적용할 수 있습니다. 이 비디오에 설명된 방법과 관련된 것은 FLASH 시퀀스로, 이는 양성자 동작에서 정상 상태 패턴을 유도하기 위해 빠르게 반복되는 낮은 플립 각도 RF 여기를 사용합니다. 반복 시간은 일반적인 양성자 이완 시간보다 훨씬 짧습니다.

혈액 속의 수소와 같이 여기되지 않은 수소가 이미징 프레임에 들어가면 상대적으로 높은 신호가 생성됩니다. 이를 통해 심혈관 시스템을 신속하게 이미지화하고 심장 주기 내에서 안정적인 스냅샷을 제공할 수 있습니다. 생리학적 신호로 FLASH 시퀀스를 트리거함으로써 심장, 혈관 및 호흡 움직임을 강조하는 심혈관계 이미지를 얻을 수 있습니다.

심장 MRI의 주요 원리를 검토했으므로 이제 동물을 준비하고 이미지화하기 위한 단계별 절차를 살펴보겠습니다.

먼저, 이미징할 마우스를 식별한 다음 마우스를 넉다운 챔버로 옮깁니다. 그런 다음 이소플루란을 사용하여 동물을 마취하고 발가락 꼬집음 기술을 사용하여 넉다운을 확인합니다. 다음으로, MRI실에서 노즈콘으로 가는 이소플루란 흐름을 열고 녹다운 챔버로 가는 이소플루란 흐름을 닫습니다. 이것은 마취제로 더 긴 튜브를 프라이밍합니다.

모든 직원이 MR에 안전한지 확인한 다음 마우스를 이미징 스테이지로 옮기고 동물 주위에 노즈콘을 고정합니다. 심장이 RF 코일의 중심과 대략적으로 정렬되도록 마우스를 배치합니다. 다음으로, 발가락 꼬집기 기술을 사용하여 넉다운을 다시 확인합니다. 그런 다음 3개의 심전도 리드를 피하로 삽입합니다. 심장의 왼쪽과 오른쪽에 각각 하나의 리드를 놓고 왼쪽 뒷다리의 기저부에 하나를 놓습니다.

멸균 프로브 덮개와 윤활제를 사용하여 직장 온도계 프로브를 삽입합니다. 그런 다음 복부의 상복부 부위에 베개 호흡 센서를 놓고 판지를 사용하여 압력에 민감한 신호를 획득합니다.

모든 생리적 신호가 스캐너실 외부의 모니터링 소프트웨어를 통해 수집되고 있는지 확인합니다. 다음으로, 가열 모듈과 팬을 설정하여 마우스로 가는 공기 흐름을 가열하기 시작합니다. 따뜻한 공기가 꼬리 끝을 지나 마우스 쪽으로 불어오도록 공기 튜브를 제자리에 고정합니다. 마지막으로 RF 코일을 마우스 위에 놓고 모든 케이블과 튜브가 고정되어 있는지 확인합니다.

이제 마취된 마우스에서 심장 MRI를 수행하기 위한 단계별 프로토콜을 검토해 보겠습니다.

먼저 자석 구멍 외부의 RF 코일을 조정하고 일치시켜 최대 신호 감지를 보장합니다. 이는 RF 코일의 각 구성 요소에 대해 0 헤르츠의 좁은 계곡으로 표시됩니다. 그런 다음 이미징 스테이지를 자석의 구멍에 천천히 삽입합니다. 마우스가 보어의 중앙에 직접 위치하고 그라디언트 코일이 모든 방사형 방향을 따라 동일한 간격을 갖는지 확인합니다. 이 위치는 균일한 주 자기장을 보장합니다.

그런 다음 탐색 스캔을 실행하여 스캐너 내에서 마우스를 찾습니다. 심장의 일부 부분이 축방향, 시상면, 관상골의 세 가지 평면 모두에서 시각화되는지 확인합니다. 그런 다음 FLASH 시퀀스에 대한 매개변수를 설정하고 켤 외부 트리거링을 선택합니다. 모니터링 소프트웨어에서 MRI 시퀀스가 호기 단계에서 안정적인 호흡 동안 심장 주기의 R-피크에서만 순차적으로 실행되도록 외부 트리거를 구성합니다.

다음으로, 매개변수를 설정하고 이미징 평면 사각형을 코로나 뷰에 배치하여 초기 FLASH 시퀀스를 규정합니다. 그런 다음 Continue를 눌러 슬라이스 평면이 심장의 정점에서 대동맥 판막을 통해 축을 따르도록 실행합니다. 이 초기 시네 루프는 심장에 대한 두 개의 챔버 뷰를 제공합니다.

그런 다음 2-챔버 뷰의 결과를 참조하면서 정점 대동맥 판막 축을 따라 새로운 FLASH 시퀀스를 처방하고 실행하여 4-챔버 뷰를 시각화합니다.

마지막으로, 심장의 대략 중간쯤에 있는 정점 대동맥 판막 축에 수직인 짧은 축 절편을 처방합니다. 유두근은 이 위치의 cine loop output 내에서 뚜렷하게 볼 수 있어야 합니다. 이미징이 완료되면 획득한 데이터를 분석을 위한 적절한 위치로 전송한 다음 스캐너 베드에서 동물을 옮기기 전에 자석의 보어에서 이미징 스테이지를 후퇴시키고 동물의 기울기 코일과 모든 프로브를 제거합니다.

이제 쥐에서 심장 MRI를 얻었으므로 스캔 결과를 검토해 보겠습니다. 이 그림은 심장의 기저 정점 축에 직접 수직이고 유두 근육을 포함하는 위치에 있는 좌심실의 단축 보기의 시네 루프를 보여줍니다.

여기에서 우리는 이완기 말기 및 최대 수축기를 포함한 심장 주기 전반에 걸친 14개의 짧은 축 보기 스냅샷으로 마우스 심장의 혈액 cine 이미징을 볼 수 있습니다. 좌심실 내강 내의 드롭아웃 신호 영역은 빠른 혈액 이동을 나타내며, 이는 원래 평면을 벗어났고 RF 파 여기에 의해 태그가 지정되지 않았습니다.

이 이미지는 승모판막과 삼첨판막을 통해 밝은 혈액이 유입된 다음 각각 대동맥 판막과 폐동맥 판막을 통해 나가는 심장의 4개 챔버 보기를 보여줍니다.

마지막으로, 다음은 전체 마우스의 심혈관계를 시각화하기 위해 여러 슬라이스를 공간적으로 결합하는 방법을 보여주는 최대 강도 투영입니다. 이 그림은 생쥐의 흉부 및 복부 부위를 보여주는 시간 동기화된 밝은 2차원 혈액 이미지의 3차원 스택을 보여줍니다.

이제 이 MRI 기술의 다른 응용 분야를 살펴보겠습니다. 설명된 기술의 확장으로 이 기술을 사용하여 건강한 심장과 병든 심장의 운동학을 비교할 수 있습니다. 심장 기능 장애에 대한 쥐 모델은 임상에서 발견되는 것보다 훨씬 더 잘 통제될 수 있습니다. 이를 통해 연구원들은 심장 질환에 기여하는 특정 요인을 식별하고 부상 후 리모델링 과정을 연구할 수 있습니다.

복부 대동맥류 형성과 같은 혈관에 초점을 맞춘 유사한 연구 노력을 수행할 수 있습니다. 혈액은 여기에 설명된 고자기장 소구경 MRI 방법을 사용하여 고강도 신호를 보냅니다. 이러한 조영주의 증가는 복부 대동맥류의 확장을 평가하고 혈관의 생체역학적 특성의 변화를 측정하는 데 활용될 수 있습니다.

방금 JoVE의 심혈관 자기 공명 영상에 대한 소개를 시청하셨습니다.

이제 심장 이미징을 수행하는 방법과 심장 및 호흡 신호와 동기화된 표준 밝은 혈액 FLASH MRI 시퀀스를 사용하여 쥐 심장의 cine loop 데이터를 수집하는 방법을 알게 되었습니다. 마지막으로, 이러한 이미지에서 심장 구조를 식별하는 방법도 알아야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!