고주파 고해상도 Echocardiography : 국소 빈혈 - reperfused Murine 중심부에 심근 스트레인, 수축성 및 승모판 병리 현상의 비침습 반복 측정에 대한 최초의 증거

이 영상은 허혈 상태에서 고주파, 고해상도 심초음파 검사를 수행하는 절차를 보여줍니다. 마취된 마우스의 좌전하행동맥을 폐쇄하여 외과적으로 허혈을 유도한 후 재관류를 실시합니다. 회복 후, 마우스는 ECG 마취 및 공기 결합형 가온 플랫폼 위에 배치됩니다.

장축 변형 분석을 위해 B 모드로 영상을 획득하고, 심장 기능 변형 영상 및 동기화 분석을 위해 해당 모드를 사용하며, 속도 프로파일을 위해 컬러 도플러 모드를 사용합니다. 이후 영상을 처리하여 변형 곡선과 변형 기반 동기화를 도출하고, 좌심실(LV) 압력의 변화율을 구합니다. 안녕하세요, 저는 오하이오 주립대학교 의료 센터 외과 및 데이비스 심장 폐 연구소의 Chandon Sen 박사입니다.

고주파 고해상도 심초음파 검사는 동일한 동물로부터 반복 측정을 통해 임상적으로 유의미한 데이터를 얻을 수 있는 새롭고 강력한 도구입니다. 오늘은 이 기술을 사용하여 허혈 관류된 마우스 심장의 심근 스트레인 수축력과 승모판 역류를 측정하는 방법을 보여드리겠습니다. 먼저, 제 연구실의 Jason Driggs가 허혈 유도 및 마우스 심장 관류를 위한 수술 절차를 시연하겠습니다.

다음으로, 저희 연구실의 의공학 박사후 연구원인 Surya Al 박사가 이미징 절차를 시연하겠습니다. 마지막으로, 오하이오 주립대학교 의료 센터 심장 센터 소장이자 심초음파 임상 전문가인 Thomas Ryan 박사가 맺음말을 전하겠습니다.

이제 시작하도록 하겠습니다. 마취된 8주령의 수컷 C 57 black six 마우스를 가열된 수술대 위에 놓아 이 절차를 시작하십시오. 동물의 체온은 직장 열 프로브로 모니터링해야 하며, 수술 전 과정 동안 36.7 ± 0.5 °C로 유지되어야 합니다.

소독제로 피부를 소독한 후 알코올로 소독하며, 이 과정을 각각 3회 반복합니다. 기관 위에 0.7 centimeter 크기로 정중 절개를 하여 삽관합니다. 주변 선조직을 둔탁하게 박리하여 기관을 시각화합니다. 그런 다음 20 gauge 카테터를 입을 통해 ET tube로 삽입합니다. 카테터 팁을 사용하여 마우스에게 0.5% isof fluorine으로 환기시킵니다.

마취 상태를 유지하기 위해, 5-0 봉합사로 목 주변의 피부를 봉합합니다. 수술 전 과정 동안 심장 전기생리학을 모니터링할 수 있도록 피하 바늘을 삽입하여 3리드 ECG를 설정합니다. 심장 전기생리학의 변화를 기록해야 합니다.

PC power lab 소프트웨어를 사용하십시오. 동물을 회전시켜 왼쪽 면이 드러나게 합니다. 횡단면을 따라 절개하십시오.

그 다음, 네 번째와 다섯 번째 갈비뼈 사이 공간을 둔탁하게 절개합니다. 심낭을 절개하는 동안 구리 늑골 확장기를 사용하여 흉부를 개방된 상태로 유지합니다. 이어서, 폐동맥과 좌심방 사이의 심낭에 접근할 수 있도록 왼쪽 폐를 견인합니다.

중격벽을 따라 7.0 지점을 지나면 좌전하행동맥이 위치합니다. 그 아래에 프롤린 봉합사를 배치하십시오. 그런 다음 그 위에 PE 10 두 개를 크게 배치하고 튜브를 묶어 고정합니다.

허혈을 유도하기 위해 튜빙을 60분 동안 그대로 둡니다. 60분 후, 심장에 혈류를 재개시키기 위해 루프 내 봉합사의 끝부분을 절단합니다. 7-0 proline 봉합사로 흉강을 폐쇄합니다.

5-0 proline 봉합사로 흉부 주변의 피부를 봉합합니다. 인공호흡기에서 가스 공급원을 제거하고 설치류가 실내 공기로 호흡하게 합니다. 자발 호흡이 시작되고 발가락 집기 자극에 동물이 반응하면, 37 °C 인큐베이터 내의 깨끗한 케이지로 옮깁니다.

동물이 거의 의식을 회복하고 아무런 문제가 보이지 않을 때 기관 튜브를 제거합니다. 동물이 회복되면 영상 촬영 전까지 사육실로 돌려보낼 수 있습니다. 여기에 설명된 영상 촬영 프로토콜은 허혈 재관류 유도 전과 유도 후 3일 및 7일에 각각 수행해야 합니다.

심장 기능의 변화와 벽 운동 이상을 평가하기 위해, isof fluorine으로 마취된 마우스를 prone 자세로 vivo 2100 이미징 시스템의 프로브 아래에 위치시켜 이미징 절차를 시작합니다. 1.5% ISO fluorine 공기를 지속적으로 공급할 수 있도록 노즈 콘을 배치하고 마우스에 전도성 젤을 도포합니다. vivo 2100을 가동하고 트랜스듀서 MS 400을 초기화합니다.

vivo 2100 제어 패널의 롤링 트랙볼을 사용하여 cardiology를 선택하고 표준 M 모드 영상을 획득합니다. 프로브를 마우스에 배치한 다음, ctor를 클릭하여 동영상 획득을 시작합니다. 측정을 수행하려면 measurement를 클릭하고 LV 챔버의 상단 및 하단 벽에서 최소 3회 이상의 심장 주기를 트레이싱합니다.

화면에는 벽 차원, 수축기 및 이완기 부피, 박출량, 박출률(EF), 분획 단축률(FS), 심박출량(CO), 수축기 및 이완기 내경 등의 파라미터가 표시됩니다. 트레이싱이 완료되면 해당 파라미터들이 화면에 자동으로 나타납니다. M 모드 영상 촬영이 끝나면, 마우스를 흉골 옆 위치에 두고 B 모드를 클릭하십시오.

스트레인 영상을 촬영하려면 sinister를 클릭하십시오. 그런 다음 프로브를 사용하여 단축 및 장축 B 모드 영상을 획득하십시오. 영상을 분석하려면 B 모드 영상을 선택하고 vivo 스트레인 아이콘을 클릭하여 스펙클 추적 알고리즘을 사용하십시오.

왼쪽에는 B 모드 동영상이, 오른쪽에는 분석 시작 버튼이 있는 새 창이 나타납니다. 심외막과 심내막 경계를 추적하십시오. 분석 시작 아이콘을 클릭하여 다른 창을 엽니다.

그런 다음 속도, 변위, 변형률 및 변형률 속도를 선택하십시오. 여기서 관심 지점을 선택합니다. 손상 부위가 선택되면 소프트웨어가 선택한 모든 파라미터에 대해 해당 손상 지점에 해당하는 곡선을 도식화합니다.

이제 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 플롯을 복사하거나 데이터를 내보내십시오. 심근 동기화 분석을 위해 새 창의 오른쪽으로 이동하여 time to peak 분석 아이콘을 클릭합니다. 그러면 LV 분절 동기화 페이지와 방사형 및 종축 속도 변위 변형률(strain) 및 변형률 속도(strain rate) 선택 옵션이 표시되는 창이 나타납니다.

strain 버튼을 선택한 후 데이터를 저장하십시오. 변위 변형률(displacement strain)과 변형률 속도(strain rate)에 대해서도 이 과정을 반복하십시오. 도플러 혈류 측정을 수행하려면 동물을 흉골 옆 위치(parasternal position)로 유지하십시오.

트래킹 볼을 사용하여 샘플 볼륨을 승모판, 대동맥 유출로 및 승모판 제트에 배치하십시오. PW를 클릭하여 유동 프로파일을 얻습니다. 상단에는 동영상이, 하단에는 속도 프로파일이 표시되는 새 창이 나타나면 image store를 클릭하십시오.

정지 영상을 얻으려면, 샘플 볼륨을 원하는 위치에 배치하고 PW를 클릭한 다음 영상을 저장하는 동일한 방식으로 승모판, 역류 제트 및 대동맥 제트의 파워 도플러 역류 혈류 속도 프로파일을 획득하십시오. 컬러 도플러 혈류를 획득하려면 제어 패널로 이동하여 color를 클릭하십시오. 그런 다음 컬러 코딩된 혈류 영상을 사용하여, measure를 클릭하고 메뉴에 제공된 길이 아이콘을 선택하여 오리피스 반경을 측정하십시오. 다음으로, 드롭다운 메뉴에서 MV flow를 선택하십시오.

그 다음, 속도 프로파일에서 가장 가파른 기울기의 시작점과 끝점에 커서를 놓으십시오. 그리고 마우스 왼쪽 버튼을 클릭하여 해당 지점들의 속도를 확인하십시오. 수정된 RNLI 관계식을 사용하여 DT에 걸친 압력 강하 DP를 수은 밀리미터(mmHg) 단위로 구하십시오.

다음으로, 혈액량 기준으로 MV 유입량에서 대동맥 유출량을 빼서 역류 중증도의 지표인 역류량을 결정합니다. 모든 이미지를 획득한 후, 노즈콘을 제거하고 동물이 회복되면 마우스를 케이지에 넣습니다. 마우스를 여기 사육실로 옮깁니다.

심근의 방사형 및 원주 방향 변형률, 동기성, 컬러 도플러 및 도플러 혈류 측정의 대표적인 결과가 제시되어 있습니다. 이 영상은 허혈-재관류 후 3일째에 수행된 심근 변형률 측정 결과입니다. 손상 부위에서 제한된 수축이 나타나며, 관찰된 벡터의 길이와 화살표가 손상 부위에서 비정상적으로 나타나 심근의 변형을 보여줍니다.

색상으로 구분된 그래프는 동영상 내의 색상 지점에 해당하는 변형률 데이터를 나타냅니다. 이 이미지는 반경 방향 변형률에 기초한 부채꼴 조직의 동기성을 보여줍니다. 동기화 시간이 20~30 milliseconds보다 길면 비동기적인 것으로 간주함에 유의하십시오.

IR 후 3일째에 촬영한 이 이미지들은 승모판의 직경 측정값을 보여주며 승모판 제트 또는 면적을 나타냅니다. 여기서는 IR 전 마우스의 기능적 파라미터 측정 기술이 사용되었으며, 소프트웨어를 이용해 심근 경계를 추적함으로써 IR 전과 후의 파라미터 변화를 평가할 수 있습니다. 빨간색 수직선은 확장기를, 초록색 수직선은 수축기를 나타냅니다.

이 영상은 승모판 역류가 있는 컬러 도플러 흐름을 보여줍니다. IR 후 3일째에, 좌심방, 승모판, 좌심실, 대동맥 및 우심방의 혈류를 시각화한 이 영상을 사용하여 승모판 제트 분사 개구 면적을 구합니다. 앞서 언급했듯이, 이는 마우스 모델에서 허혈 재관류를 연구하기 위한 고주파 초음파의 잠재력을 입증한 첫 번째 보고입니다.

변형률(strain), 동기성(synchronicity), 승모판 역류(mitral regurgitation)와 같은 정교한 정량적 파라미터가 이 모델에서 입증된 것은 이번이 처음입니다. 거의 30년 동안 심초음파 분야에 종사하며 관상동맥 질환 환자들을 정기적으로 진료해 온 전문가로서, 이러한 발견들이 임상적으로 유의미하며 이 방법론이 허혈 및 재관류 연구에 있어 중요하다고 말씀드릴 수 있습니다. 이러한 절차를 수행할 때, 상태와 용량이 결정적이라는 점을 기억하는 것이 중요하며 최소 용량 사용을 권장합니다. 흉골 옆 장축 뷰(para sternal long axis view)를 획득하려면 숙련된 기술이 필요하며, 역류 최고 속도 측정과 DPDT 산출은 오차를 최소화하기 위해 신중하게 수행되어야 합니다.

이상입니다. 시청해 주셔서 감사하며, 여러분의 실험에 좋은 결과가 있기를 바랍니다.