W niniejszym filmie zaprezentowano zastosowanie zamontowanej na szynie głowicy ultradźwiękowej o wysokiej częstotliwości do wykonywania echokardiografii u znieczulonej myszy. Metody obejmują zarówno konwencjonalne pomiary funkcji serca w trybie dwuwymiarowym i M-mode, jak i nowsze, bardziej zaawansowane narzędzia, takie jak kolorowy Doppler, analiza odkształceń (strain) oraz ogólne i ukierunkowane obrazowanie kontrastowe.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Echokardiografia i obrazowanie ultrasonograficzne u myszy
W tym artykule
Informacja o sprostowaniu
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Podsumowanie
Streszczenie
Modele gryzoni w patofizjologii serca stanowią cenny zestaw narzędzi badawczych do analizy mechanizmów chorób, jak i testowania nowych terapii.1 Echokardiografia zapewnia potężne, nieinwazyjne narzędzie do seryjnej oceny morfometrii i funkcji serca u żywego zwierzęcia.2 Jednak zastosowanie tej techniki u myszy wiąże się z wyjątkowymi trudnościami ze względu na niewielki rozmiar i szybkie tętno tych zwierząt.3 Do niedawna niewiele systemów ultradźwiękowych pozwalało na wykonywanie wysokiej jakości echokardiografii u myszy, a tym, które były dostępne, zazwyczaj brakowało rozdzielczości obrazu i częstotliwości odświeżania klatek niezbędnych do uzyskania w pełni ilościowych pomiarów. Nowo wprowadzone systemy, takie jak VisualSonics Vevo2100, dostarczają badaczom nowych narzędzi do dokładnego i nieinwazyjnego badania funkcji serca u myszy. System ten generuje obrazy o wysokiej rozdzielczości i oferuje możliwości analizy podobne do tych stosowanych u pacjentów ludzkich. Choć kolorowy Doppler jest dostępny u ludzi od ponad 30 lat, ta cenna technologia stała się możliwa do zastosowania w badaniach ultradźwiękowych gryzoni dopiero niedawno.4,5 Kolorowy Doppler ma szerokie zastosowanie w echokardiografii, w tym umożliwia szybką ocenę kierunku przepływu w naczyniach i przez zastawki oraz błyskawiczną identyfikację niedomykalności zastawek. Analiza odkształceń (strain analysis) jest kluczowym postępem wykorzystywanym do ilościowego pomiaru regionalnej funkcji mięśnia sercowego.6 Technika ta ma potencjał do wykrywania zmian patologicznych lub ustępowania patologii wcześniej niż techniki konwencjonalne. Dzięki dodatkowi trójwymiarowej rekonstrukcji obrazu możliwa jest ocena objętościowa całych organów, w tym wizualizacja i ocena struktur serca i naczyń. Obrazowanie kontrastowe kompatybilne z myszami pozwala również na pomiary objętościowe i ocenę perfuzji tkankowej.
Protokół
1. Przygotowanie do obrazowania
- Zacznij od unieruchomienia myszy znieczulonej izofluranem na platformie do obsługi zwierząt w pozycji grzbietnej. Nałóż maskę na nos i pysk zwierzęcia, aby podawać 0,5-1% izofluranu w celu utrzymania znieczulenia.
- Przymocuj łapy myszy do elektrod za pomocą żelu przewodzącego. Zapewnij odpowiedni zapis EKG, utrzymuj temperaturę ciała na poziomie 37 °C oraz monitoruj częstotliwość oddechów w celu oceny fizjologicznej podczas obrazowania.
- Nałóż krem do depilacji na klatkę piersiową i górną część brzucha myszy.
- Po 2 minutach usuń krem za pomocą mokrej gazy.
2. Widok długiej osi przyparasternalnej lewej
- Po przygotowaniu myszy do obrazowania, przechyl lewą stronę platformy, aby obrócić platformę do unieruchamiania zwierzęcia o 30 stopni wokół osi przednio-tylnej.
- Ustaw przetwornik w pozycji pionowej i obróć o 10 stopni przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, tak aby wcięcie było skierowane w stronę tylnej części ciała myszy.
- Następnie, korzystając z dwuwymiarowego trybu podglądu/wideo „B-mode”, opuść przetwornik nad lewą linią przymostkową, aż serce pojawi się w polu widzenia. Po pojawieniu się tętnicy płucnej, wykonaj i zapisz obrazy.
- Nadal w trybie B-mode, przesuń przetwornik w lewo lub w prawo, aż widoczny będzie odpływ aorty oraz wierzchołek serca. Może być konieczny obrót głowicy, aby zapewnić właściwe wyrównanie z długą osią serca.
- Użyj funkcji przechwytywania wideo, aby uzyskać dane do późniejszej analizy. Zminimalizuj pole widzenia, aby zapewnić jak najwyższą możliwą liczbę klatek na sekundę dla późniejszych analiz regionalnego odkształcenia (strain). Przy każdym przechwytywaniu wideo zapisywane jest poprzednich 100 klatek.
- Przełącz na tryb Color Doppler, wybierając opcję „Color Doppler”. Chociaż Color Doppler jest dostępny u ludzi od ponad 30 lat, technologia ta stała się możliwa w badaniach ultrasonograficznych gryzoni dopiero niedawno.
- Aby szybko monitorować kierunek i prędkość przepływu krwi, nałożone okno Dopplera digitalizuje przepływ w kolorze od czerwonego, wskazującego przepływ w stronę głowicy, do niebieskiego, wskazującego przepływ oddalający się od głowicy. Przechwyć niezbędne obrazy za pomocą funkcji zapisu obrazu.
- Po uzyskaniu wszystkich danych Color Doppler, przełącz urządzenie w tryb Pulse-Wave Doppler, który jest widokiem jednowymiarowym służącym do cyfrowej oceny kierunku i prędkości przepływu krwi w czasie.
- Przesuń głowicę lekko w stronę głowy myszy, aż pojawi się tętnica płucna. W kontekście niewydolności serca pomiary PW/Color Doppler tętnicy płucnej mogą służyć jako wskaźnik funkcji prawej komory serca. Przechwyć obrazy według uznania.
3. Krótka oś środkowej części brodawki lewej
- Echokardiografia w osi krótkiej umożliwia obrazowanie całej lewej komory kurczącej się koncentrycznie oraz pozwala na dokładną ocenę funkcji i morfometrii serca w trybach B i M.
- W trybie B, zaczynając od widoku długiej osi przymostkowej, należy obrócić przetwornik prostopadle do widoku długiej osi przymostkowej lewej komory na poziomie mięśnia papilarnego.
- Należy upewnić się, że sonda znajduje się w odpowiednim miejscu wzdłuż lewej komory. Oba mięśnie papilarne powinny być wyraźnie widoczne i rozdzielone, co zapewni poziomy widok w przekroju poprzecznym.
- W trybie M należy umieścić objętość próbkowania w centrum komory i zebrać dane.
- W razie potrzeby należy podłączyć, uruchomić i wykorzystać silnik trójwymiarowy w celu uzyskania obrazów niezbędnych do pełnej rekonstrukcji 3D.
- Ustawienia fizjologiczne, w tym częstość oddechów i EKG, są skonfigurowane do synchronizacji akwizycji obrazów 3D w końcowym rozkurczu.
- Uruchamia się silnik obrazowania 3D w celu przechwycenia obrazu w końcowym rozkurczu.
- Po zakończeniu akwizycji 3D w końcowym rozkurczu, ustawienia fizjologiczne dla częstości oddechów i EKG są konfigur pregnancies do synchronizacji akwizycji obrazów 3D w końcowym skurczu.
- Uruchamia się silnik obrazowania 3D w celu przechwycenia obrazu w końcowym skurczu.
4. Widok podżebrowy (czterojamowy)
- Przekrój podżebrowy jest najlepszą metodą pomiaru szczelności oraz gradientów ciśnienia w zastawce mitralnej.
- Przechyl górny lewy róg platformy całkowicie w dół. Skieruj przetwornik w stronę prawego barku myszy, zachowując rotację głowicy w osi krótkiej.
- W trybie B obniż przetwornik nad górną częścią brzucha tak, aby spoczywał poniżej przepony. Zwizualizuj zastawkę mitralną przy użyciu kolorowego Dopplera, zgodnie z wcześniejszym opisem.
5. Widok aorty
- Obróć platformę do obsługi zwierząt do pozycji bocznej lewej. Lewa strona platformy powinna być maksymalnie przechylona. Następnie skieruj przetwornik, przechylony maksymalnie w górę, wzdłuż osi ciała myszy na poziomie łopatki.
- Opuść przetwornik poniżej prawego barku wzdłuż przedniej linii pachowej. Zlokalizuj łuk aorty i wykonaj obrazowanie.
- Unieś głowę myszy i opuść przetwornik do wcięcia nadmostkowego myszy. Zwizualizuj przepływ krwi za pomocą kolorowego Dopplera i wykonaj obrazowanie.
6. Reprezentatywne wyniki
- Jest to widok wzdłużny serca w trybie B, przedstawiający lewą komorę oraz niewielką część prawej komory.
- Tutaj wykonano obraz krótkiej osi lewej komory innego serca w trybie M. Górny obraz przedstawia żółtą linię objętości próbkowania przebiegającą przez środek komory. Dolny obraz to jednowymiarowy zapis powyższej linii w czasie oraz obliczenia morfometryczne zaznaczone kolorem cyjanowym
- Jest to widok łuku aorty w trybie B. Po lewej stronie widoczna jest zamknięta zastawka aortalna, a po prawej naczynia krwionośne zaopatrujące głowę i kończyny górne myszy.
- Analizę odkształcenia radialnego (Radial Strain) przeprowadzono u myszy przed wystąpieniem dysfunkcji serca (obraz górny) oraz u myszy z globalną hipokinezą i regionalną dyssynchronią (obraz dolny). Oba fenotypy wywołano poprzez przezpoprzeczną konstrikcję aorty, będącą modelem mysim zwiększonego obciążenia następczego.
- Na rysunku czas wyświetlono na osi x, a odkształcenie radialne, wyrażone w procentach, na osi y. Analiza odkształceń umożliwia regionalną ocenę funkcji serca, która mogłaby pozostać niezauważona w konwencjonalnych technikach, takich jak tryb M, który bezpośrednio mierzy funkcję jedynie przedniej ściany wolnej i ściany tylnej.
- Przednia ściana wolna jest zaznaczona kolorem zielonym. Ściana boczna jest zaznaczona linią różową. Ściana tylna jest zaznaczona kolorem cyjanowym. Dolna ściana wolna jest zaznaczona kolorem niebieskim. Tylna część przegrody jest zaznaczona kolorem żółtym. Przednia część przegrody jest zaznaczona kolorem magenta, a średnia wartość jest zaznaczona kolorem czarnym.
Rysunek 1. Widok w osi długiej w przekroju przymostkowym lewym w trybie B.
Rysunek 2. Widok osi krótkiej lewej komory w trybie M.
Rycina 3. Widok łuku aorty w trybie B.
Rysunek 4. Analiza odkształcenia radialnego u dwóch myszy 12 tygodni po TAC. Zielony = przednia ściana wolna. Różowy = ściana boczna. Cyjanowy = ściana tylna. Niebieski = dolna ściana wolna. Żółty = tylna ściana przegrody. Magenta = przednia przegroda. Czarny = średnia A) Mysz z zachowaną funkcją. B) Mysz z globalną hipokinezą i regionalną dyssynchronią.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Seryjne echokardiograficzne badanie wysokiej częstotliwości stało się potężnym narzędziem do nieinwazyjnej, wysokorozdzielczej oceny morfologii i funkcji serca, szczególnie w mysich modelach chorób serca. Kluczowe dla sukcesu tej metody jest utrzymanie fizjologicznej temperatury ciała oraz porównywalnej częstości akcji serca u myszy poprzez regulację poziomu znieczulenia przed wykonaniem obrazowania. Wszystkie obrazy powinny być pozyskiwane przy użyciu tych samych punktów orientacyjnych (np. obrazowanie w osi długiej prz...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Pistner, Belmonte, Blaxall: brak konfliktów interesów do ujawnienia Coulthard jest pracownikiem etatowym firmy Visualsonics.
Podziękowania
Źródła finansowania: HL084087, HL089885, HL091475, S10RR027946, T32 GM07356
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| System obrazowania Vevo 2100 (120V) | VisualSonics, inc. | VS-11945 | |
| Stacja obrazowania Vevo 2100 1 | VisualSonics, inc. | SA-11982 | |
| Żel do USG | Parker Laboratories Inc. | 01-08 | |
| Izofluran | Abbott Laboratories | 05260-05 | |
| Podwójny system anestezjologiczny Vevo Compact | VisualSonics, inc. | SA-12055 |
Bibliografia
- Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circ Heart Fail. 2, 138-144 (2009).
- Li, Y. Quantification and MRI Validation of Regional Contractile Dysfunction in Mice Post Myocardial Infarction Using High Resolution Ultrasound. Ultrasound in Medicine & Biology. 33, 894-904 (2007).
- Gardin, J. M., Siri, F. M., Kitsis, R. N., Edwards, J. G., Leinwand, L. A. Echocardiographic Assessment of Left Ventricular Mass and Systolic Function in Mice. Circ Res. 76, 907-914 (1995).
- JG, S. tevenson, Weiler, T. B. M., EA, H. oward, Eyer, M. Digital multigate Doppler with color echo and Doppler display - Diagnosis of atrial and ventricular septal defects. Circulation. 60, (1979).
- Patten, R. D., Aronovitz, M. J., Bridgman, P., Pandian, N. G. Use of pulse wave and color flow Doppler echocardiography in mouse models of human disease. J Am Soc Echocardiogr. 15, 708-714 (2002).
- Hoit, B. D. Echocardiographic characterization of the cardiovascular phenotype in rodent models. Toxicol Pathol. 34, 105-110 (2006).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
Sprostowanie
Formal Correction: Erratum: Murine echocardiography and ultrasound imaging
Posted by JoVE Editors on 9/13/2010. Citeable Link.
A correction was made to Murine echocardiography and ultrasound imaging. There was an error in the author, Burns Blaxalls', name and the article title. The authors name has been corrected to:
Burns C. Blaxall
instead of:
Burns Blaxall
The article title was changed to:
Murine Echocardiography and Ultrasound Imaging
instead of:
Murine echocardiography and ultrasound imaging
