Kwantyfikacja funkcji lewej komory serca myszy, napięcia mięśnia sercowego i sił hemodynamicznych za pomocą rezonansu magnetycznego układu sercowo-naczyniowego

Ten protokół CMRI ułatwia nieinwazyjną kwantyfikację in vivo parametrów funkcjonalnych serca myszy, w tym frakcji wyrzutowej, stosunku E do A, globalnego odkształcenia podłużnego i sił hemodynamicznych. Wszystkie funkcjonalne parametry serca można uzyskać z jednego badania MRI serca i nie są potrzebne żadne skomplikowane znakowanie ani gęste skany w celu ilościowego określenia siły lub sił hemodynamicznych. Dowody sugerują, że globalny szczep podłużny i siły hemodynamiczne są wczesnymi markerami diagnostycznymi niewydolności serca.

Aby rozpocząć, umieść mysz w pozycji leżącej na kołysce myszy. Zaczep siekacze myszy w belce gryzącej na kołysce myszy i wyreguluj stożek nosowy, aby dobrze pasował. Sprawdź wzrokowo, czy oddech jest stabilny, poniżej 100 oddechów na minutę.

Użyj wazeliny, aby włożyć sondę temperatury doodbytniczą i przyklej światłowodowy sondy temperatury do podstawki myszy. Umieść balon oddechowy na dolnej części brzucha myszy i zabezpiecz go taśmą. Włóż podskórnie dwie igły elektrody EKG w klatkę piersiową na wysokości przednich łap i delikatnie przyklej je taśmą, aby zapobiec ruchom.

Umieść cewkę o częstotliwości radiowej lub RF na myszy i podłącz cewki. Następnie umieść kołyskę w otworze magnesu. Na koniec sprawdź, czy sygnał EKG jest nadal stabilny.

Dostosuj parametry EKG i bramkowania oddechowego w oprogramowaniu do monitorowania EKG i sygnału oddechowego tak, aby punkty spustowe były generowane w szczytach R, ponieważ sygnał zmienia kolor na zielony tylko podczas płaskiej części sygnału oddechowego. Aby zminimalizować błędy bramkowania EKG, ustaw okres wygaszania o 10 do 15 milisekund krótszy niż interwał R-R i aktualizuj go przez całą sesję. Na podstawie początkowego zwiadu wykonaj bramkowane skanowanie echo gradientu z pojedynczą klatką z pięcioma wycinkami w trzech ortogonalnych kierunkach.

W tym celu ułóż stosy plastrów w przybliżonym miejscu serca. Wykonaj bramkowanie pojedyncze dla wielowarstwowego skanowania zwiadowczego na krótkiej osi. W tym celu użyj poprzedniego zwiadowcy echa gradientowego, aby ustawić cztery do pięciu wycinków w pozycji środkowej lewej komory, prostopadle do długiej osi serca, aby znaleźć wstępne oszacowanie widoków krótkiej osi.

Następnie w widoku strzałkowym sprawdź, czy plasterki są prostopadłe do długiej osi. W przypadku kolejnych skanów dostosuj liczbę ramek serca lub ramek końcowych tak, aby iloczyn ramek końcowych i czasu powtórzenia wynosił około 60 do 70% interwału R-R. Wykonaj bramkowane skanowanie echa gradientowego pojedynczego plasterka, aby wygenerować 2-komorowy zwiadowca z długą osią.

W tym celu użyj krótkiej osi i początkowych skanów zwiadowczych echa gradientowego, aby ustawić wycinek prostopadły do widoku krótkiej osi, biegnący równolegle do punktów połączeń między lewą i prawą komorą. Przesuń ten plasterek na środek lewej komory i sprawdź na obrazie koronalnym zwiadowcy echa gradientowego, czy wycinek jest wyrównany z osią długą lewej komory w taki sposób, że jest umieszczony przez wierzchołek. Lub utwórz kolejny bramkowany pojedynczy plasterek gradientu echo, aby wygenerować 4-komorowy skan zwiadowczy.

W tym celu ustaw wycinek prostopadły do 2-komorowego skanu zwiadowczego i wyrównaj do środka długiej osi tak, aby plasterek przechodził przez zastawkę mitralną i wierzchołek. W widokach z krótką osią wyreguluj plaster tak, aby był umieszczony równolegle do tylnej i przedniej ściany komory oraz między dwoma mięśniami brodawkowatymi. Sprawdź, czy plasterek pozostaje w środku komory przez cały cykl pracy serca.

W przypadku pomiarów funkcji skurczowej należy wykonać bramkowane sekwencyjne, wielowarstwowe skanowanie echa gradientowego o krótkiej osi. W tym celu umieść plasterek środkowej komory prostopadły do długiej osi lewej komory w widokach 2-komorowych i 4-komorowych w środku serca i zwiększ liczbę plastrów, aby pokryć serce od podstawy do wierzchołka. W przypadku poniższych skanów bramkowanych retrospektywnie wyłącz wszystkie prospektywne funkcje bramkowania serca i oddechu.

Zanotuj częstość akcji serca i oddechu przed i po każdym retrospektywnie bramkowanym skanowaniu i wykorzystaj te wartości do celów rekonstrukcyjnych później. Wykonaj trzy sekwencyjne, jednowarstwowe, retrospektywnie bramkowane skany echa gradientowego na krótkiej osi w celu ilościowego określenia stosunku E'A' oraz widoki 2-komorowe i 4-komorowe, niezbędne do ilościowego określenia wartości napięcia mięśnia sercowego i siły hemodynamicznej. Jeśli orientacje skauta 2-komorowego i 4-komorowego są nieoptymalne, dostosuj orientacje przed wykonaniem skanowania 2-komorowego i 4-komorowego.

Na koniec wykonaj retrospektywnie bramkowane, jednowarstwowe skanowanie echa gradientowego w widoku 3-komorowym. W tym celu umieść plasterek prostopadle do widoku krótkiej osi środkowej komory i obróć plasterek o 45 stopni, aby przejść od przedniej ściany do mięśnia brodawkowatego znajdującego się najbliżej tylnej ściany. Sprawdź wycinek o krótkiej osi podstawy, aby zobaczyć, czy plaster przechodzi przez zastawkę mitralną i aortalną.

Sprawdź widok 4-komorowy z długą osią, aby określić, czy przekrój przechodzi przez wierzchołek. Otwórz retrospektywę oprogramowania do rekonstrukcji i załaduj plik danych pierwotnych odpowiadający retrospektywnie bramkowanemu skanowi MRI. Sprawdź surowy sygnał nawigatora i zwróć uwagę, że wyższe piki sygnału reprezentują częstotliwość oddechową, a niższe piki sygnału reprezentują tętno.

Dodatkowo sprawdź, czy automatycznie wykryte tętno odpowiada 10% wartości obserwowanych podczas każdego skanowania. Jeśli nie, ręcznie dostosuj te wartości, ponieważ automatyczne wykrywanie nie powiodło się. Naciśnij przycisk Filtr, aby przeprowadzić analizę nawigatora, która oddziela nawigatora serca od nawigatora oddechowego.

Ustaw liczbę ramek CINE na 32 i naciśnij przycisk sortuj k-space. Wybierz odpowiednie ustawienia dla regularyzacji skompresowanego wykrywania i naciśnij przycisk Rekonstruuj. Po zakończeniu rekonstrukcji obejrzyj film CINE, aby ocenić rekonstrukcję.

Eksportuj obrazy DICOM w celu dalszej analizy za pomocą funkcji Eksport DCM. Aby dokonać oceny wolumetrycznej lewej komory, wybierz wielowarstwowe obrazy skanowania o krótkiej osi i załaduj je do wtyczki do pomiarów wolumetrycznych. Użyj narzędzi do konturowania, aby podzielić granice endomięśnia sercowego na ramy końcowoskurczowe i końcoworozkurczowe.

W przypadku pomiarów rozkurczowych wybierz obrazy CINE o krótkiej osi środkowej komory i załaduj je do wtyczki do pomiarów wolumetrycznych. Użyj narzędzi do konturowania, aby podzielić obramowanie wsierdzia na segmenty dla wszystkich ramek. Porównaj segmentację sąsiednich ramek, a także wygenerowane krzywe objętości w czasie, aby zapewnić płynne przejścia segmentacji w całym cyklu pracy serca.

Zwróć uwagę na wyraźne fazy napełniania E i A. Wyeksportuj objętość mięśnia sercowego lewej komory serca i odpowiadające im znaczniki czasu, a następnie załaduj wartości do niestandardowego skryptu dostarczonego w materiale uzupełniającym, aby obliczyć współczynnik E'A'. Do obliczeń odkształceń i sił hemodynamicznych wybierz 2-komorowe, 3-komorowe i 4-komorowe obrazy CINE o długiej osi i załaduj je do wtyczki w celu pomiarów objętościowych.

Użyj narzędzi do konturowania, aby podzielić obramowanie wsierdzia na segmenty dla wszystkich ramek we wszystkich trzech orientacjach. Porównaj segmentację sąsiednich ramek, aby zapewnić płynne przejścia segmentacji w całym cyklu pracy serca. Po narysowaniu konturów we wtyczce do pomiarów objętościowych uruchom wtyczkę do analizy odkształcenia i siły hemodynamicznej.

Przypisz każdy z pozyskanych zestawów danych do odpowiednich etykiet dla widoków 2-komorowych, 3-komorowych i 4-komorowych, a następnie wykonaj analizę odkształceń. W celu analizy siły hemodynamicznej narysuj średnicę zastawki mitralnej w ramie końcoworozkurczowej we wszystkich trzech orientacjach i narysuj średnicę aorty na obrazie 3-komorowej długiej osi. Pokazano reprezentatywne rekonstrukcje skanów bramkowanych retrospektywnie z dużą liczbą klatek na sekundę przy użyciu niestandardowego oprogramowania do przetwarzania końcowego.

Na podstawie uzyskanych obrazów wyznaczono krzywe objętości w czasie podczas cyklu pracy serca, a także odpowiadające im pierwsze krzywe pochodne do obliczania odpowiednio parametrów funkcji skurczowej i rozkurczowej. Obrazy CINE z dwu-, trzy- i czterokanałowym widokiem analizowano przy użyciu oprogramowania do analizy obrazu w celu określenia globalnego obciążenia podłużnego wsierdzia lub zmian GLS w całym cyklu serca i odpowiadających im wartości GLS jako miary obciążenia mięśnia sercowego. Dla każdego zwierzęcia możliwe jest również wytworzenie profilu czasowego siły hemodynamicznej, który jest zgodny ze spójnym wzorcem dodatnich i ujemnych pików, które reprezentują wielkość i kierunek siły hemodynamicznej podczas cyklu pracy serca.

Podsumowano opisowe wyniki wszystkich parametrów wyniku. Bardzo ważne jest, aby oprogramowanie do monitorowania EKG i sygnału oddechowego konsekwentnie wykrywało szczyty R. W przeciwnym razie wyzwalanie nie jest optymalne, co może wydłużyć czas skanowania i obniżyć jakość obrazu.

Aby uzyskać optymalną jakość obrazu serca, ważne jest, aby znaleźć najlepszy kompromis między całkowitym czasem obrazowania, liczbą ramek serca i stopniem regularyzacji podczas rekonstrukcji.