Name: Reconstruções anatômicas do sistema venoso cardíaco humano usando contraste Tomografia computadorizada de Amostras de perfusão-fixados (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-04-18T09:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 2 s
Description: Aprenda a gerar modelos 3D do sistema venoso cardíaco humano usando tomografia computadorizada com contraste em amostras perfusão-fixadas. Esta técnica permite medições anatômicas precisas sem exposição a agentes de contraste ou radiação em pacientes.

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Gostaríamos de reconhecer Dionna Gamble, Allison Larson, e Katia Torres para a assistência com a geração de modelos e medidas, Monica Mahre de assistência manuscrito, Gary Williams para a assistência técnica, Jerrald Spencer Jr. para a assistência com as figuras e os Serviços de Imagem Fairview no Universidade de Minnesota. O financiamento foi recebido do Instituto de Engenharia em Medicina (Universidade de Minnesota) e, em parte, a partir de um contrato de pesquisa com Medtronic Inc.

Procedimento A tabela 1 resume os materiais utilizados durante o processo. Figura 1 fornece uma visão geral do processo. 1. Espécime e Scan Preparação <ol><li> Obter os corações humanos isolados frescos e, posteriormente, a perfusão corrigi-los em formol tamponado 10% em seu estado diastólica final. </li><li> Enxaguar os corações a serem digitalizados em água no dia antes da digitalização, a fim de remover a maior parte da formalina. </li><li> Antes de ir para o scanner, canulação do seio (CS) da veia coronária dentro de cada coração com um cateter balão venogram. Obter acesso ao CS, quer através da veia cava superior ou inferior sob visão direta ou o uso de videoscopes. </li><li> Uma vez no lugar, inflar o balão de cateter do presente venograma para ancorar o cateter na CS. </li><li> Colocar cada coração dentro de um contentor de polímero passível de ser vedado no topo de uma esponja que foi concebido de modo a queo coração pode sentar-se em sua posição anatômica attitudinally correta. </li></ol> 2. Tomografia computadorizada <ol><li> Posicione um determinado coração na mesa do scanner CT, como se o paciente estava deitado em decúbito dorsal e cabeça pela primeira vez no scanner. </li><li> Ligar a extremidade proximal do cateter venograma a um injector que contém duas seringas de injecção: uma para o contraste e uma solução salina para. </li><li> Injectar automaticamente 40 ml de contraste para dentro do sistema venoso cardíaco de 5 ml / seg. </li><li> CT varredura do coração 8 segundos após a injeção de contraste é iniciada. Defina a tomografia computadorizada de 512 x 512 pixel de resolução com 0,6 mm de espessura de fatia. </li><li> Injetar automaticamente 40 ml de solução salina para o sistema venoso cardíaco em 5 ml / seg para expulsar o contraste. </li><li> Exportar as imagens CT DICOM em um disco rígido externo. </li></ol> 3. Reconstrução e Medidas <ol><li> Envie CT imagens DICOM em Imita Software. </li><li> Gerar uma máscara para o CT images que contém apenas pixels com unidades de alta Hounsfield para destacar apenas o contraste presente no coração. </li><li> Remover contraste que vazou para dentro das câmaras ou se difunde para o tecido de modo que a máscara contém apenas o contraste dentro dos grandes vasos cardíacos. </li><li> Preencher manualmente em bolsões de ar dentro de um determinado período de veia por quadro. </li><li> Gerar um objeto 3D da máscara resultante. </li><li> Alisar e enrolar esse objeto para eliminar geometrias difíceis. Video 1 apresenta um destes modelos 3D girando no espaço. </li><li> Gerar centrais para cada modelo 3D criado. </li><li> Usando essas centrais, medir o comprimento do arco, o ângulo de ramificação, tortuosidade (comprimento do arco / distância linear), e diâmetros para cada navio grande em cada coração. A nomenclatura empregada anatómica é apresentado na Figura 2. </li></ol>

<ol><li>Burkhardt, J. D., Wilkoff, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interventional+electrophysiology+and+cardiac+resynchronization+therapy%3A+delivering+electrical+therapies+for+heart+failure%5BTitle%5D)+AND+%22Circ%22%5BJournal%5D)">Interventional electrophysiology and cardiac resynchronization therapy: delivering electrical therapies for heart failure.</a> Circ. 115, 2208-2220 (2007).</li>
<li>Lu, F. Cardiac resynchronization therapy. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLu%2C+F+%22Handbook+of+cardiac+physiology+and+anatomy%22">Handbook of cardiac physiology and anatomy</a>. Iaizzo, P. , 2nd ed, Springer Science. New York, N.Y. 475-497 (2009).</li>
<li>Eggen, M. D., Swingen, C. M., Iaizzo, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ex+vivo+diffusion+tensor+MRI+of+human+hearts%3A+relative+effects+of+specimen+decomposition%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Ex vivo diffusion tensor MRI of human hearts: relative effects of specimen decomposition.</a> Magn. Reson. Med. 67, 1703-1709 (2012).</li>
<li>Manzke, R., Binner, L., Bornstedt, A., Merkle, N., Lutz, A., Gradinger, R., Rasche, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+the+coronary+venous+system+in+heart+failure+patients+by+blood+pool+agent+enhanced+whole-heart+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+Radiol%22%5BJournal%5D)">Assessment of the coronary venous system in heart failure patients by blood pool agent enhanced whole-heart MRI.</a> Eur. Radiol. 21, 799-806 (2010).</li>
<li>Abbara, S., Cury, R. C., Nieman, K., Reddy, V., Moselewski, F., Schmidt, S., Ferencik, M., Hoffman, U., Brady, T. J., Achenbach, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+evaluation+of+cardiac+veins+with+16-MDCT+angiography%5BTitle%5D)+AND+%22AJR.+Am.+J.+Roentgenol%22%5BJournal%5D)">Noninvasive evaluation of cardiac veins with 16-MDCT angiography.</a> AJR. Am. J. Roentgenol. 185, 1001-1006 (2005).</li>
<li>Gerber, T. C., Sheedy, P. F., Bell, M. R., Hayes, D. L., Rumberger, J. A., Behrenbeck, T., Holmes, D. R., Schwartz, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+the+coronary+venous+system+using+electron+beam+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Cardiovasc.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Evaluation of the coronary venous system using electron beam computed tomography.</a> Int. J. Cardiovasc. Imaging. 17, 65-75 (2001).</li>
<li>Jongbloed, M. R. M., Lamb, H. J., Bax, J. J., Schuijf, J. D., de Roos, A., vander Wall, E. E., Schalij, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+visualization+of+the+cardiac+venous+system+using+multislice+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Coll.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Noninvasive visualization of the cardiac venous system using multislice computed tomography.</a> J. Am. Coll. Cardiol. 45, 749-753 (2005).</li>
<li>Mao, S., Shinbane, J. S., Girky, M. J., Child, J., Carson, S., Oudiz, R. J., Budoff, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coronary+venous+imaging+with+electron+beam+computed+tomographic+angiography%3A+three-dimensional+mapping+and+relationship+with+coronary+arteries%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+Heart+J%22%5BJournal%5D)">Coronary venous imaging with electron beam computed tomographic angiography: three-dimensional mapping and relationship with coronary arteries.</a> Am. Heart J. 150, 315-322 (2005).</li>
<li>Muhlenbruch, G., Koos, R., Wildberger, J. E., Gunther, R. W., Mahnken, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+the+cardiac+venous+system%3A+comparison+of+MDCT+and+conventional+angiography%5BTitle%5D)+AND+%22AJR.+Am.+J.+Roentgenol%22%5BJournal%5D)">Imaging of the cardiac venous system: comparison of MDCT and conventional angiography.</a> AJR. Am. J. Roentgenol. 185, 1252-1257 (2005).</li>
<li>Schaffler, G. J., Groell, R., Peichel, K. H., Rienmuller, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+the+coronary+venous+drainage+system+using+electron-beam+CT%5BTitle%5D)+AND+%22Surg.+Radiol.+Anat%22%5BJournal%5D)">Imaging the coronary venous drainage system using electron-beam CT.</a> Surg. Radiol. Anat. 22, 35-39 (2000).</li>
<li>Tada, H., Kurosaki, K., Naito, S., Koyama, K., Itoi, K., Ito, S., Ueda, M., Shinbo, G., Hoshizaki, H., Nogami, A., Oshima, S., Taniguchi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+visualization+of+the+coronary+venous+system+using+multidetector+row+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Circ.+J%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional visualization of the coronary venous system using multidetector row computed tomography.</a> Circ. J. 69, 165-170 (2005).</li>
<li>Van de Veire, N. R., Schuijf, J. D., Sutter, J. D., Devos, D., Bleeker, G. B., de Roos, A., vander Wall, E. E., Schalij, M. J., Bax, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+visualization+of+the+cardiac+venous+system+in+coronary+artery+disease+patients+using+64-slice+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Coll.+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Non-invasive visualization of the cardiac venous system in coronary artery disease patients using 64-slice computed tomography.</a> J. Am. Coll. Cardiol. 48, 1832-1838 (2006).</li>
<li>de Jong, P. A., Mayo, J. R., Golmohammadi, K., Nakano, Y., Lequin, M. H., Tiddens, H. A., Aldrich, J., Coxson, H. O., Sin, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+cancer+mortality+associated+with+repetitive+computed+tomography+scanning%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Respir.+Crit.+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Estimation of cancer mortality associated with repetitive computed tomography scanning.</a> Am. J. Respir. Crit. Care Med. 173, 199-203 (2006).</li>
<li>Martin, D. R., Semelka, R. C., Chapman, A., Peters, H., Finn, P. J., Kalb, B., Thomsen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nephrogenic+systemic+fibrosis+versus+contrast-induced+nephropathy%3A+risks+and+benefits+of+contrast-enhanced+MR+and+CT+in+renally+impaired+patients%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Nephrogenic systemic fibrosis versus contrast-induced nephropathy: risks and benefits of contrast-enhanced MR and CT in renally impaired patients.</a> J. Magn. Reson. Imaging. 30, 1350-1356 (2009).</li>
</ol>

Não há conflitos de interesse declarados.

Nosso laboratório está desenvolvendo uma biblioteca de perfusão-fixadas espécimes cardíacas para vários estudos anatômicos. Até o momento, temos mais de 240 espécimes preservados. Os métodos específicos que temos utilizado para preparar estes espécimes foram anteriormente descritas 3. O presente estudo descreve uma nova metodologia para mapear o sistema venoso cardíaco humano e para o desenvolvimento de uma base de dados anatómica, o que poderia ser utilizada para a concepção de dispositivos cardíacos utiliza...

reconstruções anatômicas do sistema venoso cardíaco humano usando contraste tomografia computadorizada de amostras de perfusão-fixados

Anatomical Reconstructions of the Human Cardiac Venous System using Contrast-computed Tomography of Perfusion-fixed Specimens

Uma compreensão detalhada da complexidade e variabilidade relativa dentro do sistema venoso cardíaco humano é crucial para o desenvolvimento de dispositivos cardíacos que requerem acesso a estes vasos. Por exemplo, a anatomia venosa cardíaco é conhecido por ser uma das principais limitações para a entrega adequada da terapia de ressincronização cardíaca (TRC) 1 Assim, o desenvolvimento de uma base de dados de parâmetros para o sistema venoso anatómicas cardíacas humanas podem auxiliar na concepção de entrega CRT dispositivos para superar essa limitação. Neste projeto de pesquisa, os parâmetros anatômicos foram obtidos a partir de reconstruções 3D do sistema venoso por meio de tomografia contrastada computadorizada (TC) e software de modelagem (Materialise, Leuven, Bélgica). Os seguintes parâmetros foram avaliados para cada veia: comprimento do arco, tortuosidade, o ângulo de ramificação, distância para o óstio do seio coronário, e diâmetro do vaso. CRT é um tratamento potencial para patientos com dissincronia eletromecânica. Cerca de 10-20% dos pacientes com insuficiência cardíaca podem se beneficiar de CRT 2. Dissincronia eletromecânica implica que as partes do miocárdio e ativar contrato mais cedo ou mais tarde do que o caminho normal de condução do coração. Em CRT, as áreas dissincronizados do miocárdio são tratadas com estimulação elétrica. CRT ritmo tipicamente envolve a estimulação pistas que estimulam o átrio direito (AD), ventrículo direito (VD) e ventrículo esquerdo (VE) para produzir ritmos mais ressincronizados. A vantagem do LV é tipicamente implantado dentro de uma veia cardíaca, com a finalidade de se sobrepor-lo dentro do local da activação do miocárdio recente. Acreditamos que os modelos obtidos e as análises do mesmo irá promover a educação anatômica para os pacientes, estudantes, médicos, designers e dispositivos médicos. As metodologias empregadas aqui também pode ser utilizado para estudar outras características anatômicas dos nossos espécimes cardíacas humanas, tais comoas artérias coronárias. Para incentivar ainda mais o valor educativo desta pesquisa, nós compartilhamos os modelos venosas em nosso site de acesso gratuito: <a href="http://www.vhlab.umn.edu/atlas" target="_blank">www.vhlab.umn.edu / atlas</a> .

A Tabela 2 apresenta os parâmetros anatómicas mediana para as grandes veias cardíacas de 42 espécimes de coração humano. Todos os espécimes de coração continha uma veia interventricular posterior (PIV) e veia interventricular anterior (AIV). Algumas amostras continham mais do que uma veia posterior do (PVLV), veia póstero-lateral do LV (VLP), veia lateral esquerdo (LLV), e / ou veia ântero-lateral (ALV), enquanto que outros corações não podem ter uma ou duas destas veias específicos presentes. <tabl...

O objetivo desta pesquisa é o de recriar e, em seguida, acessar a anatomia do sistema venoso cardíaco humano utilizando reconstruções 3D gerados a partir de contraste de tomografia computadorizada.

Reconstruções anatômicas do sistema venoso cardíaco humano usando contraste Tomografia computadorizada de Amostras de perfusão-fixados

A detailed  understanding of the complexity and relative variability within the human  cardiac venous system is crucial for the development of cardiac ...

O objetivo geral deste procedimento é gerar modelos tridimensionais do sistema venoso cardíaco humano para o desenvolvimento de um banco de dados anatômico que possa ser utilizado no projeto de dispositivos cardíacos empregados nesses vasos. Isso é realizado primeiramente preparando a amostra de coração humano, fixando-a em seu estado diastólico final e canulando o seio coronário com um cateter balão venograma. Na segunda etapa, são obtidas imagens de tomografia computadorizada com contraste do sistema venoso cardíaco durante o passo final.Modelos 3D são gerados a partir dos exames de TC, a partir dos quais podem ser obtidas várias medidas anatômicas. Uma das principais vantagens da nossa técnica em comparação com outros métodos, como a avaliação in vivo da anatomia venosa cardíaca, é que não há exposição do paciente a agentes de contraste ou radiação. Tivemos pela primeira vez a ideia deste método quando estávamos originalmente mapeando o sistema venoso cardíaco desses corações fixados por perfusão, utilizando um microscriba na superfície epicárdica.No entanto, este método apresentava algumas limitações. Era limitado pela quantidade de tecido adiposo, além de gerar modelos 2D. O uso de tomografias computadorizadas com contraste para a geração de modelos supera essas limitações assim que são obtidas.Fixe por perfusão os corações humanos recém-isolados em seu estado diastólico final em formalina tamponada a 10%. Em seguida, no dia anterior à aquisição de imagens, lave os corações em água para remover a maior parte da formalina antes de levá-los ao scanner. Utilize um cateter com balão venográfico para canular a veia coronária no interior de cada coração através da veia cava inferior.Sob visualização direta. Uma vez no lugar, inflar o balão do cateter de venograma para fixar o cateter no seio coronário. Agora, colocar cada coração dentro de um recipiente polimérico vedável, sobre uma esponja projetada para sustentar o coração em sua posição anatômica correta segundo a atitude. Inicie posicionando o coração sobre a mesa do scanner de TC como se um paciente estivesse deitado em decúbito dorsal e com a cabeça voltada para frente no scanner. Em seguida, conecte a extremidade proximal do cateter venográfico a um injetor que contém duas seringas de injeção. Uma para contraste e outra para soro fisiológico.Agora, injete automaticamente 40 mililitros de contraste no sistema venoso cardíaco a cinco mililitros por segundo. Oito segundos após o início da injeção de contraste, realize uma tomografia computadorizada do coração, configurando a varredura para uma resolução de 512 por 512 pixels com espessura de corte de 0,6 milímetro. Em seguida, elimine o contraste injetando automaticamente mais 40 mililitros de soro fisiológico no sistema venoso cardíaco.Na velocidade de cinco mililitros por segundo, exporte as imagens DICOM de TC para um disco rígido externo. Agora, carregue as imagens DICOM de TC no software Mimics e gere uma máscara para as imagens de TC que contenha apenas pixels com altas unidades Hounsfield. Para destacar apenas o contraste presente no coração, remova qualquer contraste que tenha vazado para as câmaras ou se difundido para o tecido, de modo que a máscara contenha apenas o contraste dentro das veias cardíacas principais.Em seguida, preencha manualmente as bolsas de ar dentro de uma determinada veia quadro a quadro e gere um objeto 3D a partir da máscara resultante. Depois, suavize e envolva a máscara para eliminar quaisquer geometrias irregulares e, em seguida, gere linhas centrais para cada modelo 3D criado. Para minimizar a variabilidade do usuário na geração dos modelos 3D, é importante que o usuário siga cuidadosamente o protocolo detalhado e tenha um observador verificando o modelo antes de gerar as linhas centrais.Por fim, utilize as linhas centrais para medir o comprimento do arco, o ângulo de ramificação, a tortuosidade e os diâmetros de cada vaso principal em cada coração. Nesta tabela, são apresentados os parâmetros anatômicos medianos das principais veias cardíacas para 42 espécimes de coração humano. Todos os espécimes cardíacos continham uma veia cardíaca média e uma veia interventricular anterior.Algumas amostras continham mais de uma veia inferior, veia lateral inferior, veia lateral e/ou veia anterolateral. Embora outros corações possam não ter apresentado uma ou duas dessas veias específicas presentes neste vídeo, pode-se observar um modelo 3D representativo girando no espaço. Seguindo este procedimento, uma das vantagens é que é possível utilizar a visualização com vídeoscópios dentro das veias cardíacas para avaliar a anatomia, validar os modelos de TC e também determinar onde várias estruturas, como as veias cardíacas, estão localizadas—informações que não podem ser vistas na TC após o seu desenvolvimento.Essa técnica permite que pesquisadores da área de engenharia biomédica explorem o sistema venoso cardíaco e o desenvolvimento de dispositivos cardíacos que utilizam esses vasos. Em última análise, a modelagem e a cartografia do sistema venoso cardíaco humano fornecerão novas perspectivas sobre a anatomia relevante para realizar diversos procedimentos clínicos.

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Bioengenharia

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Este protocolo apresenta um pipeline abrangente para analisar amostras obtidas de corações humanos que abrangem as escalas microscópica e macroscópica.

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