Name: In Vivo quantitativa Avaliação da Estrutura do miocárdio, função, perfusão e viabilidade Usando Cardiac Micro-Tomografia Computadorizada (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 13 s
Description: Aprenda a usar MicroCT cardíaco para avaliar morfologia, função e perfusão miocárdica em camundongos com isquemia induzida. Esta técnica não invasiva permite estudos longitudinais rápidos em modelos pré-clínicos.

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Este trabalho foi apoiado pela Stichting Lijf en Leven, projeto dilatando contra stenosing doença arterial.

ED van D., RR, JE declaram que não têm interesses financeiros concorrentes. SB é um funcionário pago da PerkinElmer, que fabrica os instrumentos de imagem. Os custos de publicação para este artigo este vídeo foram pagos pela PerkinElmer.

Ao longo dos últimos anos MicroCT tornou-se a modalidade de muitas pesquisas considerados para a caracterização da estrutura e função cardíaca em pequenos animais 26-29,30. No entanto, a instrumentação utilizada no trabalho anterior foi construído sob encomenda, quer ou não comercialmente disponíveis. Como tal, este estudo teve como objetivo fornecer um protocolo simples e abrangente para o uso do sistema MicroCT de alta velocidade com intrínseca gating cardio-respiratória para determinar a função global e regional cardíaca juntamente com perfusão e viabilidade miocárdica em pequenos animais como modelos de coração humano doença. Um dos requisitos mais importantes para o estudo da estrutura e função do coração é a capacidade do scanner para explicar movimentos cardíacos fisiológicas. Para este fim, ECG baseado em técnicas de propagação prospectivos e retrospectivos pode ser usado. No entanto, prospectivo gating (passo e disparar) se baseia em um intervalo pré-determinado do ciclo cardíaco, para o exameple durante a diástole, quando o movimento do coração é menos. Com esta abordagem só uma imagem por ciclo cardíaco é obtido e apenas uma fase do ciclo cardíaco possa ser reconstruída. Como tal, além de ser demorado para gerar, reconstruções prospectivamente fechado produzir apenas um conjunto de dados, que é privado de informação funcional. gating retrospectiva, por outro lado, permite a reconstrução de múltiplos conjuntos de dados em cada parte do ciclo cardíaco, permitindo assim a análise funcional ventricular esquerda global e regional. O presente trabalho empregada reconstruções cardiorrespiratórias com gating retrospectiva intrínseco. Gating retrospectiva intrínseca utiliza software baseado na imagem proprietário para reconstruir as fases cardíacas diastólico e sistólico finais, sem necessidade de respiratória dedicado e dispositivos de monitorização cardíaca 29,31,32. Uma excelente concordância dos intrínseca gating retrospectiva retrospectivo e extrínseca ECG-dependente para studying função cardíaca em ratos e ratazanas foi demonstrado pelo Dinkel et ai. 29. Durante este presente trabalho, gating retrospectiva intrínseca não só minimizado significativamente o tempo necessário para configurar a digitalização, mas também eliminou a dependência de hardware de monitoramento, como derivações de ECG e sensor de pneumática respiratória, bem como as habilidades do operador adicional para configurá-lo adequadamente para cima. Após a reconstrução, a qualidade de imagem de ambos os conjuntos de dados finais diastólico e sistólico final foi considerado satisfatório para a análise cardíaca. Durante o exame das imagens, foi dada particular atenção aos artefatos de movimentação que podem ocorrer durante um nível insuficiente de anestesia, listando os artefatos que podem acontecer como resultado de projeções ausentes em animais com artefatos alta taxa de respiração, baixa atenuação que são comumente causadas por estruturas ósseas e pode imitar defeitos de perfusão e artefatos anel que podem surgir de mis-calibração ou falha de um ou mais detector ELEmentos. A capacidade de MicroCT para produzir informação estrutural e funcional cardíaca também é dependente da disponibilidade do agente de contraste intravascular adequado. Mais actualmente contrastes microCT disponíveis comercialmente podem ser geralmente divididos em partículas de macrófagos não metabolizável específica e polidispersos contrastes à base de iodo metabolizável 23,33-36. Embora os agentes de partículas oferecem maior opacificação de raios-X devido ao seu elevado número atómico (bário, Z = 56; e ouro, Z = 79), eles não podem ser utilizados para a avaliação metabólica. Além disso, estes agentes são considerados nocivos para o organismo e removidos pelos macrófagos hepáticos (células de Kupffer), que limpam as células do sistema reticuloendotelial (RES). Devido à sua natureza não metabolizável, estes agentes de induzir alterações na microcirculação hepática concomitante com danos no fígado 37. contrastes à base de iodo metabolizável, por outro lado, não são targeted para a remoção-RES específicas, portanto, deve oferecer um melhor perfil de segurança e evitar a toxicidade do fígado. Em adição ao seu melhor perfil de segurança, estes contrastes são absorvidos pelos tecidos metabolicamente activos, assim, pode ser utilizado para a avaliação da viabilidade 22,23. Para este fim, o agente de contraste iodado foi selecionada para o presente estudo. O contraste foi administrado a uma dose de 5 ou 10 ml por grama de peso corporal do animal por injecção intravenosa em bolus único. Embora ambas as doses do realce produzido resultados satisfatórios, foi observado um aumento dependente da dose na ventricular esquerda e níveis de contraste do miocárdio quando 10 ul / g do contraste foi injectado. De interesse, com a dose maior, a duração da poça de sangue foi prolongado e o pico de captação de contraste do miocárdio foi adiada. Um animal (rato 1) foi seguido por 10 semanas após a cirurgia e durante este período foi fotografada a cada duas semanas. A partir da experiência, nenhum efeito adverso relacionado com o contraste (total de 5 emprojecções) ou relacionados com a exposição de raios-X (total de 10 varreduras microCT) foram observados neste mouse durante o período de acompanhamento. Um dos efeitos adversos mais comumente reportados de exposição de iodo longo prazo é distúrbio da glândula tireóide que não foi observado macroscopicamente nos exames post-mortem. Mannheim et al. Os níveis de tiroxina estudada após 3 administrações contraste consecutivos e não encontraram nenhuma diferença quando os níveis foram comparados com os controles 37. Com a utilização dos mesmos conjuntos de dados microCT, não há sinais de fibrose pulmonar induzida por radiação foram detectados nesse animal (dados não mostrados), conformando-se a segurança do processo. Avaliação da função global e regional do coração ventricular é considerado o mais forte determinante do desempenho cardíaco e importante em termos de prognóstico e escolha da intervenção terapêutica 38,39. Os índices funcionais do ventrículo esquerdo globais incluem esquerda volume diastólico final ventricular (VDFVE), o volume ventricular esquerdo sistólico final (VSF), o volume de esquerda curso ventricular (VSVE), fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FEVE) e débito cardíaco (CO). Estudos anteriores microCT confirmou que a avaliação quantitativa da função cardíaca global é viável em modelos de doenças cardiovasculares murino e que diminuição acentuada na função cardíaca mundial tem lugar logo após a oclusão da artéria LAD. Estes resultados estão de acordo com os relatórios anteriores em que a redução acentuada na VSVE, FEVE, e CO já ocorreu no dia 1 após a oclusão 29,40-43. É digno de nota mencionar que o desempenho funcional cardíaca é dependente do tipo e do grau de anestesia, assim, para medições precisas da frequência cardíaca durante a aquisição de imagem deve ser mantido o mais fisiológico possível 44. avaliação quantitativa da massa miocárdica ventricular esquerda (LVMM) é importante para a avaliação da hipertrofia ventricular esquerda e foi conduzido principalmente usando MRI 11,43,45,46. LVMM é frequentemente corrigido para peso corporal e apresentado como ventricular esquerda índice de massa do miocárdio (LVMMI) para permitir a normalização do peso cardíaco entre ratos de diferentes idades e habitus. Estimativa exacta destes parâmetros é importante, pois os ratos com infarto do miocárdio desenvolver hipertrofia significativa 47. Avaliação da geometria LVMM, LVMMI, e LV também é importante para o diagnóstico de hipertrofia cardíaca e displasia 11. Como tal, a determinação destes parâmetros será adicionalmente benéfico para diferenciar as condições, tais como a hipertrofia concêntrica, hipertrofia excêntrica, ou remodelação concêntrica. No presente trabalho, tanto valores LVMMI LVMM e foram determinados em ratos submetidos a ligadura da artéria LAD e no animal operação simulada. Subsequentemente, o tamanho do enfarte do miocárdio foi identificada e utilizada para calcular a percentagem do tamanho do enfarte. Embora durante a cirurgia da ligadura da artéria coronária LAD foi applied ao mesmo nível, a oclusão gerado enfartes com alguma variabilidade: 13,3%, 15,8%, e 22,4% (Tabela 1). Uma possível explicação para essa variabilidade pode emanar de diferenças na anatomia das artérias coronárias e seu suprimento de sangue territorial entre os animais, e de acordo com relatórios anteriores 48. A forma mais comum de avaliação de tamanho do enfarte num modelo de rato de enfarte do miocárdio é por ex vivo coloração do cloreto de trifenil tetrazólio (TTC), a técnica que não iria permitir a monitorização longitudinal da doença no mesmo animal. No contexto do trabalho anterior de Ashton et al. 22 e do presente, é de salientar que MicroCT em conjunto com agentes de contraste iodados pode fornecer um método alternativo e não-destrutivo de determinar o tamanho do enfarte longitudinalmente. Uma vantagem adicional da técnica de MicroCT reside na determinação muito precisa da isquemia regional. Like em seres humanos da artéria coronária esquerda das divisões mouse em uma artéria descendente (LAD) e um ramo septal (LCX). No entanto, em ratos, a anatomia dos ramos laterais da LAD e LCX difere consideravelmente entre os animais 48. Grandes ramos da LCX, por vezes, têm semelhança com o LAD e desde as artérias coronárias de ratos são intra-miocárdica e, portanto, não visível, braçadeiras laterais da LCX são, por vezes acidentalmente, mas inevitavelmente incluídos na oclusão coronária durante o procedimento de rato-enfarte. Como tal, o mapa polar circumferentional obtido após MicroCT pode ser usado para determinar exatamente qual artérias coronárias foram ocluído, uma vez que a perfusão e contraste captação nos setores 2, 3, 8 e 9 são afetados pela LCX enquanto setores 7, 10, 11, 12 , 13, 15, 16 e 17 são fornecidos pela LAD. Assim, o mapa polar é de grande benefício para a determinação exacta das artérias obstruídas e, consequentemente, ajuda importante na correta interpretação dos efeitos da myocainfarto rdial da função cardíaca e progressão da doença. O modelo do miocárdio rato enfarte usado altamente imita a situação clínica humana, onde os vasos coronários tornar-se de repente ocluído como resultado de uma ruptura aguda da placa e, como tal, de grande benefício para estudar o desenvolvimento da doença do coração infartado 49. Enquanto nos países desenvolvidos o tratamento países ocidentais de doentes com enfarte de miocárdio é destinada a restabelecer rapidamente a recirculação do vaso coronário, em muitas ocasiões, especialmente em países economicamente menos desenvolvidos, onde a incidência de infarto do miocárdio está a aumentar rapidamente, a oclusão não pode ser anulado em tempo de 1,50. Isso induz em grandes infartos ventriculares que na maioria das vezes vai levar à insuficiência cardíaca crônica e são um tremendo fardo para a saúde pública. Consequentemente, métodos diagnósticos não invasivos longitudinais usando um modelo de infarto do miocárdio com occ artéria coronária permanenteLusion e um grande infarto ventricular são de grande importância para o desenvolvimento de novas estratégias de tratamento contra esta doença. Miocárdio imagem de perfusão CT é uma técnica rápida evolução que permite avaliação quantitativa das alterações do fluxo sanguíneo coronário regionais e sua relevância para a função cardíaca e viabilidade. Mais recentes estudos em animais pequenos reduziu a diferença entre MicroCT e SPECT, a modalidade de escolha para perfusão e viabilidade de avaliação 22. Com o objectivo de avaliar o grau de comprometimento do fluxo sanguíneo regional provocado pela oclusão da artéria coronária LAD, os dados microCT também foram avaliados quanto à informação de perfusão miocárdica. A artéria LAD ligado é conhecido para proporcionar o fornecimento de sangue para a parede livre, que faz parte do septo, e a região apical do ventrículo esquerdo. defeitos de perfusão miocárdica (áreas hypoenhanced) de rato 1 são mostrados em uma polar sistema e óbvia coordenadas em meados de anterior, mid-inferolateral, mid-ântero-lateral, apicalanterior, e segmentos laterais apicais, os resultados são consistentes com a mesma distribuição coronária (Figura 3). Não há diferença entre defeitos de perfusão derivados de imagens de fim de diastólica e sistólica final de foi encontrado em homosegments. Os diastólica final e sistólico finais de perfusão do miocárdio polares mapa mostra do animal operação simulada são mostrados na Figura 4. Pequenas diferenças no fluxo sanguíneo do miocárdio entre os segmentos do animal de controle são insignificantes em ambas as representações diastólico e sistólico final . Curiosamente, as áreas de hypoenhancement pode ser visto visualmente em imagens de secção transversal de curto-axiais (Figura 1) e pode ser facilmente quantificados, como mostrado na Figura 3. Isto não era possível no estudo de Befeda et ai., E podia ser explicado pela maior ruído do instrumento MicroCT utilizado 22. A fim de ser distinguidos visualmente, as diferenças de sinal deve ser, pelo menos, três a cinco vezes maiorque o ruído (desvio padrão) na imagem 51. Baixo nível de ruído do MicroCT utilizada neste estudo permitiu a detecção de uma pequena diferença de sinal entre miocárdio prejudicada e normalmente perfundido (127HU ± 23HU vs. 217HU ± 29HU), permitindo avaliação positiva dos defeitos padrão de perfusão do miocárdio. Uma das principais vantagens da utilização de agentes de contraste iodados, é a capacidade de avaliar a viabilidade do miocárdio e o metabolismo devido ao reforço do miocárdio contraste, relacionado. Para o nosso conhecimento, a capacidade do contraste para melhorar miocárdio foi primeiramente descrita por Detombe et al. 23 e seu primeiro uso para geração de imagens infarto do miocárdio foi relatada por Ashton et al. 22. Embora o grupo indicou que o miocárdio perfundido nos ratos com enfarte do miocárdio mostrou um acessório semelhante aos controlos, e que o miocárdio enfartado não mostrou qualquer melhoramento, avaliação quantitativa do miocárdio e segmentarnhancement não foi relatada. Para investigar se realce miocárdico pode ser avaliada quantitativamente, todos os ratinhos foram reimaged utilizando o mesmo protocolo de imagem 3 - 4 horas depois da administração de contraste, quando o acessório do miocárdio em relação à cavidade foi máxima. Defeitos de captação de contraste do miocárdio foram visualmente observados em imagens de seção transversal curta-axial diastólica final e sistólico finais de um coração mouse com infarto do miocárdio (Figura 5), mas não no animal operação simulada (Figura 6). Captação miocárdica foi avaliada quantitativamente em cada segmento do miocárdio de ambas as reconstruções diastólico e sistólico final e apresentados em um sistema coordenado polar (Figura 7 e 8). Os valores homosegmental diastólico e sistólico final obtidos a partir do mesmo animal não eram diferentes. No entanto, os gráficos polares circunferenciais mostrou alterações específicas do segmento (Figure 7) com padrões semelhantes aos mostrados nos mapas de perfusão miocárdica (Figura 2). Sem defeitos captação de contraste foram vistos nas parcelas polares circunferenciais do mouse operação simulada (Figura 8). Os dados de absorção do miocárdio eram de qualidade suficiente para realizar análise funcional global e avaliação quantitativa da massa miocárdica do VE e tamanho do infarto (não mostrado). Apesar de não ser pertinente para o modelo atualmente utilizado com oclusão da artéria coronária LAD permanente, acreditamos que a extração do miocárdio contraste pode estar relacionada não só às alterações no fluxo sanguíneo do miocárdio regional, mas também para o estado de cardiomiócitos (por exemplo, cicatrizes, atordoado e miocárdio hibernado) . Para testar esta hipótese, o trabalho futuro vai empregar o modelo com isquemia miocárdica temporária e reperfusão. contração ativa dos resultados do miocárdio em movimento parede miocárdica e espessamento que servem como marcadores importantes da f sistólicaunção e viabilidade miocárdica. Avaliação de movimento de parede regional, espessamento, e fração de ejeção ajuda a discernir o movimento da parede sistólica passiva de contração do miocárdio ativa. A fim de possibilitar a quantificação padronizada da extensão e gravidade da lesão, o movimento da parede, espessamento da parede, e fração de ejeção regionais são comumente mapeado em mapas polares. Anormalidades de movimento da parede ventricular regionais são importantes marcadores de isquemia miocárdica que são mais comumente avaliados por ressonância magnética 52. As contagens de movimento da parede ventricular esquerda, espessamento e a fracção de ejecção regionais para cada segmento de um rato, com e sem enfarte do miocárdio são apresentados na Figura 9 e na Figura 10. Como era esperado, a ligação da artéria coronária LAD, resultou numa diminuição acentuada dos índices funcionais regionais LV ( a Figura 9), enquanto não se observou nenhum efeito no rato operação simulada (Figura 10). Estes resultados estão em concordância comdados relatados anteriormente. Em conclusão, este trabalho demonstrou o primeiro uso bem sucedido de um sistema MicroCT de alta velocidade para determinação abrangente de parâmetros funcionais globais e regionais do miocárdio, juntamente com a avaliação da perfusão e viabilidade miocárdica em saudável e em um modelo de rato de enfarte do miocárdio. Este trabalho pode ser ainda estendido para caracterização de outros modelos de doença cardiovascular, permitindo a avaliação precisa e não-destrutiva de alterações funcionais e fisiopatológicos cardíacas, e para a avaliação de novas estratégias preventivas e terapêuticas.

Doença isquêmica do coração (DIC) continua a ser a maior causa de morbidade e mortalidade entre homens e mulheres em todo o mundo 1. Por causa da complexidade e inter-relações que existem entre os órgãos e sistemas no nível do organismo, o uso de todo o animal como um modelo de DIC permanece relevante não só para a nossa melhor compreensão da fisiopatologia da doença, mas também permitindo a avaliação de novas estratégias preventivas e terapêuticas . Modelos do rato, em particular, têm contribuído para o nosso conhecimento do desenvolvimento cardíaco, patogênese do infarto do miocárdio, hipertrofia do miocárdio, miocardite e lesões aneurismáticas 2-7. Os parâmetros que determinam o desempenho cardíaco e são úteis em termos de prognóstico e escolha da intervenção terapêutica são massa cardíaca e da geometria, função global e regional, distribuição espacial do fluxo de sangue do miocárdio e viabilidade miocárdica. No entanto, a maioria dos traditional métodos experimentais utilizados em modelos de rato de doença cardíaca envolvem medições invasivas que requerem horas para conclusão, portanto, o animal não podem ser utilizados para medições repetidas, ou o método vai exigir sacrificar animais 8-12. Por exemplo, para medir a perfusão miocárdica regional, microesferas ou radioactivamente marcados com fluorescência são usados ​​onde a contagem radioactiva ou sinais fluorescentes são detectados sobre um coração fisicamente dissecado ou in situ 13,14. Do mesmo modo, a avaliação do tamanho do enfarte em modelos animais de enfarte do miocárdio é mais vulgarmente efectuada por cloreto de trifeniltetrazólio (TTC) de coloração, e a fim de determinar o curso de tempo da evolução de enfarte e o efeito de intervenções terapêuticas, esta técnica requer que os animais precisam ser sacrificada para o coração exame histopatológico em vários pontos de tempo 15. Como técnicas tais, não destrutivos e humanas que permitam quantitative e análise longitudinal da morfologia cardíaca, função, metabolismo e viabilidade são de suma importância. Neste contexto, a imagem latente pré-clínico é de grande relevância. Entre as modalidades de imagem actualmente disponíveis ressonância magnética (MRI) e ecocardiograma são os mais comumente utilizados 16,17,18. No entanto, e apesar do fato de que a RM é considerada a modalidade de referência tanto no trabalho clínico e pré-clínico, o alto custo para adquirir e manter sistemas dedicados de ressonância magnética pequenos animais, bem como a complexidade desta tecnologia para usuários não-avançados para operar , faça MRI proibitivamente caro para uso rotineiro. No que diz respeito a ecocardiografia, existem desvantagens significativas para a forma da função cardíaca é medida. Os dados produzidos pela maioria dos exames são ecocardiográfica bidimensional, e, a fim de derivar os volumes, as suposições geométricas precisam ser feitas 19. Além disso, a má repr intra e inter-observadoroducibility é outra limitação significativa desta técnica. Imaging radioisótopo com emissão de fóton tomografia único (SPECT) e tomografia por emissão de positrões (PET) são predominantemente utilizados para a avaliação da perfusão miocárdica e metabolismo 17,20,21. No entanto, restrito resolução espacial destas modalidades de imagem faz imagens cardíacas em ratos desafiantes. Por outro lado, com o advento da tecnologia de detector de painel plano que permite um melhor sensibilidade de raios-X e os tempos de leitura mais rápidos, o estado actual da técnica, sistemas de microCT podem agora fornecer cardio-respiratória fechado tridimensional (3D) e quatro dimensões ( 4D) imagens de qualidade MRI-grade. Eles são o custo de manutenção praticamente livre e fácil de operar por usuários não-avançados. Assim, tais instrumentos microCT pode ser bem adequado para exame de rotina dos animais pequenos como modelos de doenças humanas. Mais importante ainda, com o desenvolvimento de um novo agente de contraste iodado pré-clínico, savaliação funcional e metabólica imultaneous do coração tornou-se possível 22-24. Este agente de contraste contém uma concentração elevada de iodo (160 mg / ml), produzindo forte contraste de lago sanguíneo após a sua administração intravenosa permitindo in vivo de imagens da vasculatura e das câmaras do coração. Dentro de uma hora após a administração, um aumento contínuo em contraste miocárdio associado com a sua absorção metabólica pode ser observada, assim, o mesmo agente de contraste pode ser utilizado para a avaliação do atordoamento do miocárdio e viabilidade. O objetivo da técnica descrita neste artigo é o de permitir aos investigadores utilizar o sistema MicroCT de alta velocidade com intrínseca gating cardio-respiratória, em conjunto com sangue-pool agente de contraste iodado, para determinação da função global e regional do miocárdio, juntamente com perfusão miocárdica e viabilidade em ratos saudáveis ​​e em um modelo de rato de isquemia cardíaca induzida por oclusão permanenteda artéria descendente anterior coronariana (LAD). Ao utilizar esta técnica modelo animal e de imagem, uma rápida avaliação dos parâmetros cardíacos mais importantes pode ser realizada repetidamente com uma única modalidade de imagem e sem a necessidade de procedimentos invasivos ou da necessidade de sacrificar os animais. A técnica pode ser realizada para avaliar novas estratégias preventivas e terapêuticas.

<table><tbody><tr><td>Sistema de imagem Quantum FX MicroCT</td><td>PerkinElmer, Hopkinton, MA, EUA</td><td></td><td>Sistema de microtomografia computadorizada</td></tr><tr><td>XGI-8 Sistema de anestesia</td><td>PerkinElmer, Hopkinton, MA, EUA</td><td>Cat. No. 118918</td><td>Sistema de Anestesia com Gás</td></tr><tr><td>Analyze 12.0 Software</td><td>Analyze Direct, Overland Park, KS, EUA</td><td></td><td>Software de Visualização e Análise para Imagem</td></tr><tr><td>eXIA160 MicroCT Contrast</td><td>Binitio Biomedical, Ottawa, ON, CANADÁ</td><td>Cat. Não. eXIA160-01; eXIA160-02; eXIA160-03; eXIA160-04; eXIA160-05</td><td>Radiocontraste à base de iodo para imagens MicroCT</td></tr><tr><td>Isoflurano</td><td>Pharmachemie BV, Haarlem, Holanda</td><td>Cat. No. 45.112.110</td><td>anestesia inalatória</td></tr><tr><td>1/2CC U-100 28G1/2 Seringa de insulina</td><td>Becton Dickinson and Company, USA</td><td>Cat. Nº 329461</td><td>Seringas de insulina com interior estéril</td></tr><tr><td>Microscópio Leica tipo M80</td><td>Leica Microsystems BV, Eindhoven, Holanda</td><td></td><td>Microscópio estéreo com zoom</td></tr></tbody></table>

in vivo quantitativa avaliação da estrutura do miocárdio, função, perfusão e viabilidade usando cardiac micro-tomografia computadorizada

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

O uso da Microtomografia Computadorizada (MicroCT) para estudos in vivo de pequenos animais como modelos de doenças humanas aumentou tremendamente devido ao fato de que a MicroCT fornece dados anatômicos tridimensionais (3D) quantitativos de alta resolução de forma não destrutiva e longitudinal. Mais importante ainda, com o desenvolvimento de um novo agente de contraste iodado pré-clínico chamado eXIA160, a avaliação funcional e metabólica do coração tornou-se possível. No entanto, antes do advento dos scanners MicroCT comerciais equipados com tecnologia de detector de tela plana de raios-X e gating cardiorrespiratório fácil de usar, os estudos pré-clínicos de doenças cardiovasculares (DCV) em pequenos animais exigiam um tecnólogo MicroCT com habilidades avançadas e, portanto, eram impraticáveis para implementação generalizada. O objetivo deste trabalho é fornecer um guia prático para o uso do sistema Quantum FX MicroCT de alta velocidade para determinação abrangente da função global e regional do miocárdio, juntamente com a avaliação da perfusão, metabolismo e viabilidade miocárdica em camundongos saudáveis e em um modelo de camundongo com isquemia cardíaca induzida por oclusão permanente da artéria coronária descendente anterior (LAD).

MicroCT Aquisição, Imagem a Reconstrução e Imagem Avaliação da Qualidade. Quatro camundongos C57BL / 6, três com oclusão e LAD permanente um, com sucesso recuperado da cirurgia e completaram o protocolo de imagem que consistia de uma administração intravenosa em bolus único agente de contraste e duas aquisições microCT cardio-respiratória 4,5-mínimo de operação simulada. A freqüência cardíaca média durante os estudos microCT era de 385 ± 18 batimentos por minuto. Diastólica final e reconstrução da imagem sistólico final usado gating baseada em imagem intrínseca proprietário, no qual dedica dispositivos respiratórios e monitorização cardíaca, como derivações de ECG e sensor de pneumática respiratória não eram necessários. Após a reconstrução, a qualidade de imagem de ambos os conjuntos de dados finais diastólico e sistólico final foi inspecionado usando software de visualização 2D. A qualidade de imagem foi considerado satisfatório e não houve necessidadepara realizar aquisições de imagens adicionais. Assim, todos os dados relatados foram obtidos a partir de duas leituras por rato; a primeira verificação efectuadas 10 minutos após a injecção durante a fase de acumulação de sangue do contraste, e a segunda verificação adquirida pós-injecção durante 3-4 horas a fase de fixação metabólica do contraste. Representante de sangue piscina curta-axiais secções transversais finais diastólico e sistólico final de um coração mouse com infarto do miocárdio (Figura 1) e de um coração mouse sem infarto do miocárdio (Figura 2) demonstrou excelente delineação cavidade ventricular esquerda com pouco ruído de fundo , permitindo a avaliação anatômica e funcional preciso. Áreas de rarefacção contraste correspondentes a enfarte do miocárdio foram bem demarcadas em imagens curto-axiais do coração de rato submetido a LAD ligação da artéria coronária (Figura 1), mas não no animal simulada operar (Figura 2). avaliação quantitativa do Ventrículo Esquerdo Função. segmentações 3D baseado em limiares foram realizados em ambos os volumes diastólico e sistólico finais para determinar o volume ventricular esquerda diastólica final (VDF) e do volume sistólico final do ventrículo esquerdo (VSF) em cada animal. O volume sistólico do ventrículo esquerdo (VSVE), fracção de ejecção ventricular esquerda (FEVE), e o débito cardíaco (CO) foram calculados a partir de VDF e VsfVE de acordo com as fórmulas descritas na Secção 5. Os resultados das medições de volume e funcionais globais estão resumidos na Tabela 1 . Três horas após a ligação, o normalizada para o peso corporal do animal significa VDFVE não foi diferente entre o grupo de enfarte do miocárdio e o animal operação simulada (2,8 ± 0,23 vs 2,3). No entanto, o peso corporal médio normalizado VsfVE foi maior no grupo de enfarte do miocárdio (2,1 ± 0,31 vs. 0,92). CorrespondenteLY, a FEVE média e o débito cardíaco (CO) em ratos com oclusão da artéria coronária LAD foram mais baixos quando comparado com o rato operação simulada (23,1% ± 7,1% vs 60,5%, e 0,26 ml ± 0,08 ml vs. 0,55 ml, respectivamente, ). Avaliação quantitativa do LV do miocárdio missa e Enfarte Tamanho. Ambos massa ventricular esquerda do miocárdio (LVMM) e índice de massa miocárdica ventricular esquerda (LVMMI) foram determinados com base em epicárdio e endocárdio segmentações incluindo músculos papilares e trabéculas. Ambas as reconstruções diastólico e sistólico final foram processados ​​e os valores para ambos os grupos infarto do miocárdio e o animal operação simulada estão resumidos na Tabela 1. Volumes de infarto do miocárdio foram determinados com base na rarefação contraste usando baseado em limiares volumetria 3D. Como mostrado na Tabela 1, três horas após a LAD Coronary ligação da artéria as áreas de risco (AAR) em rato 1, 2 e 3 foram 22,4%, 13,3% e 15,8% do LVMM respectivamente. Perfusão Miocárdica Imagem (MPI). Representante circunferenciais enredo exibe polares finais sistólico (parcelas polares Bulls Eye) de perfusão miocárdica em um rato com infarto do miocárdio (Rato 1) e um mouse sem infarto do miocárdio (Rato 4) diastólica final e são mostrados nas Figuras 3 e 4. As imagens usadas para produzir as parcelas foram adquiridas 10 minutos após a administração de contraste e 3 horas após a ligadura LAD. Os valores homosegmental diastólico e sistólico final obtidos a partir do mesmo animal não eram diferentes. No entanto, hypoenhancement foi observado em meados de anterior, mid-inferolateral, mid-ântero-lateral, anterior apical, e segmentos laterais apicais de um rato com miocárdio eminfarto, demonstrando deficiências no fluxo sanguíneo coronariano causados ​​pela oclusão da artéria LAD (Figura 3). Sem essa degradação pôde ser observada no coração do animal operação simulada (Figura 4). Miocárdio Viabilidade e Metabolismo. Representante circunferenciais enredo exibe polares finais sistólico (parcelas polares Bulls Eye) de captação miocárdica metabólica em um rato com infarto do miocárdio (Rato 1) e um mouse sem infarto do miocárdio (Rato 4) diastólica final e são mostrados nas Figuras 7 e 8. As imagens usadas para produzir os lotes foram adquiridos 3-4 horas após a administração de contraste e 5-6 horas após a ligadura LAD. captação de contraste do miocárdio dissimilares poderiam também ser observado visualmente em seções transversais curtas-axial de um coração de rato que sofreu oclusão da artéria coronária LAD ( <strong&gt; Figura 5), mas não no rato operação simulada (Figura 6). Os valores homo-segmentares diastólico e sistólico final obtidos a partir do mesmo animal não eram diferentes. As parcelas circunferenciais polares mostraram anormalidades específicas do segmento (Figura 7) com um padrão semelhante ao mostrado nos mapas de perfusão do miocárdio (Figura 2). Sem defeitos captação de contraste foram vistos nas parcelas polares circunferenciais do mouse operação simulada (Figura 8). Avaliação quantitativa da LV Função Regional. A qualidade da imagem foi satisfatório para realizar a avaliação visual do movimento do ventrículo esquerdo e espessamento de reconstruções diastólico e sistólico final em todos os ratinhos fotografada. As pontuações de movimento da parede do VE, espessantes e fração de ejeção regional, para cada segmento de um rato com e sem a minha<html> enfarte ocardial são apresentados na Figura 9 e na Figura 10. Como era esperado, a ligação da artéria coronária LAD, resultou numa diminuição acentuada de LV índices funcionais regionais (Figura 9), enquanto não se observou nenhum efeito no rato operação simulada (Figura 10). <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53603/53603fig1.jpg" /> Figura 1. Representante sangue-piscina curta-axial diastólica final (A) e sistólico final (B) secções transversais de um coração mouse com infarto do miocárdio (Rato 1). As imagens foram adquiridas 3 horas após a oclusão da artéria coronária LAD e 10 min após a administração de contraste. O contraste negativo observado por setas amarelas é devido à falta de opacificação contraste na região infartada. /53603/53603fig2.jpg &quot;/&gt; Figura 2. Representante de sangue piscina curta-axial diastólica final (A) e sistólico final (B) secções transversais de um coração de rato sem infarto do miocárdio (Rato 4). As imagens foram adquiridas 3 horas após sham-operação e 10 min após a administração de contraste. Contraste opacificação é uniformemente presente em todas as fatias do miocárdio. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53603/53603fig3.jpg" /> Figura 3. Representante circunferenciais enredo exibe polares finais sistólico (parcelas Bulls Eye polares) de perfusão miocárdica em um rato com infarto do miocárdio (mouse 1) diastólica final e. (A) O ventrículo esquerdo é subdividido em basal, mid-cavidade, e porções curtas-axial apicais de acordo com o de 17 segmentos modelo AHA 25. perfusão Dissimilar é claramente visível em meados de anterior, mid-inferolateral, médioântero-lateral, anterior apical, e segmentos laterais apicais. Os valores apresentados representam a segmentar significa em unidades Hounsfield ± desvio padrão. (B) Os mapas de perfusão miocárdica são mostrados sem subdivisão em 17 segmentos. O centro da trama correspondente ao ápice cardíaco (segmento 17) não é mostrado. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53603/53603fig4.jpg" /> Figura 4. Representante circunferenciais enredo exibe polares finais sistólico (parcelas Bulls Eye polares) de perfusão miocárdica em um mouse sem infarto do miocárdio (Rato 4) diastólica final e. (A) O ventrículo esquerdo é subdividido em basal, mid-cavidade, e porções curtas-axial apicais de acordo com o de 17 segmentos modelo AHA 25. perfusão semelhante está presente em todos os segmentos. Os valores apresentados representam a segmentar significa em unidades Hounsfield ± desvio padrão. (B) mapas de perfusão miocárdica são mostrados sem subdivisão em 17 segmentos. O centro da trama correspondente ao ápice cardíaco (segmento 17) não é mostrado. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53603/53603fig5.jpg" /> Figura 5. absorção metabólica Representante curto-axial diastólica final (A) e sistólico final (B) secções transversais de um coração mouse com infarto do miocárdio (Rato 1). As imagens foram adquiridas 6-7 horas após a oclusão da artéria coronária LAD e 3-4 horas após a administração de contraste. O contraste negativo observado por setas brancas é devido à falta de captação de contraste metabólica na região infartada. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/53603/53603fig6.jpg" /> Figura 6. absorção metabólica Representante curto-axial diastólica final ( <strong&gt; A) e sistólico final (B) secções transversais de um coração de rato sem infarto do miocárdio (Rato 4). As imagens foram adquiridas 6-7 horas após sham-operação e 3-4 horas após a administração de contraste. absorção metabólica do miocárdio de contraste é uniformemente presente em todas as fatias. <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/53603/53603fig7.jpg" /> Figura 7. representativos diastólica final e sistólico final circunferenciais enredo exibe polares (parcelas polares Bulls Eye) de absorção metabólica do miocárdio em um rato com infarto do miocárdio. (A) O ventrículo esquerdo é subdividida em basal, mid-cavidade, e apical curto porções -axial de acordo com o de 17 segmentos modelo AHA 25. absorção metabólica Dissimilar é claramente visível em meados de ântero-lateral, anterior apical, apical inferior, e segmentos laterais apicais. Os valores apresentados representam os meios segmentares em Hounsfield units ± desvio padrão. (B) Os mapas de captação metabólicas miocárdicas são mostrados sem subdivisão em 17 segmentos. O centro da trama correspondente ao ápice cardíaco (segmento 17) não é mostrado. <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/53603/53603fig8.jpg" /> Figura 8. Mandatário diastólica final e sistólico final circunferenciais enredo exibe polares (parcelas polares Bulls Eye) de absorção metabólica do miocárdio em um mouse sem infarto do miocárdio. (A) O ventrículo esquerdo é subdividida em basal, mid-cavidade, e apical curto porções -axial de acordo com o de 17 segmentos modelo AHA 25. absorção metabólica Dissimilar é claramente visível em meados de ântero-lateral, anterior apical, apical inferior, e segmentos laterais apicais. Os valores apresentados representam a segmentar significa em unidades Hounsfield ± desvio padrão. (B) Metaboli do Miocárdiomapas c captação são mostrados sem subdivisão em 17 segmentos. O centro da trama correspondente ao ápice cardíaco (segmento 17) não é mostrado. <img alt="Figura 9" src="/files/ftp_upload/53603/53603fig9.jpg" /> Figura 9. movimento Representante parede miocárdica (mm), espessamento da parede (%) e fração de ejeção regionais (%) circunferenciais enredo exibe polares (gráficos polares Bulls Eye) de um rato com infarto do miocárdio. (A) O ventrículo esquerdo é subdividida em basal, mid-cavidade, e porções curtas-axial apicais de acordo com o de 17 segmentos modelo AHA 25. A presença de, e regiões discinï¿½icos acinéticos hipocinéticas em meados de cavidade e apical denotam grande defeito do miocárdio. (B) Os mapas de medição do miocárdio regionais são mostrados sem subdivisão em 17 segmentos. O centro da trama correspondente ao apex cardíaco (segmento 17) estánão mostrado. <img alt="Figura 10" src="/files/ftp_upload/53603/53603fig10.jpg" /> Figura 10. Representante movimento da parede miocárdica (mm), espessamento da parede (%) e fração de ejeção regionais (%) circunferenciais enredo exibe polares (gráficos polares Bulls Eye) de um mouse sem infarto do miocárdio. (A) O ventrículo esquerdo é subdividida em basal, mid-cavidade, e porções curtas-axial apicais de acordo com o de 17 segmentos modelo AHA 25. Nenhuma anormalidade aparente é detectado. (B) Os mapas de medição do miocárdio regionais são mostrados sem subdivisão em 17 segmentos. O centro da trama correspondente ao ápice cardíaco (segmento 17) não é mostrado. <img alt="tabela 1" src="/files/ftp_upload/53603/53603table1.jpg" /> Tabela 1. volumes do ventrículo esquerdo e globais índices funcionais meas. ured em três ratos 3 horas após a oclusão da artéria coronária LAD e em um mouse operação simulada * BPM, bate por minuto; VDFVE, deixou o volume diastólico final ventricular; LVESV, deixou volume sistólico final ventricular; VSVE, o volume sistólico do ventrículo esquerdo; FEVE, fração de ejeção do ventrículo esquerdo; CO, débito cardíaco; LVMV TOTAL, o volume total do ventrículo esquerdo do miocárdio; LVMM, massa miocárdica do ventrículo esquerdo; LVMMI, ventricular esquerda índice de massa do miocárdio; LVMV MI, ventricular esquerda volume de enfarte do miocárdio; % LVMIS,% do ventrículo esquerdo tamanho do infarto do miocárdio.

Este método descreve o uso da Microtomografia Computadorizada Quântica (MicroCT) para avaliar a morfologia, função, perfusão, metabolismo e viabilidade cardíaca com contraste iodado em camundongos com isquemia miocárdica induzida experimentalmente. A técnica pode ser aplicada para imagens longitudinais in vivo não destrutivas de alto rendimento de vários modelos animais de doenças cardíacas humanas.

In Vivo quantitativa Avaliação da Estrutura do miocárdio, função, perfusão e viabilidade Usando Cardiac Micro-Tomografia Computadorizada

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that ...

O objetivo geral deste procedimento é demonstrar o uso da microtomografia computadorizada de alta velocidade na aquisição de imagens com sincronização cardiorrespiratória intrínseca para avaliar funções miocárdicas globais e regionais em um modelo de isquemia cardíaca em camundongos. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na fisiopatologia cardíaca, como quais são os efeitos da patologia ou de tratamentos experimentais na função miocárdica global e regional? A principal vantagem dessa técnica é que ela fornece uma avaliação rápida, longitudinal e não invasiva dos parâmetros cardíacos mais importantes, podendo ser facilmente realizada por não especialistas.As implicações dessa técnica estendem-se à terapia de doenças cardiovasculares. Pode ser utilizada como uma ferramenta pré-clínica para obter um entendimento avançado do desenvolvimento de doenças cardíacas. Demonstrarão o procedimento Nicole van Vliet, uma técnica, bem como Elza van Deel, que é pós-doutoranda, e Yanto Ridwan, outro técnico do nosso laboratório.Inicie fazendo uma pequena incisão na pele de um camundongo de 12 semanas entre a segunda e a terceira costela. Em seguida, utilizando ganchos pequenos, afaste os músculos do tórax para expor os músculos intercostais. Depois, use uma tesoura curva com lâmina de dois milímetros e mola para cortar cuidadosamente o terceiro músculo intercostal sem danificar os pulmões.Em seguida, utilizando pin&ccedil;as, rompa o peric&aacute;rdio e use um peda&ccedil;o de gaze umedecida para afastar os pulm&otilde;es. Reposicione os ganchos para o interior do t&oacute;rax de modo que uma grande parte da parede livre do ventr&iacute;culo esquerdo e parte do &aacute;trio esquerdo fiquem vis&iacute;veis. Em seguida, utilizando o &aacute;trio para localizar a art&eacute;ria coron&aacute;ria esquerda, insira uma sutura cir&uacute;rgica de seda sete zero sob a art&eacute;ria coron&aacute;ria esquerda e amarre a sutura a dois mil&iacute;metros abaixo da borda do &aacute;trio esquerdo para padronizar o tamanho do infarto.Após confirmar visualmente o sucesso da indução do infarto pelo embranquecimento da parede livre do ventrículo esquerdo, reinflar cuidadosamente o pulmão e fechar firmemente o tórax com sutura cirúrgica de seda seis zero. Limpar a ferida com soro fisiológico e usar mais suturas de seda para fechar a pele, seguido pela aplicação de spray para feridas para estimular a cicatrização e prevenir infecções. Em seguida, colocar o camundongo em uma gaiola sobre uma placa aquecedora até que esteja completamente recuperado.Três a quatro horas após a cirurgia, ligue o scanner de microTC, abra o software de controle do microTC e aqueça o tubo de raios X. Em seguida, trate a tampa de borracha do frasco de agente de contraste iodado com álcool 70% e use uma seringa de baixo espaço morto para retirar de cinco a dez microlitros do agente por grama do peso corporal do animal. Após eliminar as bolhas de ar, limpe a cauda do camundongo anestesiado com álcool 70% e aqueça para dilatar as veias da cauda.Injete o agente de contraste em uma veia lateral da cauda. Quando o botão de modo ao vivo aparecer no software de controle, o tubo de raios X estará pronto. Insira a cobertura de pequeno diâmetro e a mesa para pequenos animais.Clique no botão de novo banco de dados na janela de banco de dados e insira um nome para o novo banco de dados. Quando a caixa de diálogo aparecer, clique no botão procurar e navegue até a unidade onde o banco de dados será salvo. Em seguida, clique em OK e observe o novo banco de dados na janela de banco de dados.Para definir as condições de varredura, selecione os parâmetros apropriados. Agora, posicione o camundongo injetado e anestesiado sobre a plataforma para animais no scanner e deslize a porta do instrumento para a direita para acionar o bloqueio de segurança. Clique no botão do modo ao vivo para visualizar o sujeito em tempo real e observe a janela de captura de raios X e o animal.Pressione os botões de avanço e retorno do controle do eixo Z da platina para mover a cama do animal até que o tórax do camundongo esteja dentro do campo de visão. Em seguida, use as setas esquerda e direita do controle da cama do animal para posicionar o animal dentro da caixa delimitadora azul. Selecione 90 na lista suspensa do controle de rotação na janela do software de controle e clique no botão definir para girar o gantry, certificando-se de que o animal permaneça dentro da caixa delimitadora azul da janela de captura X.No painel de captura X, clique com o botão esquerdo do mouse para redimensionar a região de interesse cardiorespiratória. Arraste as bordas para que os traçados cardiorespiratórios fiquem claramente visíveis na visualização de sincronização. Pressione a posição inicial e redimensione a região de interesse para o sistema cardiorespiratório.Certifique-se de que a região de interesse cubra o diafragma e a porção apical do coração em todas as posições do gantry. Em seguida, gire o gantry 90 graus para garantir que os traçados cardiorespiratórios ainda estejam claramente visíveis. Quando o animal estiver posicionado, clique no botão de tomografia computadorizada para iniciar a aquisição.A mensagem de confirmação da tomografia computadorizada será exibida. Clique em sim. O indicador vermelho de ativação de raio X ligará o instrumento e a varredura será iniciada.No final da varredura, observe as vistas transaxial, coronal e sagital das reconstruções no software visualizador 2D. Por fim, remova o animal do escâner e monitore-o até que esteja completamente recuperado. Aqui, são apresentadas seções transversais representativas do pool sanguíneo em corte curto-axial, no final da diástole e no final da sístole, de um coração de camundongo com infarto do miocárdio.Nestas imagens, cortes transversais curtos-axiais no final da diástole e no final da sístole de um coração de camundongo sem infarto do miocárdio exibem uma excelente delimitação da cavidade ventricular esquerda com pouco ruído de fundo. Observe como as áreas de rarefação do contraste, correspondentes ao infarto do miocárdio, foram bem delimitadas nas imagens curtos-axiais do coração de camundongo submetido à ligadura da artéria coronária descendente anterior esquerda. Mas não no animal submetido a procedimento simulado.De acordo com o modelo de 17 segmentos da American Heart Association, o ventrículo esquerdo pode ser subdividido em porções basais, médias e apicais no eixo curto. Nestes exemplos representativos, os mapas polares circunferenciais mostram claramente uma perfusão distinta nos segmentos médio-anterior, médio-inferolateral, médio-anterolateral, apical anterior e apical lateral no camundongo com infarto do miocárdio, em comparação com o animal submetido a procedimento simulado. Após dominar a técnica, a indução de infarto do miocárdio pode ser concluída em 45 minutos, enquanto a subsequente aquisição de imagens por microTC exige quatro horas.Ao realizar este procedimento, é importante lembrar que o desempenho funcional cardíaco depende do tipo e grau de anestesia. Assim, para medições precisas, a frequência cardíaca deve ser mantida o mais fisiológica possível durante a aquisição de imagens. Após seu desenvolvimento, esta técnica abriu caminho para pesquisadores na área de farmacologia explorarem estratégias de intervenção em camundongos e analisarem o impacto de tratamentos em diferentes níveis sobre a progressão da doença.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão da cirurgia de infarto do miocárdio e saber como utilizar o sistema de microTC de alta velocidade em conjunto com o agente de contraste baseado em iodo para o pool sanguíneo. Não se esqueça de que trabalhar com isoflurano pode ser perigoso e que precauções, como boa ventilação, devem sempre ser tomadas ao realizar este procedimento.

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Bioengenharia

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