Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

МРТ и ПЭТ в мыши модели инфаркта миокарда

12.1K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/50806

⸱

19 декабря 2013 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
1Wolfson Brain Imaging Centre, Department of Clinical Neurosciences, Unversity of Cambridge, 2Department of Medicine, University of Cambridge, 3Behavioural and Clinical Neurosciences Institute, University of Cambridge

В этой статье

Краткое содержание

Мы описываем, как выполнять МРТ и ПЭТ визуализацию сердца мыши. Протокол разработан для оценки эффективности лечения на моделях инфаркта миокарда и сердечной недостаточности.

Аннотация

Инфаркт миокарда является одной из ведущих причин смерти в западном мире. Сходство мышиного сердца с человеческим сердцем сделало его идеальной моделью для тестирования новых терапевтических стратегий.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) in vivo дает отличные виды сердца неинвазивно с четкими анатомическими деталями, которые могут быть использованы для точной функциональной оценки. Контрастные вещества могут обеспечить основные показатели жизнеспособности тканей, но они неспецифичны. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) является дополнительным методом, который очень специфичен для молекулярной визуализации, но ему не хватает анатомической детализации МРТ. При совместном использовании эти методы представляют собой чувствительный, специфичный и количественный инструмент для оценки состояния сердца при заболевании и восстановления после лечения.

В этой статье мы объясняем, как эти методы применяются на мышиных моделях острого инфаркта миокарда. Описанные здесь процедуры были разработаны для оценки предполагаемого защитного лекарственного лечения. Мы использовали МРТ для измерения систолической функции и размера инфаркта с поздним усилением гадолиния, а также ПЭТ с фтордезоксиглюкозой (ФДГ) для оценки метаболической функции в области инфаркта. В документе основное внимание уделяется таким практическим аспектам, как планирование срезов, точное стробирование, доставка лекарств, сегментация изображений и мультимодальная корегистрация. Представленные здесь методы достигают хорошей повторяемости и точности при сохранении высокой пропускной способности.

Введение

Чтобы измерить эффективность новых стратегий лечения инфаркта миокарда (ИМ) в доклинических исследованиях, требуется оценка острой стадии, а также долгосрочного исхода1. Такие методы, как гистопатология, внутрисердечные катетеры2 и модели сердца ex vivo 3, обычно используются для доклинических исследований на мышах. Однако последующее лечение ex vivo или высокоинвазивными методами невозможно. Неинвазивные методы измерения, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ) in vivo и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), позволяют использовать продольные экспериментальные схемы для определения стадии заболевания у отдельных пациентов. Цине-МРТ используется для определения глобальных функциональных параметров, таких как масса левого желудочка (ЛЖМ), фракция выброса (ФВ) и сердечный выброс (CO). Кроме того, после введения контрастного вещества гадолиния, из-за нарушения перфузии и вымывания при инфаркте, жизнеспособность тканей может быть оценена с помощью МРТ с поздним усилением гадолиния (ЛГЭ). В дополнение к этому, ПЭТ предлагает чувствительное измерение радиоактивно меченых молекул для оценки метаболизма в тканях. Высокая точность этих методов позволяет значительно сократить количество животных, необходимых для тестирования новых препаратов, нацеленных на ИМ.

Процедуры ПЭТ и МРТ задействованы, и без тщательно разработанного протокола воспроизводимость трудно поддерживать. Процедуры, установленные в клинике для пациентов, требуют существенной модификации для использования на мышах из-за их значительно более быстрого сердечного ритма и меньших размеров сердца4. Существуют большие различия между отдельными субъектами, как на исходном уровне, так и в ответ на индуцированное повреждение, поэтому для установления эффективности лечения необходимо значительное количество мышей.

В этом отчете мы описываем наш метод последовательной ПЭТ/МРТ визуализации сердца мыши. В обоих методах используются внутривенные контрастные вещества, которые доставляются через хвостовую вену. МРТ состоит из стандартной оценки с помощью Cine-MRI5 с оптимальным протоколом для ЛГЭ, как описано в нашей предыдущей работе6. Вся процедура МРТ длится 30 минут. Мы получили одинаковую фурнитуру для лежаков наших инструментов, что позволяет перемещать животное на платформе с одним и тем же аппаратом для мониторинга и подачи анестезии между машинами. ПЭТ-сканирование длится 45 минут с инъекцией in situ после начала сканирования. Заключительным этапом является измерение параметров по изображениям МРТ и ПЭТ после совместной регистрации.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Все компоненты этого исследования были проведены в соответствии с Законом Великобритании о животных (научные процедуры) 1986 года и с одобрения Группы этической экспертизы Кембриджского университета.

1. Подготовка животных

  1. Индуцирование инфарктов с помощью хирургического вмешательства7,8. Для измерения на острой стадии проводите визуализацию через 24 часа после вмешательства.
  2. Подготовьте тонкую трубку шприца для доставки лекарства с иглой 25 G на одном конце и шприцем с иглой 25 G на другом конце. Длина лески должна быть достаточной для обеспечения впрыска извне отверстия магнита (примерно 1,5 м).
  3. Приготовьте раствор Гадовиста в физрастворе. Загрузите в шприц нужное количество раствора, чтобы достичь 3 ммоль/кг с поправкой на массу тела мыши. Держите объем впрыска в пределах 50-100 μл.
  4. Предварительно заполните линию раствором Гадовиста. Чтобы избежать свертывания крови, заполните конец магистрали, расположенный близко к канюле, гепариновым раствором.
  5. Поместите мышь в индукционный бокс для анестезии 3% изофлураном в O2 1 л/мин на 3-5 мин по мере необходимости. Правильная глубина анестезии может быть определена по замедлению частоты дыхания, которая должна снизиться до менее чем 70 ударов в минуту.
  6. Канюляют хвостовую вену с помощью заранее подготовленной линии, с помощью хирургической ленты удерживают иглу на месте во время процедуры.

2. Позиционирование и мониторинг животных

  1. Поместите мышь на ложе для МРТ, подавая 1-2% изофлуран в 1 л/минО2 для поддержания анестезии по мере необходимости. Поддерживайте частоту дыхания в пределах 20-70 уд/мин.
  2. Убедитесь, что центр катушки МРТ расположен над сердечком мыши.
  3. Контролируйте дыхание, поместив датчик дыхательной подушки немного ниже диафрагмы. Используйте ректальный термометр с предварительно смазанной крышкой для контроля температуры ядра. Убедитесь, что во время сканирования поддерживается постоянная температура на уровне 37±2 °C.
  4. Для мониторинга ЭКГ поместите три электрода на передние лапы и на левую заднюю лапу, убедившись, что ладонь пальца ноги полностью открыта. Выберите пару электродов, обеспечивающих наилучшее качество сигнала для получения ЭКГ. Скрутите кабели ЭКГ вместе, чтобы убедиться, что они не образуют резонансные цепи на резонансной частоте МРТ, которые могут сильно повредить сигнал ЭКГ при выполнении последовательностей импульсов.
  5. Убедитесь, что электроды надежно прикреплены к кровати с помощью скотча. Электроды и носовой конус будут удерживать животное на месте в течение всей процедуры.
  6. Накройте мышь одеялом с водяным подогревом, обернув монитор и спиральные провода для поддержания температуры тела.
  7. Совместите лазер кровати с положением сердца; используйте линию передних пальцев ног в качестве ориентира. Расположите его в изоцентре магнита с помощью автоматической станины.
  8. Выполните стандартные корректировки для системы МРТ.
  9. Настройте аппаратуру мониторинга для обнаружения R-зубца на ЭКГ. Отрегулируйте пороговые значения для каждой мыши и во время сеансов визуализации, чтобы обеспечить надежное срабатывание.

3. МРТ

  1. Получение пилотного изображения для планирования мультипланарных пилотных изображений.
  2. Идентифицировать сердце на изображении проще всего по артефактам его потока. Если на изображениях видно, что мышь плохо отцентрирована в катушке или изоцентре, втяните станину и повторите позиционирование.
  3. Получите быстрое градиентное эхо-изображение (GE) с пятью срезами в каждой ориентации и полем зрения (FOV) 3 см с включенным стробированием ЭКГ.
  4. Запустите необработанное 3D-сканирование с центром сердца для совместной регистрации ПЭТ (параметры сканирования см. в Таблице 1). Во время сканирования запланируйте последующие сканирования.
  5. Запланируйте четырехкамерное (4-канальное) сканирование (параметры сканирования см. в таблице 1). Он должен прорезать верхушку и трехстворчатый и митральный клапаны, показывая все 4 камеры.
  6. Запланируйте двухкамерный (2-канталийный) вид (параметры сканирования см. в таблице 1). Он должен прорезать верхушку и трехстворчатый клапан, показывая левое предсердие и желудочек.
  7. Перепроверьте геометрию двух видов по длинной оси. Если планирование среза не является оптимальным, повторите сканирование.
  8. Запланируйте стек срезов с короткой осью (параметры сканирования см. в таблице 1) перпендикулярно как 4-канальному, так и 2-канальному виду. Покройте все сердце, начиная с первого апикального среза без лужи крови до первого базального среза без RV. Срезы должны быть расположены на равном расстоянии друг от друга, без зазоров.

4. Позднее усиление гадолиния

  1. Увеличьте время запустения для стробирования, чтобы регистрировать каждый второй удар сердца (TR = 550-750 мс). Задержка должна быть применена таким образом, чтобы сбор данных был выполнен в конечной диастолической фазе ЭКГ.
  2. Выполните версию последовательности LGE с низким разрешением (параметры сканирования см. в Таблице 1) перед инъекцией, чтобы убедиться в правильности стробирования и отсутствии артефактов потока. Если артефакты кровотока присутствуют в диастолической фазе, небольшое увеличение задержки (т.е. визуализация на самой ранней стадии систолы) позволит избавиться от них.
  3. Выполняйте инъекцию раствора Гадовиста медленно и неуклонно в течение 15 сек.
  4. Начните визуализацию ЛГЭ (параметры сканирования см. в Таблице 1) после инъекции. Хороший контраст достигается при визуализации в течение первых 15 минут.

5. ПЭТ-визуализация

  1. Перенесите кровать для МРТ на ПЭТ-сканер, оставив приемник на месте, и прочно закрепите его на опоре для ПЭТ-кровати. Подключите анестезиологическое и мониторинговое оборудование.
  2. Расположите сердце в центре поля зрения ПЭТ, перемещая ложе только в осевом направлении.
  3. Получите однопроходное сканирование пропускания с германиевым источником.
  4. Извлеките 10-30 Мбк радиоактивно меченого ФДГ из контейнера с помощью шприца. Будьте осторожны с радиоактивными материалами. Измерьте активность с помощью счетчика скважин. Хороший объем инъекции для мышей колеблется в пределах 50-100 μл, если объем слишком мал, разбавьте раствор физиологическим раствором.
  5. Запустите сканирование излучения, настроенное на получение стробированного ПЭТ в режиме списка, в течение 45 мин. Одновременно медленно и неуклонно вводите индикатор в течение 15 сек. Промойте линию солевым раствором, достаточным для доставки всего радиоактивного индикатора.
  6. Для здоровья животных не следует превышать 300 мкл при трех инъекциях (т.е. Гадовист, ФДГ, промывка).
  7. Поместите шприц обратно в счетчик лунок, чтобы измерить остаточную активность.
  8. Соблюдайте местные правила обращения с радиоактивными материалами.

6. Сегментация МРТ

  1. Загрузите изображения Cine-MRI в сегмент v1.9 9.
  2. Запустите автоматические инструменты для сегментации. Начиная с точки внутри желудочка, они будут раздувать предполагаемые стенки желудочка до тех пор, пока не будет найдено наилучшее соответствие.
  3. Вручную разграничивают ЛЖ и ПЖ в конце систолы (ЭС) и конце диастолы (ЭД), определяемых соответственно как кадры с максимальным и минимальным глобальным объемом ЛЖ. Исключите сосочковые мышцы и трабекуляции на всем протяжении. Не регулируйте контрастность изображения, так как непостоянство контраста приводит к разной интерпретации эффектов частичного объема.
  4. Вручную определите эпикард в ЭС и ЭД для расчета массы ЛЖ, как показано на рисунке 6. Сердечная мышца несжимаема, поэтому масса ЛЖ должна быть постоянной при ЭС и ЭД. Если разница составляет более 5%, вероятна ошибка оператора, которую следует пересмотреть.
  5. У основания желудочков используйте прямую линию, чтобы отличить желудочки от предсердий, как показано на рисунке 6, определяя угол среза с помощью изображений по длинной оси.
  6. Перепроверьте сегментацию на видах с длинной осью.
  7. Очертите область шрама на изображениях LGE. Разделите объем рубца на массу ЛЖ, полученную при визуализации в кино, чтобы получить инфаркт в процентах от ЛЖ.

7. ПЭТ-анализ и корегистрация с МРТ

  1. Реконструируйте изображения ПЭТ с помощью алгоритма обратной проекции с 3D-фильтрацией и экспортируйте данные в формат Nifti (http://nifti.nimh.nih.gov/) с отображением стандартных значений поглощения.
  2. Преобразуйте все изображения ПЭТ с помощью фиксированной матрицы преобразования между ПЭТ и системой МРТ. Если матрица неизвестна, заполните геометрический фантом радиоактивным материалом и сделайте МРТ, затем переместите кровать в ПЭТ и выполните эмиссионное сканирование. Матрица, полученная для преобразования ПЭТ в МРТ-изображение, является стандартной матрицей для перехода от ПЭТ к системе МРТ.
  3. Регистрация среднего ПЭТ-изображения в 3D МРТ с помощью инструмента массовой корегистрации SPM-мыши10.
  4. Сложите срезы из Cine-MRI для получения 3D-реконструкции, интерполируйте для получения изотропного разрешения 0,3 мм. Зарегистрируйте конечный диастолический объем ПЭТ с конечным диастолическим объемом МРТ с помощью инструментов совместной регистрации SPM-Mouse. Используйте ту же матрицу для всех остальных фаз сердца.
  5. Чтобы оценить размер инфаркта ПЭТ, выберите 50% от максимальной интенсивности в сердце, чтобы различать инфарктные и неинфарктные воксели. Экспресс-инфарктные воксели в процентах от ЛЖ.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Одним из преимуществ использования МРТ является возможность применения лонгитюдного дизайна для определения стадии заболевания. Это особенно важно при оценке новых соединений, так как временной ход воздействия может быть неизвестен. Изменения объемов сердца вследствие прогрессирования заболевания у одного и того же животного показаны на Рисунке 4. На рисунке отчетливо видны эффекты ремоделирования после инфаркта миокарда.

Правильная геометрия срезов имеет решающее значение для...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

ПЭТ/МРТ является комплексным методом измерения для неинвазивной и продольной оценки систолической функции, жизнеспособности тканей и специфических метаболических маркеров на мышиных моделях инфаркта миокарда. Здесь мы описали протокол последовательного выполнения МРТ и ПЭТ, где корегистрация упрощается за счет переноса одной и той же кровати между системами. Эта стратегия, также принятая на вооружение производителями клинических систем11, не требует комбинированного ПЭТ/МРТ сканера и может быть выполнена с исп...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Раскрывать нечего.

Благодарности

Мы благодарны за финансирование от Британского фонда сердца для TK и Совета по медицинским исследованиям Великобритании для аспирантуры в Великобритании.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
GadovistBayer Schering PharmaPL 00010/0535
FDGIBA Molecular
Equipment
Bruker BioSpec 47/40Bruker
BrukerЭта кровать включает в себя трубки для анестезии, доставки и очистки.
Передатчик в клетке для птиц диаметром 12 смBrukerT5346
Приемник с поверхностной катушкой диаметром 2 смBrukerT7027
Red Dot Электроды для неонатального мониторинга3MP/N: 2330
Оборудование для мониторингаSA SystemsКомплект мониторинга включает в себя респираторную подушку и ректальный зонд для измерения температуры.
Оборудование для анестезииУслуги общей анестезии
Индукционный боксVet Tech Solutions Ltd
Кембриджский сканер ПЭТ/МРТ с разделенными магнитамиКембриджскийДля проведения ПЭТ / МРТ был использован специально изготовленный сканер ПЭТ/МРТ 22 его характеристики аналогичны программному обеспечению F120 для микроПЭТ сканер<а F120>sup23
SegmentМедвизо, Лундский университетВ свободном доступе
SPM-мышьКембриджскийВ свободном доступе
Кровать для мышей Bruker университет университет

Ссылки

  1. Borst, O., et al. Methods employed for induction and analysis of experimental myocardial infarction in mice. Cell. Physiol. Biochem. 28, 1-12 (2011).
  2. Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Bátkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and. 3, 1422-1434 (2008).
  3. Larsen, T. S., et al. The isolated working mouse heart: methodological considerations. Pflügers Arch. 437, 979-985 (1999).
  4. Epstein, F. H. MR in mouse models of cardiac disease. NMR Biomed. 20, 238-255 (2007).
  5. Schneider, J. E., Wiesmann, F., Lygate, C. A., Neubauer, S. How to perform an accurate assessment of cardiac function in mice using high-resolution magnetic resonance imaging. J. Cardiov. Magn. Reson. 8, 693-701 (2006).
  6. Buonincontri, G., Methner, C., Krieg, T., Carpenter, T. A., Sawiak, S. J. A fast protocol for infarct quantification in mice. J. Magn. Reson. Imaging. , (2013).
  7. Methner, C., Schmidt, K., Cohen, M. V., Downey, J. M., Krieg, T. Both A2a and A2b adenosine receptors at reperfusion are necessary to reduce infarct size in mouse hearts. Am. J. Physiol. 299, 1262-1264 (2010).
  8. Methner, C., et al. Protection through postconditioning or a mitochondria-targeted S-nitrosothiol is unaffected by cardiomyocyte-selective ablation of protein kinase. , in press (2013).
  9. Heiberg, E., et al. Design and validation of Segment--freely available software for cardiovascular image analysis. BMC Med. Imaging. 10, 1 (2010).
  10. Sawiak, S. J., Wood, N. I., Williams, G. B., Morton, A. J., Carpenter, T. A. Voxel-based morphometry in the R6/2 transgenic mouse reveals differences between genotypes not seen with manual 2D morphometry. Neurobiol. Dis. 33, 20-27 (2009).
  11. Zaidi, H., et al. Design and performance evaluation of a whole-body Ingenuity TF PET-MRI system. Phys. Med. Biol. 56, 3091-3106 (2011).
  12. Thomas, D., et al. T1-weighted cine FLASH is superior to IR imaging of post-infarction myocardial viability at 4.7T. J. Cardiov. Magn. Reson. 8, 345-352 (2006).
  13. Protti, A., Sirker, A., Shah, A. M., Botnar, R. Late gadolinium enhancement of acute myocardial infarction in mice at 7T: cine-FLASH versus inversion recovery. J. Magn. Reson. Imaging. 32, 878-886 (2010).
  14. Bohl, S., et al. Advanced methods for quantification of infarct size in mice using three-dimensional high-field late gadolinium enhancement MRI. Am. J. Physiol. 296, 1200-1208 (2009).
  15. Chapon, C., Herlihy, A. H., Bhakoo, K. K. Assessment of myocardial infarction in mice by late gadolinium enhancement MR imaging using an inversion recovery pulse sequence at 9.4T. J. Cardiov. Magn. Reson. 10, 6 (2008).
  16. Price, A. N., et al. Cardiovascular magnetic resonance imaging in experimental models. The open cardiov medicine journal. 4, 278-292 (2010).
  17. Hiba, B., Richard, N., Thibault, H., Janier, M. Cardiac and respiratory self-gated cine MRI in the mouse: comparison between radial and rectilinear techniques at 7T. Magn. Reson. Med. 58, 745-753 (2007).
  18. Buonincontri, G., et al. PET/MRI in the infarcted mouse heart with the Cambridge split magnet. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. , (2012).
  19. Büscher, K., et al. Isochronous assessment of cardiac metabolism and function in mice using hybrid PET/MRI. J. Nucl. Med. 51, 1277-1284 (2010).
  20. Berr, S. S., et al. Images in cardiovascular medicine. Serial multimodality assessment of myocardial infarction in mice using magnetic resonance imaging and micro-positron emission tomography provides complementary information on the progression of scar formation. Circulation. 115, 428-429 (2007).
  21. Lee, W. W., et al. PET/MRI of inflammation in myocardial infarction. J. Am. Coll. Cardiol. 59, 153-163 (2012).
  22. Lucas, A. J., et al. Development of a combined microPET-MR system. Technol. Cancer Res. Treat. 5, 337-341 (2006).
  23. Hawkes, R. C., Fryer, T. D., Siegel, S., Ansorge, R. E., Carpenter, T. A. Preliminary evaluation of a combined microPET-MR system. Technol. Cancer Res. Treat. 9, 53-60 (2010).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Больше статей

МРТ-визуализацияПЭТ-визуализацияотсроченное контрастирование гадолиниемФДГ-ПЭТсегментация изображениймультимодальная корегистрацияЭКГ-синхронизацияпланирование срезов
МРТ и ПЭТ в мыши модели инфаркта миокарда
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.