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

Методическая статья

Ультразвук на основе скорости пульсовой волны по оценке у мышей

13.9K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/54362

⸱

14 февраля 2017 г.

 ,  ,  , 
1Institute of Life Science, Scuola Superiore Sant'Anna, 2Institute of Clinical Physiology, National Research Council, 3Department of Clinical and Experimental Medicine, University of Pisa

В этой статье

Краткое содержание

Артериальная жесткость является ключевым фактором в сердечно-сосудистой системы скорости болезни и пульсовой волны (СПВ) можно рассматривать в качестве суррогатного показателя артериальной жесткости. Этот протокол описывает алгоритм обработки изображения для вычисления PWV у мышей, основанных на обработке изображений ультразвука, который применим в различных артериальных участках.

Аннотация

Артериальная жесткость может быть оценена путем вычисления скорости пульсовой волны (СПВ), то есть скорость , с которой пульсовая волна движется по трубе судна. Этот параметр чаще исследуется в небольших моделях на грызунах, в которых он используется для оценки изменений в сосудистой функции, относящиеся к конкретным генотипов / лечения или для характеристики прогрессирования сердечно-сосудистых заболеваний. Этот протокол описывает алгоритм обработки изображений, который приводит к неинвазивного измерения артериального СПВ у мышей с использованием только Ультразвуковое исследование (УЗИ) изображения. Предложенная методика была использована для оценки брюшной аорты СПВ у мышей и оценивать его возрастные изменения.

Брюшного отдела аорты США сканирования получают из мышей при газовой анестезии с использованием конкретного США устройство, имеющее высокочастотных американских зондов. В-режиме и пульсовой волны Доплера (PW-Doppler) изображения анализируются с целью получения диаметра и средней мгновенные значения скорости, соответственно, Для этой цели используются методы обнаружения края и отслеживания контура. Одиночная биений означают формы волны диаметр и скорость выровнены по времени, и в сочетании с тем, чтобы достичь диаметра скорости (Lnd-V), петля. значения СРПВ получаются из наклона линейной части петли, что соответствует ранней систолической фазы.

При современном подходе, анатомических и функциональной информации о мыши брюшной аортой может быть неинвазивным достигнута. Требование обработки изображений США только, он может представлять собой полезный инструмент для неинвазивного определения характеристик различных артериальных участков в мыши с точки зрения упругих свойств. Применение данного метода может быть легко распространен на другие сосудистые районах, таких как сонная артерия, обеспечивая тем самым возможность получить оценку жесткости артерий с несколькими абонентами.

Введение

Мышиные модели все чаще используются для исследования сердечно - сосудистых заболеваний (ССЗ) и особенно часто используется в продольных исследований , которые позволяют охарактеризовать различные фазы развития болезни 1. Упругие свойства крупных артерий связаны с различными патологическими состояниями; с технической точки зрения, артериальная жесткость может быть оценена путем измерения скорости пульсовой волны (СПВ), которая представляет собой скорость , с которой пульсовая волна движется по трубе резервуара 2. Из - за его клиническое значение, она все чаще измеряется даже в доклинических маленьких животных моделях 3.

Различные методы доступны для оценки СПВ у мышей. Инвазивные подходы основаны на использовании датчиков давления катетер-наконечник. СПВ оценивают путем обнаружения сигналов давления на двух различных артериальных участков и делением расстояния между двумя измерения SИТЭС временным сдвигом между сигналами 4. Основной недостаток связан с этими видами методов состоит в том, что они требуют жертву животных для оценки расстояния между двумя узлами измерений и, таким образом, не могут быть использованы в продольных исследованиях. Чтобы преодолеть это ограничение, неинвазивные подходы, основанные на различных методов визуализации, были разработаны. Предыдущие исследования сообщали оценки СПВ у мышей , полученных с применением метода времени пролета по данным магнитно - резонансной визуализации скорости кодированного 5 и импульсно-доплеровских сигналов 6. Тем не менее, значение СПВ, полученные с этими методами является региональной оценки жесткости артерий. На самом деле, она представляет собой среднее значение, что составляет для различных артерий с точки зрения размера и упругих свойств. Кроме того, эти виды оценок требуют оценки расстояния между двумя измерениями участков, который является источником ошибок, которые могут Influence конечный результат.

СПВ можно оценить с помощью диаметра скорости (LND-V) контура 7. Этот метод основан на одновременной оценки значений диаметра и скорости потока в выбранном сосуде. В соответствии с этим подходом, цикл Lnd-V получают значения диаметров натуральный логарифм планировавших против средние значения скорости и СПВ оценивается путем расчета наклона линейной части полученного контура, соответствующего ранней систолической фазы. Что касается практической реализации этого метода, предыдущие работы уже сообщали о результатах его применения в наборе системы контроля 7 в пробирке и ее использование для оценки обеих сонных и бедренных СПВ у человека 8.

Основной целью настоящего исследования является предоставление подробного описания алгоритма обработки изображений, который обеспечивает неинвазивный артериальное измерение СПВ у мышей с использованием Uтолько S изображения. Предложенный подход позволяет оценить локальной жесткости артерий путем обработки как B-режиме и импульсно-волновой допплерографии (PW-Доплера) изображений и могут быть применены на артериях, имеющих ключевое значение, таких как брюшной аорты.

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

Протокол

Эксперименты на животных были проведены в соответствии с Европейской директивой (за 2010/63 / UE) и итальянским законодательством (D.Lvo 26/2014), и она следовала принципам ухода за лабораторными животными. Местный этический Группа Утверждение одобрил исследование.

1. Процедура обработки изображений

  1. Поместите мышь в наркоз индукционной камере, заполненной 2,5% изофлуран в 1 л / мин чистого кислорода. Проверьте глубину анестезии невосприимчивости до ног крайнем случае.
  2. Место животное на контролируемой температурой плате в положении лежа на спине. Смочить глаза животного с глазной мазью, чтобы избежать их всухую. Поставка обезболивающий потока газа (1,5% изофлуран), помещая нос мыши в выделенном конусообразной. При необходимости отрегулировать процент изофлюрана от случая к случаю, в зависимости от животного при исследовании. Зафиксируйте температуру платы при 40 ° C.
  3. Смазать четыре конечности животного с проводящей пасты и ленты их на ЭКГ электродов, внедренных вдоска. Измерьте температуру тела с помощью ректального зонда смазанной вазелином. Убедитесь, что все физиологические измерения (ЭКГ и сигнал дыхания, а также температура) правильно получается и отображается.
  4. Удалить волосы химически из брюшной полости с депиляции кремом и покрыть его гелем акустической связи.
  5. Поместите (13-24 МГц) США зонд в механической руки.
  6. Закрепить зонд параллельно США к животному и регулировать его положение с целью получения продольных изображений брюшной аорты с интересующей области, расположенной в фокальной зоне.
  7. Сбор анатомической информации.
    1. Нажмите на эту кнопку , позволяя с высокой частотой кадров с ЭКГ-синхронизацией приобретение 9, выбрать приобретение частоту кадров , равную 700 кадров в секунду и начать сбор данных. Примечание: Таким образом, можно получить анатомические изображения сосуда, связанного с одного сердечного цикла.
  8. Сбор информации о скорости потока. </ Сильный>
    1. Используя ту же проекцию сканирования, нажмите на кнопку PW-Допплера, поместите объем образца в центре судна и получать изображения, обеспечивающие, чтобы петля кинокамеры не короче чем на 3 сек. Получить эти данные, сохранив коррекцию угла как можно меньше, регулируя его от случая к случаю на основе проекции США, полученного.
  9. Удалите животное с контролируемой температурой платы и ждать полного выздоровления.
    Примечание: В нашем опыте это занимает около 10 минут. Не оставляйте без присмотра и животных, пока он не пришел в сознание достаточное для поддержания грудины лежачее.

2. Постобработка

  1. Экспорт в В-режиме и PW-доплеровских изображений в виде DICOM файлов и сохранять их на персональном компьютере. Transform PW-доплеровский DICOM файлы .tiff изображений.
  2. B-режиме процесса изображения.
    1. Импорт соответствующий файл DICOM с помощью специального графического интерфейса пользователя (GUI).
    2. Для инициализации контуров, нарисуйте линию, близкую к дальней стенке сосуда (один клик для запуска его и сделайте двойной щелчок для прекращения его) и дважды щелкните рядом с ближней стеной. Прямая, параллельная, что рядом с дальней стене появится автоматически. Примените алгоритм на один кадр, нажав на кнопку "Анализировать".
    3. Проверьте результат. Если края были правильно идентифицированы (то есть., Эволюция инициализированными точек обнаружили как задней и передней стенки), применить алгоритм на всей киношной петли, нажав на кнопку "GO". Если края не правильно идентифицировать, очистить их, нажав на кнопку "Clear" Контур и инициализировать их снова повторяя пункт 2.2.2.
      Примечание: Алгоритм основан на обнаружении края и контурных методов отслеживания и было ранее описано подробно 10.
    4. Получить окончательный результат, нажав на кнопку "запись" и сохраните коррesponding .mat файл, который содержит значения мгновенного диаметра, относящиеся к одному сердечному циклу.
  3. Откройте графический интерфейс для реализации LND-V цикла.
  4. Нажмите на кнопку "Velocity" для того , чтобы начать процесс обработки изображений PW-Доплера , который приводит к одинарной удару средней кривой скорости.
    1. Определить PW-доплеровский след и найдите строку, соответствующую значению скорости, равной нулю, нажав на кнопку "WHITE LINE".
    2. Выполнить калибровку скорости и калибровки времени с помощью "Velocity" и кнопки "TIME" (в панели калибровки), соответственно. При нажатии на эти кнопки позволяет нарисовать линию, длина которой соответствует коэффициенту калибровки вставленной.
    3. Вручную выбрать ROI, содержащий физиологические сигналы с помощью кнопки "ROI физио".
    4. Вручную выбрать ROI, содержащий PW-доплеровский след, нажав на кнопку "ROI сигнала".
    5. Cliск на кнопку "Анализировать" и проверьте, если конверт идентифицируется. Если результат не является удовлетворительным, изменения порога (введя новое значение в "Velocity Threshold" редактируемом текстовом поле) и снова нажмите кнопку "Анализировать". Настройтесь порог от случая к случаю, в зависимости от качества изображения. Нажмите кнопку "проработки".
    6. Найдите R-пиков ЭКГ сигнала и разделить сигнал скорости огибающей, соответственно, нажав на кнопку "Обновить". Выберите биты, которые не испорчены шумом или находящиеся в фазе вдоха, нажав на кнопку "Выбирай биений". Таким образом, получить сигнал биений средней скорости волны.
  5. С помощью быстрого преобразования Фурье метод интерполировать выбранные биты в частотной области , и сделать их всех состоят из того же числа точек, как подробно описано в ссылке 11. Выполните эту операцию автоматически простым нажатием RETбыли выбраны урна клавиша на клавиатуре компьютера один раз биений. Если "MEAN Velocity" установлен флажок одиночный бит означает , сигнал скорости достигается путем деления максимальной скорости кривой на два, параболическую гипотез профиля скорости 12. Нажмите кнопку "OK".
  6. Нажмите на кнопку "ДИАМЕТР". Интерполируйте формы волны диаметра одного удара во временной области для получения сигнала диаметра одного удара с той же частотой дискретизации в качестве сигнала скорости одного ритма, нажав на кнопку "INTERPOLATE". Нажмите на кнопку "OK".
    Примечание: Для того чтобы иметь диаметр одного бита и средней кривые скорости с той же частотой дискретизации и то же количество точек данных, они интерполированы в частотной области.
  7. Выберите "второй производной" подход в качестве способа выравнивания (над графиком отображаются формы сигналов диаметра и скорости) и нажмите на кнопку "Обновить" переключатеп. Две кривые будут автоматически выровнены по времени с использованием второй производной метод 14.
  8. Построить конечный цикл LND-V путем построения графика натуральный логарифм значений диаметра одного налегли одностраничную бить средние значения скорости. Это происходит автоматически, когда два сигнала выровнены. Примечание: Точки, заключенной между 5% и 90% от максимального значения одноленточного такт средней кривой скорости автоматически расположены и линейная интерполяция по этим точкам применяется для оценки наклона линейной части петли.
  9. Вычислить СПВ в соответствии со следующим уравнением 7
    figure-protocol-1

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

Результаты

Предложенный подход был применен к мышам брюшной аорты в предыдущем исследовании 11. На следующих рисунках показаны результаты применения описанного подхода на реальных мышей изображений. Эти данные взяты из одного животного ( у мышей дикого типа, 13 недель, штамм: C57BL6, вес: 33 г) , в частности, на рисунке 1 представляет собой результат анализа американских изображений. методы обнаружения и слежения за края контура применяются к B-режиме изобра...

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

Обсуждение

В этом исследовании, алгоритм обработки изображения на основе цикла Lnd-V для оценки СПВ у мышей была описана подробно. Предложенный подход основан на обработке изображений США только и, таким образом, может представлять собой действительную альтернативу существующим методам 6, 13 для оценки артериальной жесткости в мышиных моделях. На самом деле, наоборот , к инвазивным методам 6 , которые основаны на приобретение внутриартериального сиг...

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

Раскрытие информации

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
VEVO2100FUJIFILM VisualSonics Inc, Торонто, Канадамикроультразвуковое оборудование
MS250 Ультразвуковой зондFUJIFILM VisualSonics Inc, Торонто, Канадамикроультразвуковой зонд
EKV программное обеспечениеFUJIFILM VisualSonics Inc, Торонто, Канадапрограммное обеспечение
Matlab R2015a MathWorks Inc, Натик, Массачусетс, СШАПрограммное обеспечение
Проводящая пастаВыбор оператораЛабораторный материал
ВазелинВыбор оператораЛабораторный материал
Крем для депиляцииВыбор оператораЛабораторный материал
Акустическая муфта Гель Выбрано операторомЛабораторный материал
Разработано программное обеспечениеАвторы готовы сотрудничать с теми исследователями, которые заинтересованы в программном обеспечении, и сделать программное обеспечение доступным под их руководством
Matlab

Ссылки

  1. Zaragoza, C., et al. Animal Models of Cardiovascular Diseases. J Biomed Biotechnol. 2011, 497-841 (2011).
  2. Laurent, S., et al. Expert consensus document on arterial stiffness: methodological issues and clinical applications. Eur Heart J. 27, 2588-2605 (2006).
  3. Wang, Y. X., et al. Increased aortic stiffness assessed by pulse wave velocity in apolipoprotein E-deficient mice. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 278, 428-434 (2000).
  4. Mitchell, G. F., Pfeffer, M. A., Finn, P. V., Pfeffer, J. M. Comparison of techniques for measuring pulse-wave velocity in the rat. J Appl Physiol. 82 (1), 203-210 (1997).
  5. Parczyk, M., Herold, V., Klug, G., Bauer, W. R., Rommel, E., Jakob, P. M. Regional in vivo transit time measurements of aortic pulse wave velocity in mice with high-field CMR at 17.6 Tesla. J Cardiovasc Magn Reson. 12, 72(2010).
  6. Hartley, C. J., Taffet, G. E., Michael, L. H., Pham, T. T., Entman, M. L. Noninvasive determination of pulse-wave velocity in mice. Am J Physiol. 273 (1), Pt 2 494-500 (1997).
  7. Feng, J., Khir, A. W. Determination of wave speed and wave separation in the arteries using diameter and velocity. J Biomech. 43 (3), 455-462 (2010).
  8. Borlotti, A., Khir, A. W., Rietzschel, E. R., De Buyzere, M. L., Vermeersch, S., Segers, P. Noninvasive determination of local pulse wave velocity and wave intensity: changes with age and gender in the carotid and femoral arteries of healthy human. J Appl Physiol. 113 (5), 727-735 (2012).
  9. Chérin, E., et al. Ultrahigh frame rate retrospective ultrasound microimaging and blood flow visualization in mice in vivo. Ultrasound Med Biol. 32 (5), 683-691 (2006).
  10. Gemignani, V., Faita, F., Ghiadoni, L., Poggianti, E., Demi, M. A system for real-time measurement of the brachial artery diameter in B-mode ultrasound images. IEEE Trans Med Imaging. 26 (3), 393-404 (2006).
  11. Di Lascio, N., Stea, F., Kusmic, C., Sicari, R., Faita, F. Non-invasive assessment of pulse wave velocity in mice by means of ultrasound images. Atherosclerosis. 237 (1), 31-37 (2014).
  12. Nichols, W. W., O'Rourke, M. F. McDonald's Blood Flow in Arteries: Theoretical, Experimental, and Clinical Principles. , Arnold. London. 215-358 (1998).
  13. Williams, R., et al. Noninvasive ultrasonic measurement of regional and local pulse wave velocity in mice. Ultrasound Med Biol. 33 (9), 1368-1375 (2007).
  14. Penny, D. J., et al. Aortic wave intensity of ventricular-vascular interaction during incremental dobutamine infusion in adult sheep. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 294, 481-489 (2008).
  15. Segers, P., et al. Wave reflection leads to over- and underestimation of local wave speed by the PU- and QA-loop methods: theoretical basis and solution to the problem. Physiol Meas. 35 (5), 847-861 (2014).

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

Перепечатки и разрешения

Теги

Ультразвук на основе скорости пульсовой волны по оценке у мышей
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.