Магнитно-резонансная томография сердца

Высокопольная магнитно-резонансная томография малого калибра, или МРТ сердца, оценивает сердечно-сосудистую функцию без использования ионизирующего излучения или контрастных веществ.

Сопоставимые методы визуализации сердечно-сосудистой системы включают высокочастотный ультразвук, который излучает пучок акустических волн от датчика и записывает эхо, создаваемое при отражении волн, для создания изображений в реальном времени. Он обеспечивает изображения с высоким пространственным и временным разрешением; Тем не менее, артефакты визуализации могут наблюдаться из-за ограниченной глубины проникновения в плотную ткань.

Еще одним методом визуализации является микрокомпьютерная томография, которая использует серию рентгеновских проекций для создания 3D-сечений. Он имеет более низкое временное разрешение и ограниченный контраст мягких тканей, а также часто требует использования контрастных веществ для визуализации сосудистых структур. Известно, что при высоких дозах они вызывают радиационное повреждение и почечную недостаточность.

В качестве альтернативы МРТ использует сильные электромагниты для визуализации тканей в организме на основе их магнитных свойств. При МРТ сердца обычные последовательности МРТ стробируются от пиков R в сердечном цикле и плато выдоха в дыхании для оценки сердечно-сосудистой функции.

В этом видео показано, как собирать данные МРТ с помощью быстрой съемки под низким углом или последовательности МРТ со вспышкой. Этот метод обеспечивает высококачественное контрастирование мягких тканей для изучения моделей болезней мелких животных.

Магнитно-резонансная томография — это метод, который использует парамагнитные свойства ткани для визуализации контраста мягких тканей. Отверстие аппарата МРТ обычно оборачивается с помощью электромагнитной катушки, которая обеспечивает постоянное однородное магнитное поле, B-ноль, при подаче электрического тока.

При зеркальной визуализации с высоким полем можно использовать напряженность магнитного поля в 7 Тесла, примерно в 140 000 раз превышающую напряженность магнитного поля Земли и более чем в два раза превышающую обычную клиническую напряженность поля сканера 3 Тесла и 1,5 Тесла. Это однородное магнитное поле заставляет протоны водорода, присущие почти всем живым тканям, выравнивать свои оси вращения. Эти вращения затем могут быть наклонены с помощью радиочастот или радиочастотных волн под определенным углом относительно оси вращения, также известным как угол переворота.

Когда протоны затем пытаются расслабиться и вернуться в исходное положение, компонент их спина, перпендикулярный их главной оси, индуцирует обнаруживаемый электрический сигнал, в результате чего получается изображение. Кроме того, могут применяться магнитные градиенты, которые возмущают основное магнитное поле и позволяют пространственно изолированным радиочастотным возбуждениям локализовать принимаемый сигнал. Специфичным для методов, описанных в этом видео, является последовательность FLASH, в которой используются радиочастотные возбуждения с малым углом флипа, которые быстро повторяются для индуцирования стационарного паттерна в движении протонов. Время повторения намного короче, чем типичное время релаксации протонов.

Когда невозбужденный водород, например, в крови, попадает в кадр изображения, получается относительно высокий сигнал. Это позволяет быстро визуализировать сердечно-сосудистую систему и получать стабильные снимки в течение сердечного цикла. Запуская последовательность FLASH физиологическими сигналами, можно получить изображения сердечно-сосудистой системы, которые выделяют сердечные, сосудистые и дыхательные движения.

Рассмотрев основные принципы проведения МРТ сердца, давайте теперь пройдемся по пошаговой процедуре подготовки и визуализации животного.

Сначала определите мышь, которую нужно изобразить, затем перенесите мышь в камеру сброса. Затем обезболить животное с помощью изофлурана и подтвердить нокдаун с помощью техники щипка пальца ноги. Затем откройте поток изофлурана к носовому конусу в кабинете МРТ и закройте поток изофлурана до нокдаун-камеры. Это загрунтует более длинную трубку анестетиком.

Убедитесь, что весь персонал безопасен для проведения МРТ, затем перенесите мышь на сцену визуализации и закрепите носовой конус вокруг животного. Расположите мышь так, чтобы ее сердце было примерно на одной линии с центром радиочастотной катушки. Далее подтвердите нокдаун с помощью техники щипка на носок. Затем подкожно введите три электрокардиограммы. Поместите по одному отведению слева и справа от сердца и по одному у основания левой задней конечности.

Введите щуп ректального термометра с помощью стерильной оболочки зонда и смазки. Затем поместите датчик дыхания подушкой на эпигастральную область брюшной полости и закрепите его на месте с помощью картона, чтобы получить чувствительную к давлению сигнализацию.

Убедитесь, что все физиологические сигналы регистрируются с помощью программного обеспечения для мониторинга за пределами комнаты сканирования. Далее настройте нагревательный модуль и вентилятор, чтобы начать подогрев воздушного потока к мышке. Закрепите воздушную трубку на месте так, чтобы теплый воздух дул в сторону мыши, начиная сразу за кончиком ее хвоста. Наконец, поместите радиочастотную катушку на мышь и убедитесь, что все кабели и трубки надежно закреплены.

Давайте теперь рассмотрим пошаговый протокол проведения МРТ сердца у мыши, находящейся под наркозом.

Во-первых, настройте и согласуйте радиочастотную катушку за пределами отверстия магнита, чтобы обеспечить максимальное обнаружение сигнала. На это указывает узкая впадина на нулевой герцовой частоте для каждого компонента радиочастотной катушки. Затем медленно вставьте столик для визуализации в отверстие магнита. Убедитесь, что мышь расположена непосредственно в центре отверстия, а градиентная катушка имеет равное расстояние вдоль всех радиальных направлений. Такое положение обеспечивает однородное основное магнитное поле.

Затем запустите навигационное сканирование, чтобы найти мышь внутри сканера. Убедитесь, что какой-либо сегмент сердца визуализируется во всех трех плоскостях, а именно в осевой, сагиттальной и корональной. Затем задайте параметры последовательности FLASH и выберите внешний триггер, который будет включен. В программном обеспечении для мониторинга настройте внешние триггеры таким образом, чтобы последовательности МРТ выполнялись последовательно только на R-пиках сердечных циклов во время стабильного дыхания в фазе выдоха.

Затем запишите начальную последовательность FLASH, задав параметры и расположив прямоугольник плоскости изображения в виде короны. Затем нажмите, продолжайте запускать его так, чтобы плоскость среза следовала за осью от верхушки сердца через аортальный клапан. Эта первоначальная кинопетля обеспечит двухкамерное изображение сердца.

Затем, сверяясь с результатами двухкамерного изображения, запишите и запустите новую последовательность FLASH вдоль оси аортального клапана на вершине для визуализации четырехкамерного изображения.

Наконец, назначьте срез с короткой осью, который перпендикулярен оси верхушечного аортального клапана примерно на полпути через сердце. Папиллярные мышцы должны быть отчетливо видны в пределах выхода кинопетли в этом месте. После завершения визуализации перенесите полученные данные в подходящее место для анализа, затем втяните столик визуализации из отверстия магнита и удалите градиентную катушку и все зонды с животного, прежде чем перемещать животное со сканера.

Теперь, когда мы получили МРТ сердца на мыши, давайте рассмотрим результаты сканирования. На этом рисунке показана кинопетля с короткой осью обзора левого желудочка, прямо перпендикулярно оси основания сердца и в положении, которое включает сосочковые мышцы.

Здесь мы видим визуализацию сердца мыши в виде крови с 14 снимками по короткой оси сердечного цикла, включая конечную диастолу и пиковую систолу. Участки сигнала выпадения в просвете левого желудочка указывают на быстрое движение крови, которое изначально было смещено от плоскости и не помечено возбуждением радиочастотной волны.

На этом изображении показано четырехкамерное изображение сердца с ярким притоком крови через митральный и трикуспидальный клапаны, а затем наружу через аортальный и легочный клапаны соответственно.

Наконец, вот проекция максимальной интенсивности, которая показывает, как несколько срезов могут быть пространственно объединены для визуализации сердечно-сосудистой системы всей мыши. На рисунке показана трехмерная стопка синхронизированных по времени, ярких, двухмерных изображений крови, показывающих грудную и брюшную области мыши.

Давайте теперь рассмотрим некоторые другие применения этого метода МРТ. В качестве расширения описанной методики мы можем использовать эту технологию для сравнения кинематики здоровых и больных сердец. Мышиные модели сердечной дисфункции могут быть гораздо более контролируемыми, чем те, которые обнаружены в клинике. Это позволяет исследователям выявлять конкретные факторы, способствующие сердечным заболеваниям, а также изучать процесс ремоделирования после травмы.

Аналогичное исследование может быть выполнено с сосудистым очагом, например, при формировании аневризмы брюшной аорты. Кровь подает сигнал высокой интенсивности с помощью описанного здесь метода высокопольной МРТ малого калибра. Это увеличение контраста может быть использовано для оценки расширения аневризмы брюшной аорты и измерения изменений биомеханических свойств сосуда.

Вы только что посмотрели введение JoVE в сердечно-сосудистую магнитно-резонансную томографию.

Теперь вы должны знать, как выполнять визуализацию сердца и как получать данные кинопетли мышиного сердца с помощью стандартных последовательностей МРТ яркой крови, синхронизированных с сердечными и дыхательными сигналами. Наконец, вы также должны знать, как идентифицировать сердечные структуры на этих изображениях. Спасибо за просмотр!