Количественная оценка функции левого желудочка сердца мыши, деформации миокарда и гемодинамических сил с помощью сердечно-сосудистой магнитно-резонансной томографии

Этот протокол CMRI облегчает неинвазивную количественную оценку in vivo сердечных функциональных параметров мыши, включая фракцию выброса, соотношение E над A, глобальную продольную деформацию и гемодинамические силы. Все функциональные параметры сердца могут быть получены из одного исследования МРТ сердца, и для количественной оценки силы или гемодинамических сил не требуется никаких сложных меток или плотных сканирований. Данные свидетельствуют о том, что глобальная продольная деформация и гемодинамические силы ранних диагностических маркеров сердечной недостаточности.

Для начала поместите мышь в положение лежа на спине на подставке мыши. Зацепите резцы мыши в кусачке на подставке мыши и отрегулируйте носовой конус, чтобы он правильно подходил. Визуально проверьте, стабильно ли дыхание, ниже 100 вдохов в минуту.

Используйте вазелин, чтобы вставить ректальный датчик температуры и приклеить волоконно-оптический кабель температурного зонда к подставке мыши. Поместите дыхательный баллон на нижнюю часть живота мыши и закрепите его скотчем. Вставьте две иглы электрода ЭКГ подкожно в грудную клетку на высоте передних лап и аккуратно заклейте их, чтобы предотвратить движение.

Поместите радиочастотную или радиочастотную катушку на мышь и подключите кабели катушки. Затем поместите колыбель в магнитное отверстие. Наконец, проверьте, стабилен ли сигнал ЭКГ.

Отрегулируйте параметры ЭКГ и дыхательной решетки в программном обеспечении для мониторинга ЭКГ и респираторного сигнала таким образом, чтобы триггерные точки генерировались на R-пиках, поскольку сигнал становится зеленым только во время плоской части респираторного сигнала. Чтобы свести к минимуму ошибки ЭКГ, установите период гашения на 10-15 миллисекунд короче, чем интервал R-R, и продолжайте обновлять его в течение всего сеанса. Основываясь на начальном разведчике, выполните закрытое однокадровое градиентное эхо-скаутское сканирование с пятью срезами в трех ортогональных направлениях.

Для этого расположите стопки срезов на приблизительном месте сердца. Выполните закрытое одиночное сканирование для многосрезового сканирования с короткой осью. С этой целью используйте предыдущий градиентный эхо-разведчик, чтобы расположить четыре-пять срезов в среднем положении левого желудочка, перпендикулярно длинной оси сердца, чтобы найти первоначальную оценку видов короткой оси.

Затем в сагиттальном представлении проверьте, являются ли срезы перпендикулярными длинной оси. Для последующих сканирований отрегулируйте количество сердечных кадров или конечных кадров таким образом, чтобы произведение конечных кадров и времени повторения составляло от 60 до 70% интервала R-R. Выполните закрытое однослойное градиентное эхо-сканирование для создания длинноосевого 2-камерного разведчика.

С этой целью используйте короткую ось и начальное сканирование эхоскателя градиента, чтобы расположить срез перпендикулярно виду короткой оси, идущий параллельно точкам соединения между левым и правым желудочком. Переместите этот срез в середину левого желудочка и проверьте корональное изображение градиентного эхоразведчика, если срез выровнен с длинной осью левого желудочка таким образом, чтобы он был помещен через вершину. Или сформируйте еще одно закрытое однослойное градиентное эхо-сканирование для создания 4-камерного скаутского сканирования.

С этой целью расположите срез перпендикулярно 2-камерному сканированию разведчиков и выровняйте к центру длинной оси так, чтобы срез проходил через митральный клапан и вершину. При виде короткой оси отрегулируйте срез так, чтобы он располагался параллельно задней и передней стенке желудочка и между двумя сосочковыми мышцами. Проверьте, остается ли срез в центре желудочка на протяжении всего сердечного цикла.

Для измерения систолической функции выполните закрытое последовательное многосрезовое короткоосевое градиентное эхо-сканирование. С этой целью расположите срез среднего желудочка перпендикулярно длинной оси левого желудочка в 2-камерном и 4-камерном видах в центре сердца и увеличьте количество срезов, чтобы покрыть сердце от основания до вершины. Для следующих ретроспективно закрытых сканирований отключите все предполагаемые функции сердечного и дыхательного контроля.

Запишите частоту сердечных и дыхательных сокращений до и после каждого ретроспективно закрытого сканирования и используйте эти значения для целей реконструкции позже. Выполните три последовательных ретроспективно закрытых градиентных эхо-сканирования по короткой оси для количественной оценки соотношения E'A'ratio, а также 2-камерный и 4-камерный виды, необходимые для количественной оценки деформации миокарда и значений гемодинамической силы. Если ориентация 2-камерного и 4-камерного разведчика неоптимальна, адаптируйте ориентации перед выполнением 2-камерного и 4-камерного сканирования.

Наконец, выполните ретроспективно закрытое эхо-сканирование с градиентом одного среза в 3-камерном представлении. С этой целью расположите срез перпендикулярно средней желудочковой короткой оси и поверните срез на 45 градусов, чтобы пройти от передней стенки к сосочковой мышце, ближайшей к задней стенке. Осмотрите срез базальной короткой оси, чтобы увидеть, проходит ли срез через митральный и аортальный клапан.

Осмотрите 4-камерный вид с длинной осью, чтобы определить, проходит ли срез через вершину. Откройте ретроспективу программного обеспечения реконструкции и загрузите файл необработанных данных, соответствующий ретроспективно закрытому МРТ-сканированию. Осмотрите необработанный сигнал навигатора и обратите внимание, что более высокие пики сигнала представляют частоту дыхания, а более низкие пики сигнала представляют частоту сердечных сокращений.

Кроме того, проверьте, соответствует ли автоматически обнаруженная частота сердечных сокращений 10% наблюдаемых значений во время каждого сканирования. Если нет, отрегулируйте эти значения вручную, так как не удалось выполнить автоматическое обнаружение. Нажмите фильтр для выполнения навигаторного анализа, который отделяет сердечный навигатор от дыхательного навигатора.

Установите для числа кадров CINE значение 32 и нажмите кнопку сортировки k-пробела. Выберите соответствующие настройки для регуляризации сжатого зондирования и нажмите реконструкцию. После завершения реконструкции предварительный просмотр фильма CINE для оценки реконструкции.

Экспортируйте изображения DICOM для дальнейшего анализа с помощью Export DCM. Для объемной оценки левого желудочка выберите многослойные изображения короткоосевого сканирования и загрузите его в плагин для объемных измерений. Используйте контурные инструменты для сегментации эндомиокардиальных границ в концевой систолической и конечной диастолической рамках.

Для диастолических измерений выберите изображения средней желудочковой короткой оси CINE и загрузите их в плагин для объемных измерений. Используйте контурные инструменты для сегментации границы эндокарда для всех кадров. Сравните сегментацию соседних кадров, а также сгенерированные кривые объемного времени, чтобы обеспечить плавные переходы сегментации на протяжении всего сердечного цикла.

Обратите внимание на различные фазы заполнения E и A. Экспортируйте эндомиокардиальные объемы левого желудочка и соответствующие временные метки и загрузите значения в специально разработанный сценарий, предоставленный в дополнительном материале для расчета коэффициента E'A'ratio. Для расчета деформации и гемодинамической силы выберите 2-камерные, 3-камерные и 4-камерные изображения CINE с длинной осью и загрузите их в плагин для объемных измерений.

Инструменты контура используются для сегментации эндокардиальной границы для всех кадров во всех трех ориентациях. Сравните сегментацию соседних кадров для обеспечения плавных переходов сегментации на протяжении всего сердечного цикла. После того, как контуры нарисованы в плагине для объемных измерений, запустите плагин для анализа деформации и гемодинамической силы.

Назначьте каждый из полученных наборов данных соответствующим меткам для 2-камерного, 3-камерного и 4-камерного видов и выполните анализ деформации. Для анализа гемодинамической силы нарисуйте диаметр митрального клапана в конце диастолической раме во всех трех ориентациях и нарисуйте диаметр аорты на изображении 3-камерной длинной оси. Показаны репрезентативные реконструкции ретроспективно закрытых сканов с высокой частотой кадров с использованием специально созданного программного обеспечения для постобработки.

Из полученных изображений определяли кривые объемного времени во время сердечного цикла, а также соответствующие первые производные кривые для расчета параметров систолической и диастолической функций соответственно. Двухканальные, трех- и четырехканальные изображения CINE были проанализированы с использованием программного обеспечения для анализа изображений для определения глобальной продольной деформации эндокарда или изменений GLS в течение сердечного цикла и соответствующих значений GLS в качестве меры для деформации миокарда. Для каждого животного также можно создать гемодинамический силовой временной профиль, который следует последовательной схеме положительных и отрицательных пиков, которые представляют величину и направление гемодинамической силы во время сердечного цикла.

Обобщены описательные результаты по всем параметрам результата. Крайне важно, чтобы программное обеспечение для мониторинга ЭКГ и респираторных сигналов последовательно обнаруживало R-пики. В противном случае срабатывание является неоптимальным, что может увеличить время сканирования и снизить качество изображения.

Для оптимального качества сердечных сокращений на изображениях важно найти наилучший компромисс между общим временем визуализации, количеством сердечных кадров и степенью регуляризации во время реконструкции.