Summary
Haute fréquence Doppler est une nouvelle technologie permettant d'évaluer la fonction myocardique régionale. Ce travail présente la première preuve démontrant l'applicabilité de cette plate-forme d'imagerie polyvalent pour la mesure répétée de la déformation du myocarde, régurgitation dp / dt, et mitrale dans les lésions d'ischémie-reperfusion (IR) coeur murin.
Abstract
Ischémie-reperfusion (IR) a été réalisée chirurgicalement dans les coeurs murins qui ont été ensuite soumis à l'imagerie répétée pour suivre l'évolution temporelle des paramètres fonctionnels de signification clinique clé. Deux dimensions des films ont été acquises à cadence élevée (8 kHz) et ont été utilisées pour estimer la qualité souche du myocarde. Deux dimensions élastogrammes (images souche), ainsi que les profils de contrainte, ont été visualisées. Les résultats ont été puissants dans l'évaluation quantitative IR induite par des changements dans les événements cardiaques, y compris du ventricule gauche (VG) de contraction, la relaxation et les phases BT isovolumétrique de deux coeurs pré-et post-IR IR battre chez la souris intacte. En outre, les compromis mouvement de la paroi secteur sage et une malformation anatomique dans le myocarde infarci ont été visualisées. Le élastogrammes étaient les seuls capables de fournir des informations sur les paramètres suivants, en plus de la norme indices physiologiques qui sont connus pour être affectés par un infarctus du myocarde chez la souris: diamètre intérieur de l'orifice de la valve mitrale et l'aorte, efficace orifice régurgitant, la souche du myocarde (circonférentielle ainsi que radial), la turbulence dans le modèle du flux sanguin tel que révélé par les films Doppler couleur et les profils de vitesse, asynchronisme en BT secteur, et des changements dans la longueur et la direction des vecteurs de mouvement de la paroi montrant lente et asymétrique. Ce travail met l'accent sur la démonstration visuelle de la façon dont de telles analyses sont effectuées.
Protocol
Protocoles expérimentaux
Les différents protocoles suivants ont été utilisés pour établir la faisabilité de mesures visant à enquêter sur le cœur IR murin non invasive. Imagerie échocardiographique de base a été suivie par induction chirurgicale de l'ischémie-reperfusion (IR, protocole 1) qui a été suivie par échocardiographie à plusieurs points de temps lors de la récupération de l'IR.
Protocole 1. Antérieur gauche décroissant (DAL) l'artère IR: Procédure chirurgicale
Homme souris C57BL / 6 adulte (âgées de 8 semaines; 24,5 ± 1,5 g, moyenne ± écart type; Technologies Harlan, IN) ont été maintenus dans des conditions standard de laboratoire de logement avec accès à chow et ad libitum d'eau potable. Les souris ont été anesthésiées par injection intrapéritonéale d'un mélange de kétamine (100 mg / kg) et de xylazine (10mg/kg), posé sur une table chaleureuse chirurgicale, et intubé endotracheally. Une bonne avion anesthésie pour les rongeurs est déduit par une cessation des réflexes pincement de l'orteil et un ralentissement de la respiration. Les instruments ont été stérilisés par l'intermédiaire lave 70% d'éthanol et de l'autoclave. Les instruments qui ont laissé le champ stérile ont été insérés dans un stérilisateur à billes instrument chaud pendant 1 minute avant utilisation continue. Les souris ont été ventilés (Harvard Apparatus, Boston, MA) en utilisant de l'air-isoflurane mélange à un taux approprié et le volume de marée. Électrophysiologie cardiaque a été surveillée tout au long de la chirurgie en utilisant une configuration à trois dérivations, et des modifications ont été enregistrées à l'aide du logiciel PC Powerlab (Instruments AD).
Le cœur était accessible via une thoracotomie gauche. Le poumon gauche a été rétractée pour permettre l'accès au péricarde. L'oreillette gauche a été élevé pour exposer l'artère coronaire LAD, ce qui a été isolé à l'aide de suture Prolène 7-0 monté sur une aiguille conique. La suture a été resserrée sur un morceau de tube PE-10 à induire une ischémie réversible. LAD a été occluse pendant 60 minutes. Après 60 min, la suture a été libéré afin de permettre la reperfusion du myocarde blessés. Après reperfusion réussie, le thorax a été fermée avec des sutures interrompues 7-0 Prolène ainsi que l'incision de la peau avec des sutures 5-0 Prolène.
Tout au long de la chirurgie, la température corporelle a été maintenue à 36,7 ± 0,5 ° C en utilisant une table chauffée et surveillée avec chirurgicale d'une sonde rectale thermique. L'épisode ischémique provoque une coloration pâle de LV myocarde qui peut être visuellement apprécié. Thorax a été fermé, suturée, et le tube de la trachée a été déconnectée de la souris permet de respirer par lui-même. L'animal a ensuite été retourné à sa cage et placé sur un bloc de chauffage réglée à 37 ° C. Une fois que la reprise a été complète, l'animal a été renvoyé à l'unité vivarium rongeurs avant d'imagerie échocardiographique. Toutes les procédures ont été approuvées par les soins des animaux de laboratoire institutionnel et le Comité d'utilisation (ILACUC) de l'Université Ohio State.
Protocole n ° 2. M-mode d'imagerie de protocole pour la détermination de la fonction cardiaque et la détection des mouvement des parois anomalie
Pour évaluer les changements radiales et longitudinales de la fonction cardiaque et les anomalies de mouvement de la paroi, nous avons effectué de pré-imagerie infrarouge en utilisant la haute fréquence, haute résolution de scanner à ultrasons (Visual Sonics Inc, Toronto, Canada). Les paramètres standard échocardiographie en mode M tels que les dimensions murales, des volumes à un volume systole, diastole et la course, les fractions d'éjection (FE), la fraction de raccourcissement (FS), le débit cardiaque (CO), et des diamètres internes à la systole et diastole, ont été évalués à l'aide de construit en mode M protocole à chaque point dans le temps (pré-IR, jour 3 et jour 7).
Protocole n ° 3. VevoStrain chatoiement algorithme de suivi du protocole
B-mode des films ont été acquis et soumis à des processus en utilisant en construction VevoStrain algorithme pour effectuer des analyses de contrainte. Cela permet l'évaluation de la vitesse, de déplacement, une déformation et la vitesse de déformation par des boutons radio distinctes fournies dans l'interface donnant parcelles interactives et en mode M images avec les valeurs des données qui a été fait en cliquant sur les icônes souhaitées dans le panneau de contrôle.
Chatoiement d'évaluation de suivi des souches
2-D gris boucles ciné ont été acquises dans le LV axe court vue à une cadence de> 275 images / s. Pour chaque expérience, au moins trois cycles cardiaques consécutifs ont été enregistrées et stockées numériquement sur un disque dur pour l'analyse hors connexion sur un poste de travail. Nous avons utilisé un algorithme de suivi de chatoiement incorporés dans Vevo2100. L'analyse des contraintes a été réalisée par le même observateur qualifié. La région d'intérêt a été superposée à travers une section transversale du ventricule à l'image correspondant à la superficie minimale endocardique. L'algorithme du logiciel alors automatiquement divisé le LV axe court visualiser en six segments pour chatoiement de suivi tout au long du cycle cardiaque. La qualité de suivi a ensuite été inspecté visuellement, et, si elle a été satisfaisante pendant au moins cinq segments, le tracé a été acceptééd.
Protocole n ° 4. Doppler des flux protocole de mesure
Pour étudier la régurgitation valvulaire mitrale et de calculer le taux de variation de la pression artérielle systolique VG (dP / dt), le protocole de détection de flux Doppler a été utilisé. À cette fin, Doppler puissance profils sanguins vitesse d'écoulement ont été acquises en plaçant la sonde sur le jet de régurgitation valvulaire mitrale et jet aortique. L'imagerie de vitesse du flux sanguin a été suivie par mesure d'obtenir les valeurs des paramètres tels que la vitesse moyenne de pointe et, crête et moyenne des gradients de pression, le temps intégrante vitesse et de temps. Pour le calcul de la dP / dt, mitrale profil de vitesse de soupape de régurgitation a été utilisé pour mesurer la vitesse à la systole précoce (plus grande pente du profil de vitesse afin de minimiser la dépendance de charge) et le temps correspondant de la pente. Enfin, l'équation de Bernoulli s à condition que la conversion de vitesse-pression pour déterminer le taux d'augmentation de la pression systolique.
Acquisition de données échocardiographiques
Les souris ont été imagées dans un état conscient à une température ambiante de 37 ° C avec une diminution d'éclairage ambiant alors qu'il était détenu par un gestionnaire expérimenté dans une position de décubitus gauche couchée. Le cœur a été imagée dans le mode 2-D dans les points de vue parasternale long et à court-axes avec un réglage de profondeur de 1,0 cm et à une cadence de 270 ≥ images / s. Une image en mode M a été obtenue à une vitesse de balayage de 200 mm / s. Toutes les mesures ont été effectuées conformément aux directives fournies par l'American Society of Echocardiography.
Imaging a été réalisée chez des souris conscientes même que l'enregistrement en tandem de l'électrocardiogramme. Fin systole a été définie comme la superficie minimale LV. Segmentaire S et S circ courbes rad ont ensuite été construite en intégrant les signaux appropriés à partir des points de fin de diastole, puis la moyenne pour obtenir la moyenne des courbes de déformation segmentaire. Télésystolique souches ont ensuite été obtenus à partir de la courbe de déformation moyenne.
Les résultats représentatifs
Deux dimensions des films acquis à cadence élevée (8 kHz) ont été utilisées pour estimer la qualité souche du myocarde. Élastogrammes deux dimensions (images souche), ainsi que les profils de contrainte comme une fonction du temps aidé apprécier les conséquences fonctionnelles de la RI. L'approche ci-dessus conduit à la détection fiable des paramètres suivants:
Résultats IR standard (communément rapportés dans la littérature)
- ventriculaire gauche (VG) de contraction
- blessures altère la contraction et la relaxation dans le cœur entraînant une perte fonctionnelle
- changements dans la chambre LV espace et la masse (hypertrophie)
- La relaxation des phases BT isovolumétrique des deux pré-et post-IR IR de coeurs
- compromise mouvement de la paroi secteur sages
- turbulences dans le flux sanguin tendance révélée par les films Doppler couleur et les profils de vitesse
- Change de forme BT vers la sphéricité
- la fraction d'éjection compromise
- atténué la fraction de raccourcissement
Unique après-IR résultats
(Jamais rapporté dans un cadre murin IR mais connus pour avoir une signification clinique chez les humains)
- efficaces orifice régurgitant (ERO)
- une mesure fondamentale de l'incompétence valvulaire
- diminué souches du myocarde (circonférentielle ainsi que radiale)
- une mesure fondamentale de la force du myocarde et une malformation anatomique
- asynchronisme dans les secteurs de LV
- une mesure fondamentale de caractéristiques inhérentes périodiques de pompage du cœur
- mouvement des parois et de la symétrie
- changements dans l'ampleur et la direction des vecteurs démontrant l'ampleur, la direction et la symétrie au site affecté
- dimension de la valve mitrale et l'aorte
- changements dans des diamètres internes de l'orifice de la valve mitrale et l'aorte
- régurgitation mitrale
- refluent de sang de la BT à l'oreillette gauche en raison de la fermeture incomplète des feuillets mitraux
- secteur sages changements dans l'ampleur de la radiale (SRAD) et circonférentielle (scir) souche
- variations des taux de déformation le long avec la variation marquée dans leurs habitudes de changer par rapport à pré-données IR
- synchronicité des secteurs comme LV répartis selon l'American Society of Echocardiography
- Association de la synchronicité du ventricule mécanique avec la rigidité du myocarde et une diminution de la force du myocarde évaluée par Doppler tissulaire et de la souche d'imagerie
- changements dans l'ampleur et la direction de vecteurs représentés dans les films illustrant le mouvement compromise (lente et asymétrique) du site IR-affectés
- des diamètres internes de la valve mitrale Orifla glace et l'aorte
Fig. . 1i mesure des déformations du myocarde: fin de diastole pleine détente montré par la plus courte des vecteurs (M1)
Fig. . 1ii la mesure des déformations du myocarde: LV est traitance montré par la longueur et la direction des vecteurs, le site de la lésion (point vert) a limité la contraction (M2)
Fig. . 1iii la mesure des déformations du myocarde: fin de systole, la contraction complète montré par la plus courte des vecteurs (M3)
Fig. . 1iv la mesure des déformations du myocarde: l'axe long à la diastole (M4)
Fig. 1v myocarde déformation radiale (S rad) la mesure:. Les courbes de couleur codé représentent la souche au respectives points colorés dans les images de Fig1.i-IV (M5)
Fig. 1vi myocarde contrainte circonférentielle (S CIR) de mesure:. Les courbes de couleur codé représentent la souche au respectives points colorés dans les images de Fig1.i-IV (M6)
Figure 1. B-mode des films visualisant fin de diastole (ED) et en fin de systole (ES) et des changements dans la taille de chambre LV après-IR.
Mode B-images afin de déterminer ventricule gauche (VG) souche circonférentielle (S circ) et déformation radiale (S rad) en deux dimensions chatoiement échocardiographie de suivi.
VevoStrain chatoiement algorithme de suivi pour observer les vecteurs décrivant l'ampleur et la direction du mouvement du myocarde, axial et parasternale long axe vues montrant les vecteurs à l'endroit de la blessure de l'altération du myocarde.
Souches radiales et longitudinales sur une souris de base et un poste de la souris IR jour7. Le code couleur des profils de contrainte montrant les points de couleur différente codé dans des sites sur le myocarde de base (pré-IR) et traités (post-IR, Jour7) cœurs. LV-ventricule gauche, le ventricule droit RV-S rad-radiale souche, S cir-circonférentielles souche.
Figure 2. Infarctus synchronicité sectorielles.
Les analyses basées sur les données souche pré-et post-IR. LV divisé en six secteurs (1 = basale postérieure, 4 = basale antérieure, postérieure 2 = mi, 5 = antérieur de mi, 3 = l'apex postérieur, 6 = antérieure sommet) en fonction de l'American Society of Echocardiography. Validation de synchronie ventriculaire mécanique de voir son association avec la rigidité du myocarde évaluée par Doppler tissulaire et l'imagerie par souche.
Panneau de l'image à codage couleur montrant les secteurs 1-6 avec des valeurs pour le temps à pic sur les secteurs correspondants en millisecondes. Synchronicités radiales et longitudinales fournie pour le pré-et post-IR IR en termes de graphes. Les couleurs sur les graphiques correspondent aux couleurs des secteurs correspondants.
Fig. . 3i mesures anatomiques: diamètre de l'orifice mitral régurgitation dans le coeur de souris (lignes bleues avec des mesures répétées), le volume d'échantillon dans l'aorte (lignes jaunes) (M8)
Fig. 3ii. Profils de flux de régurgitation dans le cœur de souris, avant supérieure et inférieure au reflux de la valve mitrale (M9)
Fig. 3iii. Aortique sur des profils de vitesse d'écoulement dans le cœur de souris (M10)
Fig. 3iV. Orifice régurgitant à la valve mitrale, Ao = aorte, LA = oreillette gauche, VG = ventricule gauche, r = rayon (M11)
Figure 3. Fraction de régurgitation mitrale vanne V (RF).
Panneau de l'image échocardiographique pour la mesure de la fraction de régurgitation (RF). La mesure du diamètre aortique (AOD) et diamètre de l'orifice mitral valve (MVD) montrant le placement du volume d'échantillon dans le jet de régurgitation et l'aorte. Ces mesures fournissent des profils de vitesse de régurgitation aortique et le flux ascendant dans lequel les profils de vitesse au-dessus et ci-dessous indiquent base avant et en arrière le flux sanguin vers le LV et retour à l'oreillette gauche. RF (en%) en utilisant la formule de calcul, RF = MV CSA * VTI de jet MV à la diastole - Ao CSA * VTI de jet Ao à la systole) * 100 / MT CSA * VTIde MV.
Quantification de la fraction de régurgitation montrant la fraction de régurgitation dans l'après-IR indicateur de souris à la valve mitrale régurgité. Les changements dans l'orifice de soupape de régurgitation mitrale efficace (ERO) après-IR en raison de la sphéricité du VG. Représentant des images en couleurs illustrant le doppler du sang coulant de l'oreillette gauche du LV. Elargi orifice d'écoulement de sang indique un écoulement turbulent et augmenté la vitesse d'écoulement anormal. ORE indiquant incompétence valvulaire. La vitesse d'écoulement aliasé. L'onde pulsée est utilisée pour bénéficier de déterminer les transitions de laminaire à un écoulement turbulent. ORE calculé selon la formule ORE = Débit / Vmax = r2 2 π Va / Vmax, Va = vitesse aliasing, de rayon r = orifice, Vmax = vitesse maximale.
Fig. 4i. Mesure des paramètres fonctionnels en pré-IR de la souris. Ware doux calcule les paramètres en traçant, rouge = ligne verticale la diastole, systole ligne verticale verte (M12)
Fig. 4ii. Mesure des paramètres fonctionnels dans l'après-IR de la souris. Ware doux calcule les paramètres en traçant, rouge = ligne verticale la diastole, systole ligne verticale verte (M13)
Figure 4. Le taux de variation de la pression systolique ventriculaire gauche (dP / dt): pré-et post-IR.
Corrélation de la fraction d'éjection (FE) avec dP / dt. Panneau Image montrant une mode M à partir de laquelle les mesures de base fonctionnelle sont prises.
La discrimination de la contractilité cardiaque au cours du temps; graphiques à barres montrant la dP / dt de post-IR. Indiquant mesure d'un paramètre donne des informations cliniques à l'autre.
Figure 5. Film court montrant axe de mesure de contrainte pré-IR.
Film échocardiographiques obtenus à partir de la vue parasternale du coeur de visualiser la morphologie dans le cœur de souris pré-IR.
Figure 6. Film court montrant axe de post-IR de mesure de contrainte LV
Représentant film axiale d'un VL de souris remontent à l'endocarde démontrant les vecteurs de contrainte tissulaire avec cinq points spécifiques dans la mesure considérée.
Figure 7. Parasternale grand axe Doppler couleur de cinéma
Film Doppler couleur montrant le sang pompé à partir oreillette gauche à travers la valve mitrale dans le LV pendant la diastole et le sang est pompé à travers l'aorte lors de la phase systole du cœur avec la direction de la couleur bleue des flux de suite et de couleur rouge vers (BART) la sonde d'échographie.
Discussion
Les données de contrainte basée sur la mesure en utilisant l'algorithme de suivi est de speckle observateur relativement moins dépendants que le meilleur de l'analyse est effectuée par le logiciel. Cependant, l'observateur doit être prudent lors de traçage des frontières de l'épicarde et endocarde dans les films de série B-mode qui dépend davantage de l'expérience. D'ailleurs, M-mode d'analyse et de mesure des profils de vitesse est également observateur minimale à charge. Cependant, dans la mesure de la montée en pression et la mesure des temps, observateur nécessite une attention très prudent lors des mesures, car la pression dépend directement avec le carré de la vitesse de pointe telle qu'elle est exprimée par la formule de Bernoulli s dans laquelle même une petite quantité d'erreurs dans la mesure peut produire un effet sur le carré de l'erreur totale dans la mesure de la dP / dt. Par ailleurs, l'orifice régurgitant n'est pas nécessairement constante tout au long de la systole, et cela peut potentiellement affecter l'estimation de la gravité de régurgitation. Les doses plus élevées de l'anesthésie peut entraîner la réduction dramatique de la fraction de raccourcissement affecter les autres paramètres fonctionnels. Par conséquent, une utilisation standard de la sédation est important pour un meilleur résultat. La plupart des paramètres peuvent être mesurés à l'aide d'autres modalités, par exemple, le marquage IRM permet de mesurer les souches 2D et 3D. Cependant, l'échocardiographie est plus convivial.
Acknowledgments
NHLBI R01 HL073087 à CKS.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Vevo2100 | VisualSonics, inc. | SN2100-0032 | |
| Ventilation device | Harvard Apparatus | n/a | |
| PC Powerlab software |  ADInstruments |
n/a | |
| Isoflurane | Vedco, Inc. | 5260-04-12 | |
| Aquasonic gel 100 | Parker Laboratories Inc. | 01-02 |
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