Summary
고주파 도플러 초음파는 지역 심근 기능을 평가하기위한 새로운 기술입니다. 이 작품은 심근 스트레인, 국소 빈혈 - reperfused (IR) murine 마음에 DP / DT 및 승모판 병리 현상의 반복 측정이 다양한 이미징 플랫폼의 응용을 보여주는 첫번째 증거를 제공합니다.
Abstract
국소 빈혈 reperfusion - (IR)은 수술 후 주요 임상 중요성의 기능 매개 변수의 시간적 변화를 모니터링하는 반복 영상의 대상이되었다 murine 마음 수행되었다. 2 차원 동영상은 높은 프레임 속도 (8 kHz에서)에 인수되었다 고품질 심근 변형을 추정하기 위해 이용되었다. 2 차원 elastograms (스트레인 이미지)뿐만 아니라, 스트레인 프로파일, 시각되었습니다. 결과는 양적 왼쪽 심실 (LV) 수축, LV의 휴식과 그대로 생쥐 두 사전 IR 및 사후 IR 뛰는 마음 isovolumetric 단계를 포함하여 심장 행사에 IR - 유발 변화를 평가하는 강력한되었습니다. 또한, 손상된 섹터 현명한 벽 운동과 infarcted myocardium의 해부 학적 변형이 시각되었습니다. elastograms은 마우스에서 심근 경색에 의해 영향을받는 것으로 알려져 있습니다 일반 생리 지표 이외에 다음 매개 변수에 대한 정보를 제공하는 고유 수 있었다 : 승모판 구멍과 대동맥의 내부 직경, 효과적인 regurgitant 구멍, 심근 스트레인은 (원주뿐만 아니라 요골 등), 느린 및 비대칭 벽의 움직임을 보여주는 컬러 도플러 영화와 속도 프로파일, LV 부문에서 asynchrony하고, 벡터의 길이와 방향의 변화에 의해 공개로 혈액 흐름 패턴에서 난기류. 이 작품은 그러한 분석을 수행하는 방법의 시각적 데모를 강조합니다.
Protocol
실험 프로토콜
다음과 같은 다른 프로토콜은 아닌 invasively IR murine 마음을 조사하기위한 측정의 타당성을 확립하는 데 사용되었습니다. 베이스 라인 echocardiographic 이미징은 IR에서 복구하는 동안 여러 시간이 지점에 echocardiography 다음되었다 국소 빈혈 reperfusion의 수술 - 유도 (IR, 프로토콜 1) 다음했습니다.
프로토콜 1. 왼쪽 앞쪽에 내림차순 (내사) 동맥 IR : 수술
남성 C57BL / 6 마우스 성인 차우와 식수 광고 libitum에 액세스할 수있는 표준 실험실 주택 조건 유지했다 (8 주 된, 할렌 기술, IN, 24.5 ± 1.5g은 ± SD를 의미). 마우스 마취제 (100 MG / kg)과 따뜻한 수술 테이블에 누워 xylazine (10mg/kg)의 혼합물의 intraperitoneal 주사를 사용하여 anesthetized되었고, endotracheally intubated. 설치류에 대한 적절한 마취 비행기는 발가락 핀치 반사의 정지와 호흡의 저하에 의해 추론이다. 악기 70 % 에탄올 세척 및 autoclaving를 통해 소독했다. 멸균 필드를 왼쪽으로 모든 악기는 계속 사용하기 전에 1 분 핫 비드 악기 살균기에 삽입되었다. 생쥐는 적절한 속도와 갯벌 볼륨에서 공기 isoflurane 혼합물을 사용하여 (하버드 장치, 보스톤, MA) 환기가되었습니다. 심장 전기 생리학은 3 리드 ECG 설치 프로그램을 사용하여 수술을 통해 모니터링되었고, 변경 사항은 PC Powerlab 소프트웨어 (AD 악기)를 사용하여 기록되었다.
마음은 왼쪽 thoracotomy를 통해 접근했다. 왼쪽 폐를은 심낭에 대한 액세스를 허용하도록 철회했다. 왼쪽 외이는 테이퍼 바늘에 장착 7-0 Prolene의 봉합사를 사용하여 격리했던 관상 동맥 래드를 노출 고가했다. 봉합사는 가역 국소 빈혈을 유발하기 위해 PE - 10 튜브의 조각을 통해 강화되었다. 내사는 60 분 occluded했다. 60 분 후 봉합은 부상 myocardium의 reperfusion 수 있도록 릴리스되었습니다. 성공 reperfusion시 흉부가 중단 7-0 Prolene의 봉합뿐만 아니라 5-0 Prolene의 봉합과 함께 피부 절개로 폐쇄되었습니다.
수술 전반에 걸쳐, 체온은 36.7에서 유지되었다 ± 0.5 ° C 온수 수술 테이블을 사용하고 직장 열 프로브와 함께 감시. 허혈성 - 에피소드 시각 감상할 수 있습니다 LV myocardium의 엷은 착색을 초래합니다. 흉부는 봉합, 폐쇄되었고, tracheal 관은 그 스스로 호흡을하기 위해 마우스를 사용 끊어졌습니다. 동물은 다음의 케이지에 반환 37으로 설정 난방 블록 ° C.에 게재되었습니다 복구가 완료되었습니다되면, 동물은 echocardiographic 이미징하기 전에 쥐 동식물 사육장 단위로 반환했습니다. 모든 절차는 오하이오 주립 대학의 기관 실험실 동물 관리 및 사용위원회 (ILACUC)에 의해 승인되었습니다.
프로토콜 2. 심장 기능과 벽 운동 이상의 검출의 결정을위한 M - 모드 영상 프로토콜
심장 기능과 벽 모션 이상의 요골 및 길이 변화를 평가하기 위해, 우리는 고주파, 고해상도 초음파 스캐너 (영상 Sonics 주식 회사, 토론토, 캐나다)를 사용하여 사전 IR 이미징을 수행. 같은 벽 치수 표준 M - 모드 echocardiography 매개 변수는 수축기, 심장 확장과 뇌졸중 볼륨, 분출 분수 (EF), 부분 단축 (FS), 심장 출력 (CO), 그리고 수축기 및 심장 확장에서 내부 직경에서 볼륨을 사용하여 평가되었다 각 시점 (사전 IR, 일 3 일 7)에 지은 M - 모드 프로토콜.
프로토콜 3. VevoStrain 추적 알고리즘 프로토콜을 스페클
B - 모드 영화는 인수 및 변형 분석을 수행하는 알고리즘을 VevoStrain - 내장 사용하여 처리를 받게되었습니다. 이것은 허용 속도, 변위, 변형 및 컨트롤 패널에서 원하는 아이콘을 클릭하여 수행했던 데이터 값과 함께 대화형 플롯 및 M 모드 이미지를주는 인터페이스에서 제공되는 별도의 라디오 버튼을 통해 변형 속도의 평가.
레인스의 추적 평가 스페클
2 - D는 신 루프가> 275 프레임 / s의의 프레임 속도에서 LV 짧은 축보기에 인수되었다 그레이 스케일 워크 스테이션에서 오프라인 분석을 위해 각 실험, 적어도 세번이나 심장주기 기록되었으며 디지털 하드 디스크에 저장됩니다. 우리는 Vevo2100 통합 작은 반점 추적 알고리즘을 사용합니다. 스트레인 분석 같은 훈련 관찰자에 의해 수행되었다. 관심 지역은 최소한 endocardial 지역에 해당하는 이미지에서 뇌실의 단면에 걸쳐 중첩되었다. 소프트웨어 알고리즘은 자동으로 6 세그먼트로 LV 짧은 축보기를 나눈 것은 심장주기에 걸쳐 추적을 작은 반점을 찍다. 추적 품질 그때 시각 검사, 그리고 그것이 적어도 다섯 구간에 대해 만족했다면, 추적 받아 있었다에드.
프로토콜 4. 도플러 유량 측정 프로토콜
승모판 병리 현상을 연구하고 LV 수축기 혈압 (DP / DT)의 변화의 속도를 계산, 도플러 유량 검출 프로토콜이 사용되었습니다. 이러한 목적으로, 전원 도플러 혈류 속도 프로파일은 승모판 regurgitant 제트와 대동맥 제트에 프로브를 삽입하여 인수했다. 혈류 속도의 영상이 같은 산봉우리와 의미 속도, 최대로 매개 변수의 값을 구하여 압력 기울기, 속도 시간 적분, 그리고 시간을 의미 측정하여 다음되었다. DP / DT의 계산을 위해, 승모판 regurgitant 속도 프로파일은 초기 수축기 (속도 프로파일의 가파른 경사면은 하중 의존성을 최소화하기 위해)와 경사의 해당 시간에 속도를 측정하는 데 사용되었다. 마지막으로, 베르누이의 방정식은 수축기 혈압의 증가 속도를 결정하기 위해 속도 - 압력 변환을 제공했습니다.
Echocardiographic 데이터 수집
마우스가 37 실온에서 의식 상태로 몇 군데 있었다 ° C와 경향이 왼쪽 decubitus 위치에 경험이 핸들러에 의해 실시하는 동안 주위 조명을 감소. 마음은 1.0 cm의 깊이 설정으로 parasternal 장기 및 단기 축 전망과 ≥ 270 프레임 / s의의 프레임 속도에서 2 - D 모드에서 몇 군데되었습니다 M - 모드 이미지는 200mm / s의의 스위프 속도로 얻은 모든 측정은 Echocardiography의 미국 사회에서 제공하는 지침에 따라 수행되었다.
이미징은 심전도의 탠덤 등록과 함께 의식 생쥐에서 수행되었다. 최종 수축기는 최소 LV 지역으로 정의되었다. Segmental S 서크와 S 방사선 곡선은 다음 최종 diastolic 지점에서 시작하는 적절한 신호를 통합하여 구축 후 평균 segmental 스트레인 곡선을 얻기 위해 평균했다. 최종 수축기 종자는 다음의 평균 변형 곡선에서 얻은되었습니다.
대표 결과
높은 프레임 속도 (8 kHz에서)에서 얻은 2 차원 영화는 고품질 심근 변형을 추정하기 위해 이용되었다. 시간의 함수로 2 차원 elastograms (스트레인 이미지)뿐만 아니라 변형 프로파일 IR의 기능 결과를 주셔서 감사합니다 도움이되었습니다. 상기 방법은 다음과 같은 매개 변수의 신뢰성 감지 LED :
표준 IR의 결과 (일반적으로 문헌에보고)
- 왼쪽 심실 (LV) 수축
- 부상은 기능 상실의 결과로 심장의 수축과 이완을 impairs
- LV 챔버 지역과 질량의 변화 (비대)
- 마음을 치고 사전 IR 및 사후 IR 모두 isovolumetric 단계의 LV 완화
- 손상된 섹터 현명한 벽 운동
- 혈액 흐름 패턴에서 난기류로 색상 도플러 영화와 속도 프로파일에 의해 공개
- 구형 대한 LV 모양 변경
- 손상된 방출 분율
- 감쇠 분수 단축
고유 포스트 IR 결과
(전에 murine IR 설정에 보고된 아니지만 인간 임상 중요한 것으로 알려져 안)
- 효과적인 regurgitant 오리피스 (에로)
- 밸브 모양의 무능력의 기본 측정
- 감소 심근 변종 (원주뿐만 아니라 레이디얼)
- 심근 강도와 해부 학적 변형의 기본 측정
- LV 분야 asynchrony
- 심장의 고유 정기 펌핑 특성의 기본 측정
- 벽 운동과 대칭
- 벡터의 크기와 방향의 변화는 해당 사이트에서 크기, 방향과 대칭을 보여주는
- 승모판 및 대동맥의 치수
- 승모판 구멍과 대동맥의 내부 직경의 변화
- 승모판 병리
- LV에서 승모판 전단지의 불완전한 폐쇄로 인해 좌심방으로 혈액의 흐름이 다시
- 섹터 현명한 반경의 크기의 변화 (Srad)와 원주 (Scir) 변형
- 사전 IR 데이터를 상대적으로 자신의 변화 패턴에 표시된 편차와 함께 변형 속도의 변화
- LV 분야의 동시성은 Echocardiography의 미국 사회에 따라 나누어
- 조직 도플러 영상 및 변형에 의해 평가로 심실 기계 심근 강성과 동시성과 협회 심근 강도를 감소
- IR - 해당 사이트의 영화를 묘사한 손상된 운동 (느린와 비대칭)와 같이 벡터의 크기와 방향의 변화
- 승모판 orif의 내부 직경얼음과 대동맥
그림. . 1i 심근 스트레인 측정 : 가장 짧은 벡터 (M1)에 의해 표시되는 최종 심장 확장 완전한 휴식
그림. . 1ii 심근 스트레인 측정 : LV는 벡터의 길이와 방향으로 표시된 계약이며, 부상 사이트 (그린 포인트)는 수축을 제한했다 (M2)
그림. . 1iii 심근 스트레인 측정 : 가장 짧은 벡터 (M3)에 의해 표시되는 최종 수축기, 수축 전체
그림. . 1iv 심근 스트레인 측정 : 심장 확장에서 긴 축 (M4)
그림. 1v 심근 방사상 변형 (S 방사선) 측정 :. 색상 코드 곡선은 Fig1.i - IV의 이미지에서 각각의 색 지점에서 변형 (M5)를 나타내는
그림. 1vi 심근 원주 응력 (S CIR) 측정 :. 색상 코드 곡선은 Fig1.i - IV의 이미지에서 각각의 색 지점에서 변형 (M6)를 나타내는
그림 1. 최종 심장 확장 (ED) 및 최종 수축기 (ES)와 LV 챔버 크기 사후 IR의 변화를 시각화 B - 모드 영화.
2 차원에 의해 왼쪽 심실 (LV) 원주 응력 (S 서크)과 요골 응력 (S 방사선)을 결정하기 위해 B - 모드 영상 추적 echocardiography을 작은 반점을 찍다.
VevoStrain myocardium의 움직임의 크기와 방향, 장애인 myocardium의 부상 사이트에서 벡터를 시연 축 및 parasternal 긴 축 전망을 묘사 벡터를 관찰하는 추적 알고리즘을 작은 반점을 찍다.
기본 마우스와 마우스 게시물 IR day7에서 요골 및 세로 종자. 색상 기준 (사전 IR)의 myocardium 사이트에 다른 색상 코드 포인트를 보여주는 스트레인 프로파일을 코딩하고 (POST - IR, day7) 마음을 치료. LV - 좌심실, RV - 우심실, S 방사선 요골 변형, S CIR - 원주 응력.
그림 2. 심근 sectoral 동시성.
분석 변형 데이터 사전 및 사후 IR에 따라. LV는 Echocardiography의 미국 사회에 따라 여섯 분야 (1 = 후부 기초, 4 = 앞쪽에 기초, 2 = 후부 중간, 5 = 앞쪽에 중간, 3 = 후부 아펙스 6 = 앞쪽에 아펙스)로 나뉘어. 조직 도플러 및 스트레인 이미징에 의해 평가로 심근 강성와의 연결을 볼 수 심실 기계 synchrony의 검증.
밀리초 단위로 해당 분야에서 최고로 시간 값으로 1-6에서 섹터를 보여주는 컬러 코드 이미지 패널. 그래프의 관점에서 사전 IR 및 사후 - IR 제공 요골 및 세로 synchronicities. 그래프의 색상은 해당 분야의 색상과 일치합니다.
그림. . 3i 해부 학적 측정 : 쥐 심장의 승모판 병리 오리피스 직경 (반복 측정 파란색 라인), 대동맥의 샘플 볼륨 (노란색 라인) (M8)
그림. 마우스 심장, 상단 순방향 및 승모판 (M9)에서 낮은 역방향 흐름에 3ii. regurgitant 흐름 프로필
그림. 마우스 마음에 유속 프로필 아웃 3iii. 대동맥 (M10)
그림. 3iv. 승모판에서 regurgitant 구멍, 아오 = 대동맥, LA = 좌심방, LV = 좌심실, R = 반지름 (M11)
그림 3. 승모판 V의 regurgitant 분율 (RF).
regurgitant 분획의 측정 Echocardiographic 이미지 패널 (RF). 대동맥 직경 (AOD)와 regurgitant 제트과 대동맥의 샘플 볼륨의 위치를 보여주는 승모판 오리피스 직경 (MVD)의 측정. 이러한 측정 기준 위 아래 속도 프로파일은 순방향 및 역방향 혈액 LV로 흐름과 다시 좌심방로 표시하는 regurgitant 속도 프로파일과 오름차순 대동맥 흐름을 제공합니다. 수식을 사용하여 RF (%)을 계산, RF = MV CSA * 심장 확장에서 MV 제트의 VTI - 아오 CSA * 수축기에서 아오 제트의 VTI) * 100 / MV CSA * VTIMV니다.
regurgitated 승모판에 게시할 - IR 마우스 표시기에 regurgitant 분수를 보여주는 regurgitant 분수의 부량. LV의 구형에 의한 승모판 효과 regurgitant 오리피스의 변화 (에로) 포스트 IR. 대표 컬러 도플러 이미지 LV 왼쪽 중앙홀에서 흐르는 혈액을 묘사. 확대 혈액 흐름 오리피스는 난류 증가 비정상적인 흐름 속도를 나타냅니다. 에로는 밸브 모양의 무능력을 나타내는. 유속이 별칭. 펄스 파가 층류에서 난류로 전환을 결정 혜택으로 활용됩니다. 에로 계산은 수식을 사용하여, 에로 = 흐름 / Vmax = 2 π R2 마침 / Vmax, VA = 앨리어싱 속도, R = 오리피스 반경, Vmax = 최대 속도.
그림. 사전 IR 마우스의 기능을 매개 변수의 4i. 측정. 소프트웨어 추적, 빨간색 수직선에 의해 매개 변수를 계산 = 심장 확장, 녹색 수직선의 수축기 (M12)
그림. 포스트 IR 마우스의 기능을 매개 변수의 4ii. 측정. 소프트웨어 추적, 빨간색 수직선에 의해 매개 변수를 계산 = 심장 확장, 녹색 수직선의 수축기 (M13)
그림 4. 심실 수축기 압력 (DP / DT)의 변화의 속도 : 사전 및 사후 IR.
DP / DT와 함께 방출 분율의 상관 관계 (EF). 기본 기능 측정이 촬영되는에서 M 모드를 보여주는 이미지 패널.
시간이 지남에 심장 수축성의 차별, DP / DT 포스트 IR을 보여주는 막대 그래프. 한 매개 변수의 측정을 나타내는 것은 다른 임상 정보를 제공합니다.
그림 5. 사전 IR 스트레인 측정을 보여주 짧은 축 영화.
마우스 심장 미리 IR의 형태를 시각화하기 위해 심장의 parasternal보기에서 얻은 Echocardiographic 영화.
그림 6. 포스트 IR LV 스트레인 측정을 보여주 짧은 축 영화
마우스 LV 대표 축 영화로 간주 측정 다섯 특정 지점으로 조직 변형 벡터를 시연 endocardium을 추적.
그림 7. Parasternal 긴 축 컬러 도플러 영화
혈액을 보여주는 컬러 도플러 흐름 영화 심장 확장하는 동안 LV에 승모판을 통해 좌심방에서 펌핑하여 혈액쪽으로 흐름이 떨어져 파란색과 붉은 색 (BART)의 방향으로 마음의 수축기 단계 동안 대동맥을 통해서 펌프입니다 초음파 프로브.
Discussion
사용하여 측정을 기반으로 변형 데이터를 추적 알고리즘은 소프트웨어에 의해 수행되는 분석의 가장으로 의존 상대적으로 덜 옵서버는 작은 반점을 찍다. 그러나 관찰자는 경험에 더 의존 B - 모드 영화 epicardium 및 endocardium의 경계선을 추적하는 동안 주의해야합니다. 또한, 속도 프로파일 M 모드 분석 및 측정도에 의존 최소한의 관찰자이다. 압력이 베르누이의 수식하는 측정 오류에도 소량의 수에 의해 표현으로 정상 속도의 제곱과 직접 의존하기 때문에 그러나, 시대의 압력 상승 및 측정의 측정에서 관찰자가 측정하는 동안 매우 세심한주의가 필요합니다 DP / DT의 측정에서 전체 오류에 대한 제곱 효과를 생산하고 있습니다. 또한, regurgitant 구멍이 수축기에 걸쳐 반드시 지속되지 않으며 이것은 잠재적으로 심각 regurgitant의 평가에 영향을 줄 수 있습니다. 마취의 높은 복용 다른 기능 매개 변수에 영향을 미치는 부분 단축의 극적인 감소가 발생할 수 있습니다. 따라서, 진정 작용의 표준 사용하는 더 나은 결과를 위해 중요합니다. 대부분의 매개 변수 예를 들어, MRI 태그는 2D 및 3D 변종을 측정할 수있는 다른 modalities를 사용하여 측정할 수 있습니다. 그러나, echocardiography 더 사용자 친화적인 것입니다.
Acknowledgments
CKS에 NHLBI R01 HL073087.
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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