小鼠胎儿超声心动图

Summary

学习时，胎儿和围产期死亡的共同特点是影响心脏发育的基因的改变。高频超声成像已经提高了2-D分辨率，可以提供优秀的信息对早期心脏发育是一个理想的方法来检测心脏结构和功能的影响，在死亡前。

Abstract

转基因小鼠显示心脏的发育和功能的异常，正常心血管功能和人体心血管疾病的病理生理基础的分子机制的理解一个强大的工具。胎儿和围产期死亡是一个共同的特点，在研究基因的改变影响心脏发育^1-3。为了研究遗传或药物的变化，在发展的初期心功能的作用，早期识别异常和纵向后续的活胎儿的超声成像已经成为一个重要的工具。无创性的超声显像是一种理想的方法，用于检测和研究先天畸形和心功能的影响之前，死亡^4。它允许在客厅胎儿的异常和疾病的进展可以跟在子宫内的纵向研究^5,6的早期识别。直到最近，成像胎鼠心脏经常涉及侵入性的方法。胎儿必须进行磁共振显微镜和电子显微镜或透射镜手术交付的牺牲。高频探头与传统2-D和脉冲多普勒成像中的应用已被证明在胚胎发育过程中提供测量心脏收缩和心脏率与数据库的正常发育变化，现已^6-10。 M模式成像进一步提供重要的功能的数据，虽然，往往很难获得适当的成像平面。高频超声成像对胎儿已提高了2-D分辨率，心脏结构¹¹的早期发展，并能提供优秀的信息。

Protocol

1。准备成像的小鼠

1. 在此之前的影像学研究，麻醉诱导室大坝（2-3％异氟醚）。将动物的感应室，并立即将口鼻部连接的麻醉系统内的鼻锥。电推剪，删除皮草从中期胸部下肢（参见图1）。取出剩余的体毛，脱毛霜。脱毛霜也可用于无电推剪，应彻底洗掉后皮肤使用，以防止刺激。
2. 将麻醉小鼠在仰卧位嵌入式心电图上的一个加热垫，导致以保持身体的温度（ 图1）。应用电极凝胶的四只爪子和磁带的ECG电极。
3. 获得一个稳定的状态在整个过程中镇静水平（1.0％至1.5％的异氟醚混合100％O _2）。麻醉的水平可以调整，以米aintain目标心跳率每分钟450±50次（BPM）。应特别注意支付，以减少剂量的镇静异氟醚和持续时间不到一小时。
4. 通过加热垫，轻轻插入直肠探头（润滑）后，体温监测。重要的是要在一个狭窄的范围内（保持体温37.0°C±0.5°C）。控制麻醉和恒定的体温对母亲和胎儿的血流动力学稳定是至关重要的。

技术注意事项

收购胎儿超声心动图是具有挑战性的。从这些研究中获得的数据可以混淆由于水坝和胎儿的应激反应。理想的情况下，动物的温度应保持使用加热成像平台，循环变暖垫，加热灯，或自我调控加热毯。此外，建议常规使用温热声学凝胶。铝虽然主要的关切体温控制，以避免低温，热疗发展应该是平等的关注。不受监控的加热装置，如一个简单的加热垫或卤素照明接近的存在可以导致在快速和危险的体温升高。由于大量的体温波动在两个方向上的动物处于危险之中，应竭尽全力，以维持正常的体温。

获取的图像的超声医师需要避免将与换能器上的模腔的压力过大，因为单独的换能器的重量可能会导致在心脏功能改变。图像采集的持续时间也必须保持到最低限度（理想情况下小于1小时），以减少长时间镇静造成的生理和血流动力学变化。此外，长度的时间和暴露在异氟醚为每个研究必须保持到minimu的米由于潜在的致畸作用的异氟醚^12。

2。鉴定胚胎

1. 开始成像使用母亲的膀胱为地标，与胎儿标记为L1，2,3， 等 （左侧）和R 1，2,3， 等 （右侧）上的左，右的子宫角（参见图1C）。胎儿位置的表示法是有用的成像后的标本进行检索。
2. 标本位于太深腹部扫描，记录他们的存在，但是从数据分析中排除，因为分辨率低。在的能力扫描相邻胚胎的可能帮助跟踪胎儿（ 图2A）。
3. 修改扫描平面通过改变鼠标取向的相对于扫描面。画像中得到的2个正交的平面（ 图2）为每个胎儿。努力是获得近似横向的，正面的，或矢状面但Sometimes仅限于斜面的位置在腹部的子宫。旋转扫描头也将允许修改的方向移动大坝。

技术注意事项

虽然手持操作的探头是可行的，在成年小鼠的超声心动图在胎儿成像，手持式操作不建议。鉴定胎儿是复杂的变量的性质子宫位置，迂曲和运动的。为了尽量减少与胎儿定位困难，大坝的水平面以最小的运动超出固定换能器的使用（ 图1）是必不可少的。

3。结构和功能的评价

1. 扫描B型图像被用来确定心房，室间隔，心室腔室，和左，右的流出道（ 图2），如基本心脏结构。
2. M模式图像s的获得从短轴视图，并且被用于测量心室壁的厚度和腔室的尺寸（ 图3）。如果不能得到正确对准由于胎儿的谎言，从B超图像，测量可用于量化％短轴缩短率（FS）。用于缩短分数（FS）的计算左心室收缩末期尺寸（LVESD）和左室舒张末期内径（LVEDD）在整个心动周期之间的时间变化，如下所示：
   ％FS = [（LVEDD - LVESD）/ LVEDD]×100
3. 左，右心室，识别通过扫描从头部到尾部。左，右两侧应注明。可见流所产生的回声胎儿的血液有利于二尖瓣口多普勒取样容积内的准确位置。二尖瓣心尖四腔和左室长轴意见（ 图4，C）是从左心室流入速度。主动脉流出的测量可以被用于测量systo酒精射血时间（ 图4，D）。心脏速率可以计算从一个流周期的测量周期（ 图4中，C和D）以下流。应小心对齐血流量和多普勒波束多普勒角最小化。超出60度的角度拍摄的值是不准确的，应加以避免。
4. B型扫描图像来识别常见的先天性畸形，如室间隔缺损（ 图5）结构。可以使用，以确定流过室间隔多普勒取样容积内的心室。很容易被监控的其他参数包括胎儿大小，心脏率，流速，心包积液，胎儿水肿。尸检和组织病理学确诊特定的心脏缺陷，需要额外的评估。

技术注意事项

对左和右湛鉴定址是很难在胎儿心脏成像，由于在开发过程中的类似尺寸的心室腔。策略之一就是建立实时胎儿左，右方向移动成像平台在水平面上。吻，肢芽，和脊柱的鉴定将有助于确定让我们/右方向的胎儿。如果可能的话，跟踪拱或可视化的主要分歧肺动脉流出道，将允许识别的左心室流出道或右流出道分别。对于每一个胎儿的研究，重要的是要注意所决定的左，右方向上保存的图像。

成像后动物的监测和护理

大坝成像完成后，返回到适当的住房和监控按照标准机构程序协议。镇痛跟随此成像过程不是必需的。可以预见在五分钟之内完全恢复正常活动。

4。胎儿超声心动图的代表性成果

商业的发展允许高频探头（高于8 MHz），超声心动图的设备，有一个轴向分辨率大约为0.2毫米与0.3毫米的横向分辨率，当图像被放大并在深度为1厘米获得。大多数最近开发的换能器是线性的，具有的优点是避免了近场工件。高频率（30-50兆赫）机械探针已被最近开发为小鼠的胸部和心脏速率是足够的，允许在5-12毫米的深度为约50μm的轴向分辨率。最近，这些高频率的机械探针增加了彩色多普勒能力，使一个完整的评估心室和瓣膜功能和识别的S狩猎病变在胎儿心脏。此处所述的方法进行上VisualSonics的VEVO 770系统，并可以应用到几乎所有的等效系统。目前市售超高频超声系统可以工作在40赫兹，最大成像深度为7〜14毫米至60毫米的横向和50毫米至100毫米的轴向的决议（Vevo770，VisualSonics公司）。与此相比，60 Hz和20毫米的成像深度，具有50至100毫米的轴向和200至500毫米的横向分辨率的临床美国Acuson的红杉超声系统。

由于小尺寸的胎鼠心脏，胎儿超声心动图在小鼠的研究在技术上具有挑战性。与超声心动图在成年小鼠中，必须使用非常规的超声医师超声成像胎儿的体轴定义的飞机。迂曲子宫也影响的取向的胎儿和必须予以考虑。此外，固有的局限性在渗透深度ULTR一个高频率的超声波可以把它难以大量的胎儿图像所有标本在怀孕，。

超声成像策略可以高通量筛选先天性心血管疾病和心外缺陷^7。除了遗传改变的研究，这种技术可以用于屏幕在药理学和毒理学研究中的缺陷。此方法也可以用来作为一个指导工具介入的操作过程，如心室压力^13的注射剂或测量。

的胎儿超声检查的无创性是有利的，不仅是因为它允许在生理条件下心血管功能进行评估，但也因为这提供了关键的表型的实时信息。纵向检查胚胎的心，虽然技术上是可行的，有以下几个原因仍然充满挑战。串行检查胎儿和IDE一个明显的结构缺陷的情况下ntification在每场考试的胎儿是具有挑战性的。子宫和胎儿的运动可能完全改变方向的标本，从而使纵向跟踪和后续测量困难^14。

虽然超声心动图是一个强大的技术鉴定心脏异常，具体诊断的结构性心脏缺陷，需要进一步详细的尸检和组织病理学分型的^15。相关的基因型和特定的胎儿需要收获的胎儿后，最好立即回声研究，而大坝是由子宫切开术，麻醉，以尽量减少变化方向和胚胎的位置。

已报道的小鼠胚胎和用户的这种技术室尺寸和功能的正常值应检讨引用的参考文献，这些值^6-10。评定心脏瓣膜形态是有限的，但图像分辨率的环形尺寸测量和速度测量，通过大血管是可行的，即使早在ED 9.5。必须小心，以获得足够的血流量和换能器^10，16对准。

应该强调的是，心脏尺寸变化根据对小鼠品系，性别和年龄，并迅速改变在胚胎不同时间点和心脏率。重要的是要验证这些参数的组的小鼠进行匹配。胎儿成像，以及不同的小鼠品系。例如，怀孕的CD-1水坝例行C57/BL6应变，因此可能是更难于形象化所有标本相比，包含更多的胚胎。出于这些原因，使用年龄和应变匹配的对照组，每个实验而应使用的参考值。此外，测量的各个参数如左室舒张末期内径和后壁的厚度可能会有所不同在正常小鼠中，高达^25％8。

图1。概述设置使用VisualSonics的VEVO 770系统。（A）VisualSonics综合铁路系统与生理监测单位。（B）鼠标的位置，适当的克制加热板上。四肢录音到ECG电极（C）孕鼠的胚胎和布局的示意图。在每个子宫角的胚胎数目可以变化显着除了胎儿的取向。（D）的成像平台上用箭头指出的操纵的平面（X-轴和Y-轴）移动定位坝大坝成像。 Z-轴是指换能器的运动的向上和向下的（如面板B中的箭头表示）。 B，膀胱，L，左，R，RI的高度。

图2。代表B超图像，这个数字代表的胚胎14.5天的胎儿的B超图像。（A）的两个相邻的胎儿的可视化。方框表示胎儿心脏的位置。（B）在胎儿解剖标志来引导方向。一个四腔视图（C），短轴（D）左，右心室，右心室流出道及肺动脉（PA）（E），和左心室流出机智的心脏在胚胎14.5天（LVOT）和主动脉（F）。

图3。这个数字包含代表评估，评估心室功能。图像的二维超声心动图的胚胎14.5天的心脏长轴视图（A），和一个四腔的图（B）（C）的 M模式线表示左，右心室的内部直径在舒张的跟踪（R / LVIDd比值）和收缩（R / LVIDs）从四腔图像平面。室间隔（IVS）是可视化。

图4。代表多普勒评估，这个数字代表图像的二维超声心动图14.5天的胚胎心脏的心尖四腔心切面（A）。左心房和左心室腔进行了概述。（C）（B）代表位置的脉冲多普勒记录二尖瓣流入量为样本。二尖瓣血流多普勒的模式舒张早期velocit的Y（表示“E”）和心房收缩（“A”表示），可以测量速度。（D）代表动脉多普勒波形。主动脉多普勒射流可用于测量喷射时间（ET）。心脏心率（HR），可以计算出一个流动周期下面的流程周期的测量。 点击此处查看大图 。

图5。代表检测室间隔缺损，这个数字代表的B超图像的胚胎14.5天心在心尖四腔心切面（A），（B）的左，右心室腔概述。请注意存在的室间隔。（C）的横截面成像心脏与苏木精和曙红染色。（D）B-模式的胚胎14.5天心脏的心室的萼片缺损（VSD）按箭头所示的图像。（E）左，右心室腔概述叠加放置的脉冲波的多普勒取样容积流过的记录室间隔。（F）的横截面成像的心苏木精和曙红染色后，标本的检索。（G）叠加的流量记录的脉冲波的多普勒取样容积放置在整个室间隔。（H）代表多普勒跟踪（G）展示流向由左到右心室。 点击此处查看大图 。

Discussion

进行串行测量和检测突变的胎儿心脏缺陷的能力，突出的实用性超声心动图研究正常和不正常的心血管疾病的发展。 体内的心脏结构和功能的分析已成为胎儿的正常发育遗传和非遗传修饰的描述中不可或缺的一部分。 2D制导多普勒的可用性使得它可以监测心脏率和血流模式的同时，获得实时图像。发展可能存在心脏畸形，如室间隔缺损和检测。尽管当前的成像平台的高分辨率能力，收购高峰期的流出速度仍然是困难的，因为缺乏彩色多普勒血流成像在大多数系统中，使其难以对齐多普勒取样容积的高解析度2D图像。此外，可能会妨碍胎儿在子宫角的位置所有的测量或生成不理想的成像。的主要限制的超声成像扫描深度，限制了能力，可视化所有的胚胎从一个单一的大坝。相同的胚胎在母亲的腹部转移的位置，这样复杂的纵向跟踪相同的胎儿。尽管有这些限制，这种非侵入性的技术可能是非常宝贵监控生理状况胚胎内的枯枝落叶，可以预期这些胚胎心脏缺陷进行检测和监控。

新兴技术

的VisualSonics VEVO 2100系统，的最新超声系统，分阶段配备彩色血流成像的线性阵列换能器，从而能够提供即使在彩色多普勒功能胚胎E10.5-11.5。该系统还具有斑点追踪选项，可提供详细的局部心肌功能的开发胎儿心肌^17。斑点追踪成像的基础上组织变形和心肌收缩力和局部心肌功能提供了另一种措施。散斑跟踪的基本原则是，超声波的反射，创建一个不规则的散斑图案是唯一的每个心肌段。然后，这些段可以被跟踪整个心动周期和被用于计算沿径向，纵向和圆周平面的心脏的组织变位，区域速度，应变，应变速率。除了 ​​超声，光学相干断层扫描（OCT），微CT和MRI微，新兴的方式，如正在应用到胎儿影像，可能会提供先进的高清晰度成像免费高分辨率超声心动图^17。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Vevo 770 Imaging System (Toronto, Canada)	VisualSonics
MHz transducer		RMV707B15-45
Isoflurane Vaporizer	Tec 3
Isoflurane			2-chloro-2-(difluoromethoxy)-1,1,1-trifluoro-ethane