Summary
מטרתו של מחקר זה היא לשחזר ולאחר מכן לגשת לאנטומיה של מערכת ורידי לב האנושית באמצעות 3D שחזורים שנוצרו מסריקות טומוגרפיה ממוחשבת ניגוד.
Abstract
הבנה מפורטת של המורכבות וגיוון יחסי בתוך מערכת ורידי לב האנושית היא חיונית לפיתוח של מכשירי לב הדורשים גישה לכלים האלה. לדוגמה, האנטומיה ורידי לב ידועה להיות אחת המגבלות העיקריות לאספקה התקינה של טיפול resynchronization לב (CRT) 1 לכן, הפיתוח של מסד נתונים של פרמטרים אנטומיים למערכות ורידי לב אנושיות יכול לסייע בעיצוב של משלוח CRT התקנים כדי להתגבר על מגבלה כזו. בפרויקט מחקר זה, הפרמטרים אנטומיים התקבלו מ3D שחזורים של מערכת הוורידים באמצעות ניגוד-טומוגרפיה ממוחשבת (CT) ודימות תוכנת מודלים (Materialise, לובן, בלגיה). את הפרמטרים הבאים הוערכו עבור כל וריד: אורך קשת, tortuousity, זווית הסתעפות, מרחק לostium הסינוס כלילית, וקוטר כלי.
CRT הוא טיפול פוטנציאלי לPatiמציג dyssynchrony עם אלקטרו. כ 10-20% מהחולים אי ספיקת לב עשויים להפיק תועלת מCRT 2. dyssynchrony אלקטרו מרמז חלקים זה של חוזה הפעלה ולשריר הלב מוקדם יותר או מאוחר יותר ממסלול ההולכה הרגיל של הלב. בCRT, מטופלים אזורי dyssynchronous של שריר הלב עם גירוי חשמלי. צעדה CRT כרוכה בדרך כלל מוביל צעדה כי לעורר העלייה הימנית (ע"ר), חדר ממני (RV), וחדר שמאלי (LV) כדי לייצר מקצבים יותר resynchronized. יתרון LV הוא מושתל בדרך כלל תוך וריד לב, במטרה לכיסוי אותו בתוך האתר של הפעלת שריר הלב האחרונה.
אנו מאמינים כי המודלים שהושגו ואת ניתוחיהם יהיו לקדם את חינוך אנטומי לחולים, סטודנטים, רופאים, ומעצבי מכשור רפואיים. יכולה גם להיות מנוצל במתודולוגיות המועסקות כאן כדי ללמוד תכונות אחרות אנטומיים של דגימות הלב האנושיות שלנו, כגוןהעורקים הכליליים. כדי לעודד את הערך החינוכי של מחקר זה עוד יותר, יש לנו את הדגמים משותפים ורידים באתר האינטרנט שלנו גישה החופשי: www.vhlab.umn.edu / אטלס.
Protocol
נוהל
טבלה 1 מסכמת את החומרים המשמשים בתהליך. איור 1 מספקת סקירה של התהליך.
1. דגימה וסריקה הכנה
- השג את לב האדם מבודד טרי, ולאחר מכן לתקן אותם בטפטוף 10% נאגר פורמלין במדינת קצה הדיאסטולי שלהם.
- יש לשטוף את לבם לסריקה במי היום לפני הסריקה כדי להסיר את רוב פורמלין.
- לפני יציאה לסורק, cannulate סינוס וריד כלילי (CS) בתוך כל לב עם צנתר בלון venogram. להשיג גישה למדעי המחשב או דרך הווריד הנבוב העליון או נחותים תחת הדמיה ישירה או השימוש בvideoscopes.
- פעם אחת במקום, לנפח את הבלון של קטטר venogram זה כדי לעגן את הצנתר במדעי המחשב.
- מניחים כל לב בתוך המכל פולימר רב סגר על גבי ספוג שתוכנן כך שהלב יכול לשבת בתנוחה אנטומית attitudinally הנכונה שלה.
2. טומוגרפיה ממוחשבת סריקה
- מקם לב ניתנו על מיטת סורק CT כאילו מטופל שוכב פרקדן והראש ראשון בסורק.
- חבר את הקצה הפרוקסימלי של קטטר venogram למזרק המכיל שני מזרקים להזרקת: אחד לניגוד ואחד למלוח.
- באופן אוטומטי להזריק 40 מ"ל של ניגוד למערכת הוורידים בלב 5 מ"ל / שנייה.
- בדיקת CT לב 8 שניות לאחר ההזרקה לעומת זאת היא יזמה. הגדר את בדיקת CT ל512 x 512 פיקסלים ברזולוציה עם 0.6 מ"מ עובי פרוס.
- באופן אוטומטי להזריק 40 מ"ל של תמיסת מלח לתוך מערכת ורידי לב ב5 מ"ל / שנייה לרוקן את הניגוד.
- לייצא את תמונות DICOM CT על גבי כונן קשיח חיצוני.
3. שיקום ומדידות
- להעלות תמונות DICOM CT לתוכנה מחקה.
- ליצור מסכה למתאר לעצמי CTES שמכיל פיקסלים עם יחידות Hounsfield גבוהות רק כדי להדגיש את ניגוד ההווה רק בלב.
- הסר את הניגוד שדלף לתוך התאים או מתפזרת לתוך הרקמה, כך שהמסכה מכילה את הניגוד בתוך ורידי לב הגדולים בלבד.
- באופן ידני למלא כיסי אוויר בתוך מסגרת וריד שניתן על ידי מסגרת.
- ליצור אובייקט 3D ממסיכה שנוצרה.
- להחליק ועוטף את האובייקט הזה כדי לחסל את הגיאומטריות מחוספס. וידאו 1 מציג את אחד המודלים 3D האלה מסתובבים בחלל.
- צור centerlines עבור כל מודל 3D שנוצר.
- שימוש centerlines אלה, למדוד את אורך הקשת, זווית הסתעפות, tortuousity (אורך קשת / מרחק לינארי), וקטרים עבור כל כלי מרכזי בכל לב. מינוח אנטומי מועסק מוצג באיור 2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
טבלה 2 מציגה את הפרמטרים אנטומיים החציוני לורידי הלב העיקריים ל42 דגימות לב אנושיות. כל דגימות הלב הכילו וריד אחד אחורי interventricular (PIV) ווריד interventricular קדמי (AIV). דגימות הכילו כמה וריד אחורי יותר מאחד (PVLV), וריד LV postero הצדדי (PLV), וריד רוחב שמאל (LLV), ו / או וריד Antero הצדדי (ALV), בעוד שייתכן שלא היה לב אחד או אחר שניים מורידים הספציפיים אלה להציג.
| חומרים המשמשים |
| זלוף-קבוע לבבות אדם |
| בלון צנתרי Venogram |
| מכולות רבות סגר פולימר |
| ספוג לב אנטומית נכון |
| CT סורק ותוכנה |
| לעומת ומלוח מזרק |
| ניגודיות (omnipaque) |
| תוכנה מחקה |
טבלת 1. סיכום של החומרים המשמשים במתודולוגיה שהוצגה.
איור 1. שיטות סיכום. () סינוס כלילי של לב מבודד זלוף-קבוע נתון cannulated עם צנתר בלון venogram ו( ב ') להציב בעמדת attitudinally הנכונה שלה. (ג) הדגימה נסרק תוך ניגוד מוזרק לתוך ורידי לב מערכת אחרי סומק מלוח. (ד ') את התמונות שנוצרו משמשות ליצירת שחזורים דיגיטליים של הוורידים, כך שמדידות שלאחר מכן ניתן לקחת.
וידאו 1. דוגמה של 3D לב ורידים מ 'אודל שנוצר מהניגוד-CT ממוחשבת. לחץ כאן לצפייה בוידאו.
איור 2. מינוח של כלי העיקריים של מערכת ורידי לב.
טבלת 2. סיכום של המדידות שהתקבלו עד כה במשך 42 דגימות לב אנושיות. לחץ כאן לצפייה בטבלה גדולה יותר.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
המעבדה שלנו היא לפתח את ספרייה של זלוף-קבועות דגימות לב למחקרים אנטומיים שונים. נכון להיום, יש לנו מעל 240 דגימות משומרות. את השיטות הספציפיות שמשמשים להכנת דגימות אלה כבר תאר בעבר 3. המחקר הנוכחי מתאר מתודולוגיה חדשנית למיפוי מערכת ורידי לב האנושי ולפיתוח של מסד נתונים אנטומיים, אשר יכול לשמש לעיצוב של מכשירי לב המועסקים בתוך כלי הדם.
מחקרים קודמים שהשתמשו בתהודה מגנטית (MR) 4 והדמיה CT 5-12 על חולים לחיות כדי להעריך את האנטומיה של מערכת ורידי לב. היתרון העיקרי של המחקר שלנו הוא שאין סכנה לחיות חולים בשל הזרקת ניגוד וחשיפה לקרינה 13-14. אנחנו גם מסוגלים לנתח מסד נתונים גדולים של דגימות, כל שהוכן באופן דומה. ניתן ייסרקו דגימות אלה אם additionaתמונות ליטר נדרשות. הפרמטרים אנטומיים המתקבלים משיטה זו בטבלה 2 היו בדרך כלל גדולים יותר מאלו שהוצגו במחקרי vivo. אנחנו מאמינים שזה בגלל השחזורים סטטיים שהוצגו כאן הם זלוף-נקבעו בצורה סופית הדיאסטולי שלהם וצריכים לייצג את תמונת מצב של העורקים כאשר הלב הוא בשלב זה של מחזור הלב (כלומר את הממדים המקסימאליים).
יצוין, כי יש מספר מגבלות של המחקר שהוצג כאן. בחלק מהדגימות לב האדם בוגרים שלנו, את החדרים שהתמוטטו במקצת במהלך תהליך ההדמיה, אשר עשוי להשפיע על חלק מהדגמים כתוצאה. כדי להתמודד עם מגבלה זו, אנחנו כרגע מסתכלים לתוך gelling תאי החדר כדי להבטיח את הלב שומר על הצורה (מורחב) הדיאסטולי הסוף. מגבלה נוספת של המחקר היא שהדור של דגם ומדידות נוספות שהתקבלו עשוי להיות תלוי במשתמש. אנו havהדואר ניסה למזער מגבלה זו על ידי בעל חוקר אחד לבדוק כל מודל שנוצר. משתמש תלות של הדגמים תיבחן יותר על ידי השוואה בין דגמים של אותו הלב שנוצר על ידי משתמשים שונים. לבסוף, הסכום של ניגוד שמתמוסס לתוך רקמת הדגימה במהלך סריקות CT סטטיים אלו משתנה מהלב אל לב. לכן, חלק מהווריאציות שאנו רואים באתר זה עשוי להיות שינויים בדיפוזיה רקמה שלא היינו באמת בוריאציות האנטומיה ורידים. למרות מגבלות אלה, המודלים 3D שנוצרו לספק מידע שימושי לגבי מערכת ורידי לב האנושית באוכלוסיות חולה שונות. אנו נמשיך להרחיב ולשתף את מסד הנתונים שלנו רומן של דגמים אלה והמדידות אנטומיים הקשורים בם שנקבל דגימות נוספות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
אין ניגודי האינטרסים הכריזו.
Acknowledgments
ברצוננו להודות Dionna גמבל, אליסון לארסון, וקטיה טורס לקבלת סיוע בדור מודל ומדידות, מוניקה Mahre לסיוע כתב יד, גארי וויליאמס לקבלת סיוע טכני, Jerrald ספנסר ג'וניור לקבלת סיוע עם הדמויות ואת שירותי ההדמיה בFairview אוניברסיטת מינסוטה.
מימון התקבל מהמכון להנדסה ברפואה (אוניברסיטת מינסוטה) ובחלק מחוזה מחקר עם מדטרוניק
References
- Burkhardt, J. D., Wilkoff, B. L. Interventional electrophysiology and cardiac resynchronization therapy: delivering electrical therapies for heart failure. Circ. 115, 2208-2220 (2007).
- Lu, F. Cardiac resynchronization therapy. Handbook of cardiac physiology and anatomy. Iaizzo, P. , 2nd ed, Springer Science. New York, N.Y. 475-497 (2009).
- Eggen, M. D., Swingen, C. M., Iaizzo, P. A. Ex vivo diffusion tensor MRI of human hearts: relative effects of specimen decomposition. Magn. Reson. Med. 67, 1703-1709 (2012).
- Manzke, R., Binner, L., Bornstedt, A., Merkle, N., Lutz, A., Gradinger, R., Rasche, V. Assessment of the coronary venous system in heart failure patients by blood pool agent enhanced whole-heart MRI. Eur. Radiol. 21, 799-806 (2010).
- Abbara, S., Cury, R. C., Nieman, K., Reddy, V., Moselewski, F., Schmidt, S., Ferencik, M., Hoffman, U., Brady, T. J., Achenbach, S. Noninvasive evaluation of cardiac veins with 16-MDCT angiography. AJR. Am. J. Roentgenol. 185, 1001-1006 (2005).
- Gerber, T. C., Sheedy, P. F., Bell, M. R., Hayes, D. L., Rumberger, J. A., Behrenbeck, T., Holmes, D. R., Schwartz, R. S. Evaluation of the coronary venous system using electron beam computed tomography. Int. J. Cardiovasc. Imaging. 17, 65-75 (2001).
- Jongbloed, M. R. M., Lamb, H. J., Bax, J. J., Schuijf, J. D., de Roos, A., vander Wall, E. E., Schalij, M. J. Noninvasive visualization of the cardiac venous system using multislice computed tomography. J. Am. Coll. Cardiol. 45, 749-753 (2005).
- Mao, S., Shinbane, J. S., Girky, M. J., Child, J., Carson, S., Oudiz, R. J., Budoff, M. J. Coronary venous imaging with electron beam computed tomographic angiography: three-dimensional mapping and relationship with coronary arteries. Am. Heart J. 150, 315-322 (2005).
- Muhlenbruch, G., Koos, R., Wildberger, J. E., Gunther, R. W., Mahnken, A. H. Imaging of the cardiac venous system: comparison of MDCT and conventional angiography. AJR. Am. J. Roentgenol. 185, 1252-1257 (2005).
- Schaffler, G. J., Groell, R., Peichel, K. H., Rienmuller, R. Imaging the coronary venous drainage system using electron-beam CT. Surg. Radiol. Anat. 22, 35-39 (2000).
- Tada, H., Kurosaki, K., Naito, S., Koyama, K., Itoi, K., Ito, S., Ueda, M., Shinbo, G., Hoshizaki, H., Nogami, A., Oshima, S., Taniguchi, K. Three-dimensional visualization of the coronary venous system using multidetector row computed tomography. Circ. J. 69, 165-170 (2005).
- Van de Veire, N. R., Schuijf, J. D., Sutter, J. D., Devos, D., Bleeker, G. B., de Roos, A., vander Wall, E. E., Schalij, M. J., Bax, J. J. Non-invasive visualization of the cardiac venous system in coronary artery disease patients using 64-slice computed tomography. J. Am. Coll. Cardiol. 48, 1832-1838 (2006).
- de Jong, P. A., Mayo, J. R., Golmohammadi, K., Nakano, Y., Lequin, M. H., Tiddens, H. A., Aldrich, J., Coxson, H. O., Sin, D. D. Estimation of cancer mortality associated with repetitive computed tomography scanning. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 173, 199-203 (2006).
- Martin, D. R., Semelka, R. C., Chapman, A., Peters, H., Finn, P. J., Kalb, B., Thomsen, H. Nephrogenic systemic fibrosis versus contrast-induced nephropathy: risks and benefits of contrast-enhanced MR and CT in renally impaired patients. J. Magn. Reson. Imaging. 30, 1350-1356 (2009).
