Summary
Целью данного исследования является воссоздание и затем получить доступ к анатомии человеческой сердечной венозной системы с использованием 3D реконструкций, полученные от контрастного сканирования компьютерной томографии.
Abstract
Подробное понимание сложности и относительной изменчивости в человеческой сердечной венозной системы имеет решающее значение для развития сердечных устройств, которым требуется доступ к этим судам. Например, сердечной анатомии венозной, как известно, одним из основных ограничений для надлежащей доставки сердечной ресинхронизации (ЭЛТ) 1 Таким образом, создание базы данных анатомических параметров сердца человека венозной системы может помочь в разработке доставки ЭЛТ Устройства для преодоления таких ограничений. В этом исследовательском проекте, анатомические параметры были получены из 3D реконструкции венозной системы с помощью контрастной компьютерной томографии (КТ) визуализации и моделирования программного обеспечения (Materialise, Левен, Бельгия). Следующие параметры были оценены для каждой жилы: длина дуги, tortuousity, угол ветвления, расстояние до устья коронарного синуса и диаметр сосуда.
ЭЛТ потенциал для лечения патиEnts с электромеханическим десинхронизации. Примерно 10-20% пациентов с сердечной недостаточностью могут получить выгоду от ЭЛТ 2. Электромеханические диссинхронии подразумевает, что части миокарда и активировать контракт раньше или позже, чем нормальный путь проводимости сердца. В ЭЛТ, dyssynchronous участки миокарда обрабатываются электрическим стимулированием. CRT стимуляция обычно включает в себя ходить клиентов, которые стимулируют правого предсердия (RA), правого желудочка (ПЖ) и левого желудочка (ЛЖ), чтобы произвести больше синхронизировать ритмы. Ведущий LV обычно имплантированы в вену сердца, с целью наложить его в месте последней инфаркт активации.
Мы считаем, что модели, полученные и результатам их анализа будет способствовать анатомические образования для пациентов, студентов, врачей, а также медицинских дизайнеров устройства. Методик, применяемых здесь также может быть использована для изучения других анатомических особенностей нашего человеческого сердца образцов, таких каккоронарных артерий. Чтобы еще более способствовать образовательная ценность этого исследования, мы поделились венозной моделей на наш бесплатный доступ к сайтам: www.vhlab.umn.edu / Atlas .
Protocol
Процедура
В таблице 1 приведены материалы, используемые в ходе процесса. На рисунке 1 представлен обзор процесса.
1. Сканирование образца и подготовка
- Получите изолированных человеческих сердцах свежие и впоследствии перфузии исправить их в 10% буферном растворе формалина в их конечного диастолического государства.
- Промыть сердца, чтобы быть отсканированы в воде день до начала сканирования, чтобы удалить большинство формалином.
- Прежде чем отправиться на сканер, иглу коронарного синуса (КС) вен внутри каждого сердца с баллонным катетером флебограмма. Получите доступ к CS либо через начальника или нижней полой вены под прямой визуализации или использование видеоскопов.
- Как только на месте, раздуть баллон этого флебограмма катетер для закрепления катетера в CS.
- Поместите каждое сердце в герметичный контейнер для полимеров на вершине губкой, которая была разработана таким образом, чтобыСердце может сидеть в своем attitudinally правильное анатомическое положение.
2. Компьютерная томография
- Положение какой-нибудь сердца на кровати компьютерный томограф, как если бы пациент был, лежащим на спине и головой на сканере.
- Соединение проксимального конца катетера флебограмма инжектор, который содержит два шприцы: один для контраста и один для физиологического раствора.
- Автоматически вводить 40 мл контрастного вещества сердечной венозной системы со скоростью 5 мл / сек.
- КТ сердца 8 сек после введения контрастного инициируется. Установите КТ до 512 х 512 пикселей с толщиной среза 0,6 мм.
- Автоматически вводить 40 мл физиологического раствора в сердечной венозной системы со скоростью 5 мл / сек, чтобы избавиться от контраста.
- Экспорт КТ DICOM изображения на внешний жесткий диск.
3. Реконструкции и Измерения
- Добавить CT DICOM изображений в программное обеспечение мимики.
- Создайте маску для CT мнимойES, который содержит только пикселей с высокой единиц Хаунсфилд подсвечивать только контраст присутствует в сердце.
- Удалить контраст, что произошла утечка в камеры или диффундирует в ткань так, что маска содержит только контраст в основных сердечно-сосудистых вен.
- Вручную заполнить поле воздушных карманов в пределах данной вены кадр за кадром.
- Создание 3D-объектов из полученной маски.
- Гладкая и обернуть этот объект для устранения грубых геометрией. Видео 1 представлен один из этих 3D-моделей вращается в пространстве.
- Создание осевых линий для каждой созданной 3D-модели.
- Используя эти осевые линии, измерение длины дуги, угол ветвления, tortuousity (длина дуги / линейное расстояние), а диаметры для каждой основной сосуд в каждое сердце. Наши использованы анатомические номенклатуры отображается на рисунке 2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В таблице 2 представлена средняя анатомических параметров для основных вен сердца в течение 42 человека образцы сердце. Всем сердцем образцы содержали один вены задних межжелудочковой (PIV) и передней межжелудочковой вены (ВГП). Некоторые образцы содержали более одной задней вену LV (PVLV), задне-боковой вены (PLV), левую боковую вену (LLV) и / или передне-латеральную вену (ALV), тогда как другие сердца не имели один или два из этих конкретных вены представляют.
| Используемые материалы |
| Перфузии фиксированные человеческие сердца |
| Катетер флебограмма шар |
| Полимер герметичный контейнер |
| Анатомически правильная губка сердце |
| КТ сканер и программное обеспечение |
| Контраст и соленых Инжектор |
| Контрастность (Омнипак) |
| Мимики Software |
Таблица 1. Краткое изложение материалов, используемых в представленной методологии.
Рисунок 1. Методы резюме. (A) коронарного синуса данной изолированной перфузии фиксированной сердце канюлю с баллонным катетером флебограмма и (B) помещают в attitudinally правильное положение. (С) образец сканируется в то время как контраст вводится в сердечной венозный системой, а затем солевым флеш. (D) генерируется изображения используются для создания цифровых реконструкций вены так, чтобы последующие измерения могут быть приняты.
Видео 1. Пример 3D сердечной венозный мОдел, полученные от контраста вычисленные КТ. Нажмите здесь для просмотра ролика.
Рисунок 2. Номенклатура основных сосудов сердечной венозной системы.
Таблица 2. Резюме измерений, полученные на сегодняшний день для 42 образцов человеческих сердца. Нажмите здесь, чтобы увеличить таблицу .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Наша лаборатория занимается разработкой библиотеки перфузии фиксированной сердца образцов для различных анатомических исследований. На сегодняшний день у нас более 240 сохранившихся экземпляров. Конкретные методы, которые мы использовали для получения этих образцов были описаны ранее 3. В данной работе описан новый методология для картирования сердца человека венозной системе и для развития анатомических данных, которые могут быть использованы для разработки сердечных устройств, используемых в сосудах.
Предыдущие исследования использовали магнитно-резонансной томографии (МРТ) 4 и КТ 5-12 изображений на живых пациентов для оценки анатомии сердечной венозной системе. Основное преимущество нашего исследования является то, что нет никакой опасности для жизни пациентов за счет введения контраста и радиационного облучения 13-14. Мы также возможность анализировать большой базы данных образцов, приготовленные таким же образом. Эти образцы можно повторно проанализировать, если дополнитеL изображений требуется. Анатомические параметры, полученные из этого метода в таблице 2 как правило, были выше, чем у представленных в исследованиях в естественных условиях. Мы считаем, что это происходит потому, что статическая реконструкций, представленные здесь, перфузии фиксируют в их конечного диастолического форме и должна представлять собой снимок вены, когда сердце на этой стадии сердечного цикла (т.е. максимальный размер).
Следует отметить, что существует несколько ограничений исследования представлены здесь. В некоторых из наших старых образцов человеческого сердца, желудочки были несколько рухнул в процессе создания образа, который может влиять на некоторые из полученных моделей. Чтобы обойти это ограничение, мы в настоящее время смотрим в желатинирующие желудочка камер для обеспечения сердце сохраняет свою конечного диастолического (расширенные) форме. Другим ограничением является то, что исследование поколения модели и последующего измерения могут быть зависимые от пользователя. Мы ВГАэлектронной старались свести к минимуму эти ограничения при наличии одного следователя проверить каждый сгенерированный модели. Пользовательские зависимость модели будут дополнительно оценивали сравнением модели того же сердце, созданных разными пользователями. И наконец, количество контрастного что диффундирует в образце ткани во время этих статических КТ варьирует от сердца к сердцу. Таким образом, некоторые из вариантов мы наблюдаем в этой базе данных может быть изменения в ткани диффузией, на самом деле не изменения в венозной анатомии. Несмотря на эти ограничения, сгенерированный 3D модели обеспечивают полезную информацию о человеке сердечной венозной системы в различных популяциях пациентов. Мы будем продолжать расширять и поделиться нашей новой базы данных из этих моделей и связанных с ними анатомических измерений мы получим дополнительных образцов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Нет конфликта интересов объявлены.
Acknowledgments
Мы хотели бы выразить признательность Dionna Gamble, Эллисон Ларсон, и Катя Торреса за помощь в создании модели и измерений, Моника Mahre рукописи помощь, Гари Уильямс в технической помощи, Jerrald Спенсер младший за помощь в цифрах и Фэрвью услуг по обработке на Университет Миннесоты.
Финансирование было получено от институт по инженерным в медицине (Университет Миннесоты) и частично из исследований контракт с Medtronic Инк
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).
