Summary
الهدف من هذا البحث هو إعادة ثم الوصول إلى تشريح الجهاز الوريدي للقلب البشري باستخدام عمليات إعادة البناء 3D المتولدة من تباين محسوب بالاشعة التصوير المقطعي.
Abstract
فهم مفصل من التعقيد والتباين النسبي داخل الجهاز الوريدي للقلب الإنسان هو أمر حاسم لتطوير أجهزة القلب التي تتطلب الوصول إلى هذه السفن. على سبيل المثال، يعرف علم التشريح وريدي القلب ليكون واحدا من القيود الرئيسية لتسليم مناسب من العلاج إعادة المزامنة القلب (CRT) 1 لذلك، يمكن وضع قاعدة بيانات من المعلمات التشريحية لأنظمة الوريدي للقلب الإنسان مساعدة في تصميم تسليم CRT الأجهزة للتغلب على مثل هذا القيد. في هذا المشروع البحثي، تم الحصول على المعلمات التشريحية من اعادة البناء 3D من الجهاز الوريدي باستخدام تباين التصوير المقطعي (CT) والتصوير وبرمجيات النمذجة (Materialise، لوفين، بلجيكا). تم تقييم المعلمات التالية لكل الوريد: طول قوس، tortuousity، المتفرعة زاوية، المسافة إلى فتحة الجيب التاجي، وقطر السفينة.
CRT هو علاج محتمل لباتيالوالدان مع dyssynchrony الكهروميكانيكية. حوالي 10-20٪ من مرضى فشل القلب يمكن أن تستفيد من CRT 2. dyssynchrony الكهروميكانيكية يعني أن أجزاء من عضلة القلب وتنشيط عقد في وقت سابق أو لاحق من مسار التوصيل الطبيعي للقلب. في CRT، يتم التعامل مع مجالات مختل التزامن من عضلة القلب مع التحفيز الكهربائي. سرعة CRT عادة ما ينطوي على سرعة الشراء التي تحفز الأذين الأيمن (RA)، البطين الأيمن (RV)، والبطين الأيسر (LV) لإنتاج أكثر الإيقاعات إعادة مزامنة. هو مزروع في النتيجة LV عادة في غضون الوريد القلبي، وذلك بهدف تراكب داخل الموقع من أحدث تفعيل عضلة القلب.
ونحن نعتقد أن النماذج التي تم الحصول عليها والتحليلات منه من شأنها أن تعزز التعليم التشريحية للمرضى والطلاب والأطباء، ومصممي الجهاز الطبي. ويمكن أيضا أن المنهجيات المستخدمة هنا أن تستخدم لدراسة الخصائص التشريحية الأخرى من عينات لدينا قلب الإنسان، مثلالشرايين التاجية. لمزيد من التشجيع للقيمة التعليمية لهذا البحث، لقد شاركنا نماذج الوريدي على موقعنا على الانترنت حرية الوصول: www.vhlab.umn.edu / أطلس .
Protocol
إجراء
يلخص الجدول 1 المواد المستخدمة أثناء العملية. الشكل 1 لمحة عامة عن هذه العملية.
1. عينة المسح الضوئي وإعداد
- الحصول على قلوب البشر معزولة الطازجة وبعد ذلك نضح اصلاحها في 10٪ مخزنة الفورمالين في دولتهم نهاية الانبساط.
- شطف قلوب التي سيتم فحصها في الماء قبل يوم المسح الضوئي من أجل إزالة الغالبية العظمى من الفورمالين.
- قبل أن يتوجه إلى ماسحة ضوئية، ويقني؛ يدخل القنية في الجيب التاجي (CS) داخل كل وريد القلب مع القسطرة بالون صورة الوريد. الحصول على الوصول إلى CS من خلال الوريد الأجوف إما أعلى أو أدنى في إطار رؤية مباشرة أو استخدام videoscopes.
- مرة واحدة في مكان، وتضخيم البالون من هذه القسطرة صورة الوريد لترسيخ القسطرة في CS.
- وضع كل قلب داخل حاوية بوليمر قابل للغلق على رأس اسفنجة التي تم تصميمها بحيثالقلب يمكن أن تجلس في موقعها التشريحي الصحيح attitudinally.
2. التصوير المقطعي المسح
- ضع قلب تعطى على السرير الماسح الضوئي CT كما لو أن المريض كان يرقد مستلق ورأسه أولا على الماسح الضوئي.
- قم بتوصيل الطرف القريب للقسطرة صورة الوريد إلى محقن يحتوي على اثنين من الحقن حقن: واحد للالتباين واحدة لالمالحة.
- حقن تلقائيا 40 مل من التباين في الجهاز الوريدي للقلب في 5 مل / ثانية.
- الاشعة المقطعية للقلب 8 ثانية بعد بدء حقن التباين. تعيين الاشعة المقطعية إلى 512 X 512 بكسل القرار مع 0.6 مم سماكة شريحة.
- حقن تلقائيا 40 مل من المياه المالحة في النظام الوريدي للقلب في 5 مل / ثانية لطرد التباين.
- تصدير الصور DICOM CT على قرص صلب خارجي.
3. إعادة الإعمار والمقاييس
- تحميل الصور المقطعية DICOM إلى المقلدون البرمجيات.
- إنشاء قناع لCT ايماجES الذي يحتوي فقط بكسل مع وحدة هاونسفيلد عالية لتسليط الضوء فقط على النقيض موجودة في القلب.
- إزالة التناقض الذي قد تسربت في غرف أو منتشر في الأنسجة بحيث قناع يحتوي فقط على النقيض داخل الأوردة القلبية الرئيسية.
- ملء يدويا في جيوب الهواء داخل إطار السياق الذي قدمه الإطار.
- إنشاء كائن 3D من قناع الناتجة.
- على نحو سلس والتفاف هذا الكائن للقضاء على هندستها الخام. الفيديو 1 ويعرض واحدة من هذه النماذج 3D الدورية في الفضاء.
- توليد centerlines لكل نموذج 3D بإنشائه.
- باستخدام هذه centerlines، قياس طول القوس، وزاوية المتفرعة، tortuousity (طول القوس / المسافة الخطية)، وبأقطار لكل سفينة كبيرة في كل قلب. يتم عرض لدينا يعملون التسميات التشريحية في الشكل 2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ويعرض الجدول 2 المعلمات التشريحية وسيطة لشرايين القلب الرئيسية لل42 عينات قلب الإنسان. جميع العينات الواردة قلب واحد الوريد الخلفي بين البطينين (التعريف الشخصية) والوريد الأمامي بين البطينين (AIV). يرد بعض العينات أكثر من الوريد الخلفي من LV (PVLV)، وريد التحول الجانبي الخلفي (PLV)، اليسار الوريد الجانبي (LLV)، و / أو الوريد انتيرو-الوحشي (ALV)، بينما قلوب أخرى قد لا يكون كان واحد أو اثنين من هذه الأوردة محددة الوقت الحاضر.
| المواد المستخدمة |
| نضح ثابتة قلوب البشر |
| القسطرة بالون صورة الوريد |
| البوليمر حاوية قابل للغلق |
| الصحيح تشريحيا الاسفنج قلب |
| ماسح الصور المقطعية المحوسبة والبرمجيات |
| وعلى النقيض من المؤسسة العامة لتحلية الحاقن |
| التباين (omnipaque) |
| يقلد البرامج |
الجدول 1. ملخص من المواد المستخدمة في المنهجية المقدمة.
الشكل 1. طرق التلخيص. (A) هو مقنى الجيب التاجي معزولة من القلب نضح ثابتة تعطى مع القسطرة بالون صورة الوريد و (B) وضعت في موقعها الصحيح attitudinally. (C) يتم فحص العينة في حين يتم حقن التباين في وريدي القلب يتبع النظام عن طريق مطاردة المالحة. (D) وتستخدم الصور ولدت لخلق اعادة البناء الرقمي للالأوردة بحيث يمكن أن تؤخذ القياسات اللاحقة.
فيديو 1. مثال على القلب وريدي م 3Dodel الناتجة عن تباين محسوب CT. اضغط هنا لمشاهدة الفيديو.
الشكل 2. التسميات من السفن الكبرى من الجهاز الوريدي للقلب.
الجدول 2. ملخص من القياسات التي تم الحصول عليها حتى الآن ل42 عينات قلب الإنسان. انقر هنا لمشاهدة الجدول أكبر .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
مختبرنا على تطوير مكتبة من نضح ثابتة العينات قلب لمختلف البحوث والدراسات التشريحية. حتى الآن، لدينا أكثر من 240 عينات محفوظة. الأساليب المحددة التي استخدمت لإعداد هذه العينات قد تم وصفها سابقا 3. يصف هذه الدراسة منهجية جديدة لرسم خرائط الجهاز الوريدي للقلب الإنسان وتطوير قاعدة بيانات التشريحية، والتي يمكن أن تستخدم لتصميم أجهزة القلب يعملون داخل السفن.
وقد استخدمت الدراسات السابقة الرنين المغناطيسي (MR) 4 و CT 5-12 التصوير على المرضى يعيشون لتقييم تشريحات من الجهاز الوريدي للقلب. والميزة الرئيسية لدراستنا هو أنه لا يوجد أي خطر للعيش المرضى بسبب حقن التباين والتعرض للإشعاع 13-14. ونحن أيضا قادرة على تحليل قاعدة بيانات كبيرة من العينات، كل أعدت بطريقة مماثلة. يمكن إعادة فحص هذه العينات إذا additionaمطلوبة الصور لتر. المعلمات التشريحية الحصول عليها من هذا الأسلوب في الجدول 2 كانت عموما أكبر من تلك التي قدمت في الدراسات المجراة. ونحن نعتقد أن هذا هو لأن إعادة البناء ثابتة المقدمة هنا هي نضح ثابتة في شكلها نهاية الانبساط وينبغي أن يمثل لقطة من الأوردة عندما يكون القلب في هذه المرحلة من دورة القلب (أي الأبعاد القصوى).
وتجدر الإشارة إلى أن هناك العديد من القيود المفروضة على الدراسة المقدمة هنا. في بعض العينات قلب الإنسان الأكبر سنا لدينا، وانهارت البطينين إلى حد ما أثناء عملية التصوير، والتي قد تؤثر على بعض النماذج الناتجة. لمعالجة هذا القيد، ونحن نبحث حاليا في التبلور الدوائر البطين لضمان يحافظ على القلب الانبساطي نهاية شكله (متوسع). قيود أخرى من هذه الدراسة هو أن جيل نموذج والقياسات التي تم الحصول عليها لاحقة قد تكون تعتمد على المستخدم. نحن هفحاول الإلكترونية للحد من هذا القيد من خلال وجود محقق واحد تحقق كل نموذج تم إنشاؤه. وسيتم تقييم المستخدم التبعية للنماذج أخرى من خلال مقارنة نماذج من نفس القلب إنشاؤها من قبل المستخدمين المختلفة. وأخيرا، فإن كمية المقابل أن ينشر في الأنسجة عينة خلال هذه الأشعة المقطعية ثابت يختلف من القلب الى القلب. ولذلك، فإن بعض الاختلافات نلاحظ في قاعدة البيانات هذه قد تكون الاختلافات في نشر الأنسجة، وليس حقا الاختلافات في التشريح وريدي. وعلى الرغم من هذه القيود، ونماذج 3D ولدت توفير المعلومات المفيدة عن نظام الوريدي للقلب الإنسان في مختلف المرضى من السكان. وسوف نستمر في توسيع وتقاسم قاعدة البيانات لدينا رواية من هذه النماذج والقياسات التشريحية المرتبطة بها أن نتلقى عينات إضافية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
ونود أن نعترف Dionna غامبل، أليسون لارسون، وكاتيا توريس للحصول على المساعدة مع جيل نموذج والقياسات، مونيكا Mahre للحصول على المساعدة مخطوطة، غاري ويليامز للحصول على المساعدة التقنية، Jerrald سبنسر جونيور للحصول على المساعدة مع الأرقام وخدمات التصوير فيرفيو في جامعة مينيسوتا.
وقد تلقت تمويلا من معهد الهندسة في الطب (جامعة مينيسوتا) وفي جزء من عقد بحثي مع شركة مدترونيك
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).
