Summary
Formålet med denne forskning er at genskabe og derefter få adgang til anatomien i menneskets hjerte venøse system ved hjælp af 3D-rekonstruktioner genereret fra kontrast-computertomografi scanninger.
Abstract
En detaljeret forståelse af kompleksitet og relative variabilitet i menneskets hjerte venøse system er afgørende for udviklingen af hjerte-enheder, der kræver adgang til disse fartøjer. For eksempel er hjertets venøse anatomi kendt for at være en af de vigtigste begrænsninger for korrekt levering af hjerte gensynkronisering terapi (CRT) 1 Derfor kan udviklingen af en database over anatomiske parametre for humane kardiale venøse systemer støtte i udformningen af CRT levering enheder til at overvinde en sådan begrænsning. I dette forskningsprojekt blev de anatomiske parametre opnået fra 3D rekonstruktioner af det venøse system ved hjælp af kontrast-computertomografi (CT) scanning og modellering software (Materialise, Leuven, Belgien). Følgende parametre blev vurderet for hver vene: lysbuelængde, tortuousity, der forgrener vinkel, afstand til koronar sinus ostium og en beholder diameter.
CRT er en potentiel behandling af Patienser med elektromekanisk dyssynkroni. Ca. 10-20% af patienter med hjertesvigt kan have gavn af CRT 2.. Elektromekanisk dyssynkroni indebærer, at dele af myokardiet aktiveres og aftalen tidligere eller senere end den normale conduction vej af hjertet. I CRT er dyssynchronous områder af myokardiet behandlet med elektrisk stimulering. CRT pacing involverer typisk pacing leads, der stimulerer den højre atrium (RA), højre ventrikel (RV) og venstre ventrikel (LV) til at producere mere gensynkroniseres rytmer. LV bly typisk implanteres i en hjerte-vene med det formål at overlejre den i stedet for seneste myocardial aktivering.
Vi mener, at de modeller, opnået, og analyserne heraf vil fremme den anatomiske undervisning for patienter, studerende, klinikere og medicinsk udstyr designere. Metoderne anvendt her, kan også anvendes til at studere andre anatomiske træk ved vores menneskelige hjerte prøver, såsomkranspulsårerne. For yderligere at tilskynde den pædagogiske værdi af denne forskning, har vi delt venøse modeller på vores gratis adgang website: www.vhlab.umn.edu / atlas .
Protocol
Procedure
Tabel 1 opsummerer de materialer, der anvendes under processen. Figur 1 giver et overblik over processen.
1. Prøve-og Scan Forberedelse
- Opnå de isolerede humane hjerter friske og efterfølgende perfusion løse dem i 10% buffer formalin i deres slutdiastoliske tilstand.
- Skyl hjerterne, der skal scannes i vand dagen før scanning for at fjerne størstedelen af formalin.
- Inden turen til scanneren, cannulate koronar sinus (CS) vene inden for hver hjerte med en venogram ballonkateter. Få adgang til CS enten via den overlegne eller underlegne vena cava under direkte visualisering eller brug af videoskoper.
- Når først på plads, puste ballonen op for denne venogram kateter at forankre kateter i CS.
- Placer hvert hjerte i en forseglbar polymer container på toppen af en svamp, der er udformet således, athjertet kan sidde i sin attitudinally anatomisk korrekte position.
2. Computertomografi Scanner
- Placer en given hjerte på CT-scanner sengen som hvis en patient lå liggende og hovedet først på scanneren.
- Slut den proximale ende af venogram kateteret til en injektor, der indeholder to injektionssprøjter: en for kontrast og en for saltvand.
- Automatisk injicere 40 ml kontrast i hjertets venøse system ved 5 ml / sek.
- CT scanne hjertet 8 sek efter kontrasten injektion påbegyndes. Indstil CT-scanning til 512 x 512 pixel opløsning med 0,6 mm skive tykkelse.
- Automatisk injicere 40 ml saltvand i hjertets venøse system ved 5 ml / sek til at skylle ud kontrasten.
- Eksportere CT DICOM billeder på en ekstern harddisk.
3. Genopbygning og Målinger
- Upload CT DICOM billeder i Efterligner Software.
- Generer en maske for CT images, der kun indeholder pixels med høj Hounsfield enheder at fremhæve kun kontrasten til stede i hjertet.
- Fjern kontrast, der er sivet ind i kamrene eller diffus ind i vævet, således at masken indeholder kun kontrasten i de store hjerte årer.
- Manuelt udfylde luftlommer inden for en given vene ramme for ramme.
- Generer et 3D-objekt fra den resulterende maske.
- Glat og wrap dette objekt til at fjerne ru geometrier. Video 1 viser en af disse 3D-modeller roterer i rummet.
- Generer centerlines for hver skabt 3D-model.
- Ved hjælp af disse centerlines, lysbuelængden, der forgrener vinkel tortuousity (buelængde / luftlinjen) og diametre måler for hver større fartøj i hvert hjerte. Vores ansat anatomisk nomenklatur er vist i figur 2..
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tabel 2 viser den mediane anatomiske parametre for de store hjerte vener til 42 menneskelige hjerte prøver. Alle hjerte prøver indeholdt én posterior interventrikulært vene (PIV) og forreste interventrikulært blodåre (AIV). Nogle prøver indeholdt mere end én posterior vene LV (PVLV), postero-laterale vene (PLV), venstre laterale vene (LLV), og / eller antero-laterale vene (ALV), mens andre hjerter ikke kan have haft en eller to af disse specifikke vener stede.
| Anvendte materialer |
| Perfusion-faste menneskehjerter |
| Venogram ballonkatetre |
| Polymer Plomberbart Container |
| Anatomisk korrekt hjerte svamp |
| CT-scanner og software |
| Kontrast og Saline Injector |
| Kontrast (Omnipaque) |
| Efterligner Software |
Tabel 1. Sammenfatning af de anvendte materialer i den præsenterede metode.
Figur 1. Metoder resumé. (A) koronarsinus af en given isoleret perfusion-fast hjerte er kanyleret med et venogram ballonkateter og (B) anbringes i sin attitudinally korrekte position. (C) Prøven scannes mens kontrast injiceres i hjertets venøse Systemet efterfulgt af en saltvandsskylning. (D) De genererede billeder bruges til at skabe digitale rekonstruktioner af venerne, så efterfølgende målinger kan træffes.
Video 1. Et eksempel på en 3D hjerte venøs model genereres fra kontrast-beregnede CT. Klik her for at se video.
Figur 2. Nomenklatur af de store fartøjer af hjertets venøse system.
Tabel 2. Sammenfatning af målinger opnået til dato for 42 menneskelige hjerte prøver. Klik her for at se større tabel .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vores laboratorium er ved at udvikle et bibliotek af perfusion-fikserede hjerte prøver til forskellige anatomiske forskningsundersøgelser. Til dato har vi mere end 240 bevarede eksemplarer. De specifikke metoder, vi har anvendt til at fremstille disse prøver er tidligere blevet beskrevet 3.. Den foreliggende undersøgelse beskriver en ny metode til kortlægning af det menneskelige hjerte venøse system og til udvikling af en anatomisk database, som kan anvendes til udformning af hjerte enheder er ansat i karrene.
Tidligere undersøgelser har anvendt magnetisk resonans (MR) 4 og CT 5-12 billeddannelse på levende patienter for at vurdere anatomier af hjertets venøse system. Den største fordel ved vores undersøgelse er, at der ikke er fare for at leve patienter på grund kontrast injektion og bestråling 13-14. Vi er også i stand til at analysere en stor database af enheder, alle fremstillet på en tilsvarende måde. Disse prøver kan scannes igen, hvis additional billeder er påkrævet. De anatomiske parametre opnået fra denne metode i tabel 2 har generelt været større end dem, der præsenteres i in vivo-studier. Vi tror det er fordi de statiske rekonstruktioner præsenteres her, er perfusion-seret i deres slutdiastoliske form og bør repræsentere et øjebliksbillede af venerne, når hjertet er i denne fase af hjertets cyklus (dvs. de maksimale dimensioner).
Det skal bemærkes, at der er flere begrænsninger af undersøgelsen præsenteres her. I nogle af vore ældre humane hjerte prøver blev hjertekamrene lidt kollapsede under billedbehandling proces, som kan påvirke nogle af de resulterende modeller. For at løse denne begrænsning, vi i øjeblikket ser på gelering de hjertekammer kamre for at sikre hjertet fastholder sin slutdiastolisk (dilaterede) form. En anden begrænsning af undersøgelsen er, at model generation og de efterfølgende opnåede målinger kan være brugervenlige afhængig. Vi have forsøgt at minimere denne begrænsning ved at have en investigator kontrollere hver genererede model. User-afhængighed af modellerne vil blive yderligere vurderet ved at sammenligne modeller af samme hjerte skabt af forskellige brugere. Endelig mængde kontrast, der diffunderer ind i prøven væv under disse statiske CT-scanninger varierer fra hjerte til hjerte. Derfor kan nogle af de variationer, vi observerer i denne database være variationer i væv diffusion, ikke rigtig variationer i venøs anatomi. På trods af disse begrænsninger, giver de genererede 3D-modeller nyttige oplysninger om det menneskelige hjerte venøse system i forskellige patientpopulationer. Vi vil fortsætte med at udvide og dele vores nye database af disse modeller og deres tilknyttede anatomiske målinger, som vi modtager yderligere prøver.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ingen interessekonflikter erklæret.
Acknowledgments
Vi vil gerne anerkende Dionna Gamble, Allison Larson og Katia Torres for assistance med model generering og målinger, Monica Mahre for manuskript assistance, Gary Williams til teknisk bistand, Jerrald Spencer Jr. for assistance med tallene og Fairview Imaging tjenester på University of Minnesota.
Finansieringen blev modtaget fra Institut for Engineering i Medicin (University of Minnesota) og dels fra et forsknings-kontrakt med Medtronic Inc.
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).
