Summary
Contrast-versterkte cardiale magnetische resonantie (CMR) beeldvorming maakt het mogelijk uitgebreid
Abstract
Klein dier magnetische resonantie beeldvorming is een belangrijk instrument om de hartfunctie en veranderingen in myocardweefsel bestuderen. De hoge hartslag van kleine dieren (200 tot 600 slagen / min) hebben eerder beperkt de rol van de CMR beeldvorming. Klein dier Look-Locker inversion recovery (SALLI) is een T1-mapping volgorde voor kleine dieren om dit probleem te overwinnen 1. T1 kaarten kwantitatieve informatie verstrekken over weefselveranderingen en contrastmiddel kinetiek. Het is ook mogelijk om diffuse myocardiale processen zoals interstitiële fibrose of oedeem 1-6 detecteren. Bovendien, uit een enkele set van beeldgegevens, is het mogelijk om de hartfunctie en myocard littekenvorming door het genereren van cine en inversie herstel-voorbereide laat gadolinium enhancement type MR beelden 1 te onderzoeken.
De gepresenteerde video laat stap-voor-stap de procedures om kleine dieren CMR beeldvorming uit te voeren. Hier het wordt gepresenteerd met een gezonde Sprague-Dawley rat, maar uiteraard kan worden uitgebreid tot andere cardiale kleine diermodellen.
Introduction
Myocarditis is een belangrijke oorzaak van acuut hartfalen, plotselinge dood en chronische gedilateerde cardiomyopathie 7. CMR is ingevoerd als de gouden standaardtechniek voor het meten van de functie en de in vivo analyse weefsel. Nieuwe beeldvormingstechnieken en verbeteringen in de beeldvorming kan niet alleen de diagnose van myocarditis, maar ook helpen de studie van de pathofysiologie en snelheid identificeren van therapeutische targets 8-10. Beeldvorming van kleine proefdieren is een belangrijk instrument voor de studie van hart-en vaatziekten. Technieken routinematig gebruikt in klinische CMR, zoals late gadolinium enhancement (LGE) kunnen niet gemakkelijk worden overgedragen aan kleine dieren CMR vanwege de hoge hartslag van de dieren, maar kon al worden aangetoond 11. De kleine dieren Look-Locker inversie herstel (SALLI) benadering genereert multimodale afbeelding datasets waardoor voor de uitgebreide beoordeling van zowel de hartfunctie en morfologie (figuren 1 and 3). Hier laten we zien, in detail, de procedure en de setup voor beeldvorming van kleine proefdieren met een typisch SALLI protocol. In het bijzonder zien we de reconstructie en analyse van de T1-imaging data sets.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Voorbereiding
1.1. Anesthesie van de ratten
- Plaats de rat in een kamer voorgevuld met isofluraan (afhankelijk van de grootte van de kamer ongeveer 3 minuten 5%) aan de rat verdoven.
- Eenmaal verdoofd, verwijder de rat en wegen.
- Plaats de neus van de rat in de anesthesie masker (2-3% isofluraan in zuurstof 1 L / min) de anesthesie te handhaven. Tijdens anesthesie met isofluraan, de hartslag van ratten dalen tot 300-340 bpm (380-420 bpm bij muizen).
1.2. Plaats een staart ader canule
- Was de staart van de rat met warm water (38 ° C) en zeep om de bloedvaten gemakkelijker worden gezien.
- Canule hetzij ader, die gemakkelijk kan worden gezien op de laterale zijde van de staart. Met behulp van een 22-24 G iv katheter begint pogingen ongeveer 1/3 van de weg van de punt.
- Als de eerste pogingen niet succesvol zijn, probeer meer proximaal.
- Neem bloed samPLE voor analyse van hematocriet (noodzakelijk om extracellulair volume fractie = ECV berekenen).
- Beveilig de iv katheter met de huid lijm en tape.
1.3. Plaatsing van de elektroden
- Reinig alle voetzolen met alcohol verzadigd doekje of met water en zeep.
- Vier elektroden nodig, een voor elke voet.
- Bevestig de elektroden op het midden van de voetzool en zet ze vast met plakband.
- Draaien of vlechten het ECG-kabels in elkaar om de vorming van lussen die verstoring veroorzaken met het ECG-signaal te minimaliseren.
2. Het scannen
2.1. Positioneren van het dier en toezicht
- Plaats de rat in een liggende of buikligging op de beeldvorming buis en positioneren het hart in het midden van de spoel.
- Rangschik de rat zodat de neus ligt in de kegel die isofluraananesthesie levert (2-3% zuurstof in 1 L / min). De rat is toegestaan om te ademenvrij door de hele beeldvorming procedure.
- Plaats de sensor van de thermometer in de anale opening en plaats deze op de tafel met tape.
- De lichaamstemperatuur wordt gehandhaafd op 38 ± 1 ° C door een warmwater verwarming. De opwarming mat is geplaatst onder de lagere aspect van de dieren die buiten de spoel uitstrekt. Zie de schematische weergave van de experimentele opstelling MRI (figuur 2) voor meer details.
- Sluit de ECG-elektroden, zodra het ECG-signaal gestabiliseerd beginnen beeldvorming.
2.2. Scan protocol / Imaging parameters
- In deze studie een Philips Ingenia 3.0T MRI-systeem met een spoel met 70 mm binnendiameter werd gebruikt [MR systeemeisen zijn een kleine boring (bv 16 cm) of grote boring (menselijke maat, bv 65 cm) met speciale kleine dieren coil, ECG gating mogelijkheden voor hart-snelheden tot 500/min, zuurstoftoevoer en een verwijderingssysteem voor narcosegassen].
- Begin met een onderzoek om het hart te lokaliseren in het midden van het MRI gezichtsveld.
- Zodra de juiste positie is, verder met twee kamers en vier-kamer cine MRI uitzicht op de geometrie van de stapel korte as's bepalen.
- Voor SALLI, standen mid-holte korte stukje as op de twee-en vier-kamer afbeeldingen (PreSALLI). Een combinatie van 4,000 msec verwerving duur en 4000 msec ontspanning duur maakt voldoende herstel van magnetisatie langs de z-as en voorkomt oververhitting van gradiënten. Om functionele analyse mogelijk te maken, moet fasen worden ingesteld op ten minste 12, met tijdelijke undersampling van factor 2 tot overname te versnellen.
- Injecteer de gadolinium-gebaseerde contrastmiddel in de verblijfskatheter, zonder het verplaatsen van de rat. Wacht vijf minuten.
- Beginnen met de planning SALLI als multislice korte as stack, bestaande uit ten minste 7 plakjes (slice dikte 2,4 mm). Plaats de segmenten zodat de meest distale onder de apex van het hart en tHij topniveau is net distaal van de hartkleppen. Proberen te zorgen dat de korte as loodrecht op het septum. Bijna iedere 30 minuten (ongeveer drie Sallis) injecteren andere dosis van contrastmiddel.
- Wanneer beeldaanwinst klaar is verwijdert de rat uit de scanner en laat het herstellen van anesthesie.
3. Afbeelding Wederopbouw
Beeldreconstructie kan ofwel online worden uitgevoerd met behulp van vooraf gedefinieerde parameters reconstructie, of offline met behulp van een speciale afbeelding reconstructie hulpmiddel:
3.1. Online Wederopbouw
- Verscheidene parameters kunnen worden gedefinieerd zoals:
- Voor T1 mapping: locatie en breedte van het venster reconstructie binnen de hartcyclus (bv. 50-100 msec om systolische T1 kaart te bereiken op hartslag 300/min)
- Voor IR-voorbereide (LGE) beelden: locatie en de breedte van de inversie tijd (TI) raam en het aantal beelden te gereconstrueerde wi zijndun dat venster (bv. TI 100-300 msec, 5 afbeeldingen, tot 5 LGE beelden te genereren met TI's 100-150-200-250-300 msec).
3.2. Offline Wederopbouw
- Bij gebruik van een speciale software-pakket (GyroTools, Zürich, Zwitserland) voor het wederopbouw, extract van de drie sets van gegevens (cine MR, inversie herstel en T1 kaarten) op een meer interactieve manier.
- Stel de definitie van eind-systole of end-diastole voor de T1 door de afbeelding van het overeenkomstige cine selecteren.
- Visualiseer T1 kaarten als kleur kaarten. Zoek exacte waarden door het passeren van de muis over een gebied van belang. Beelden kunnen op verschillende beeldformaten worden opgeslagen voor verdere analyse (bijvoorbeeld berekening van ECV van pre-en post-contrast T1 waarden van myocardium en bloed pool) 12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Hier laten we de bevindingen van een gezonde Sprague Dawley Rat. Met een goed voorbereid dier opstart we eerder beschreven, is het mogelijk om een stabiele ECG signaal. Vergelijkbaar met de menselijke cardiale MRI protocollen, beginnen we met een onderzoek naar het hart te lokaliseren. Als de positie van de rat in de spoel correct is, gaan we verder met een twee-kamer uitzicht en een vier-kamer om de geometrie van de SALLI stack detecteren.
De SALLI techniek levert drie soorten beelden die tegelijkertijd. Deze zijn enerzijds cine beelden die kunnen worden gebruikt voor lokale en globale LV functie te bestuderen. LV parameters moeten worden onderzocht met behulp van een CMR-softwarepakket omvat eind systolische en diastolische einde volumes, ejectiefractie, en massa. Het tweede type beeld is meerdere IR-beelden met verschillende nominale TI, van waaruit de beelden met een optimale nulling van normale myocard kan worden geselecteerd. Dit zorgt voor een maximale verbetering van gebieden met focale myocardiale fibrose / scar, zoals noodzakelijk LGE beeldvorming. Ten derde worden T1 kaarten gegenereerd. Deze moeten homogene relaxatietijden tonen dan gezonde myocardium zoals getoond in figuur 3 (vertegenwoordiger T1 kaart). Vóór de toediening van gadopentetaat dimeglumine, myocard vertoont korter T1 waarden dan bloed in de LV holte. In de eerste minuten na toediening van contrastmiddel wordt T1 van bloed verkort meer dan myocardium. Terwijl de gepresenteerde gegevens van een gezond dier toont homogeen T1 gedrag over de gehele hartspier, zou de aanwezigheid van myocardschade bijvoorbeeld in modellen van myocardinfarct T1 verkorting in de getroffen regio te tonen. T1 kaarten kunnen worden gereconstrueerd voor iedere fase van de hartcyclus (Figuur 3c).
Figuur 1. Pulssequentie regeling voor volledig bemonsterde data sets en de wederopbouw regelingen van multimodale beelden Top:. SALLI pulssequentie regeling. Na een adiabatische inversiepuls (180 °), beeldgegevens voor de eerste radiale segment (segment = gekleurde sectoren van cirkels) worden continu bemonsterd voor opeenvolgende cardiale fasen (cirkels van verschillende grootte) en hart-cycli (verschillende kleuren cirkel) tijdens een vooraf gedefinieerde AD terwijl magnetisatie herstelt met een tijdsconstante T1 * (vaste lijn). Temporele resolutie (bijv. aantal cardiale fasen) is theoretisch beperkt door minimale herhaling tijd. Na een vooraf RD, waarin magnetisatie herstelt zonder uitlees-geïnduceerde verstoringen met een tijdsconstante T1 (stippellijn), wordt het proces herhaald voor de volgende radiale segment enzovoorts. A. Reconstructie van T1 kaarten. In een eerste stap, rauwe beelden voor het aantal cardiale cycli omvat door AD worden gereconstrueerd op basis van alle beschikbare beeldgegevens verkregen dijdens een vooraf bepaalde periode binnen het RR-interval (bijv. tijdens systole). In een tweede stap wordt pixel-wise niet-lineaire curve fitting uitgevoerd en resulteert T1 * waarden zijn gecorrigeerd voor het uitlezen geïnduceerde afwijking van de magnetisatie herstelcurve om T1 kaart uit deze ruwe beelden te genereren. B. Reconstructie van IR-voorbereide afbeeldingen. Voor een vooraf gedefinieerde interval na inversie (bijv. 100-300 msec), een reeks IR-beelden bereid met vooraf gedefinieerde stappen inversietijd (bijvoorbeeld 25 msec) wordt gereconstrueerd uit alle beeldgegevens binnen het interval. C. Reconstructie van cine afbeeldingen. Cine afbeeldingen voor een vooraf bepaald aantal cardiale fasen gereconstrueerd uit alle beeldgegevens zijn buiten het tijdstip waarop alle longitudinale magnetisatie binnen het gezichtsveld waren hervat ten minste 90%. (Messroghli et al.., Kleine dierlijke blik locker inversion recovery (SALLI) voor het gelijktijdig opwekken van T1 kaarten en cine en reversion recovery-voorbereide foto's bij hoge hartslag: eerste ervaringen, Radiologie 2011. Overgenomen met toestemming van RSNA). Klik hier voor een grotere afbeelding te bekijken .
Figuur 2. MRI experimentele opstelling. MRI experimentele opstelling, met inbegrip van dierlijke positionering op het dier houder en de controle mogelijkheden tijdens het scannen.
Figuur 3. Vertegenwoordiger SALLI stapel van een gezonde Sprague-Dawley rat: a) cine image diastole, b) cine image systole, c) T1 kaart voor intraveneuze toediening van gadopentetaat-dimeglumine (diastole), d) LAfbeelding GE vóór intraveneuze toediening van gadopentetaat-dimeglumine. Typisch SALLI gegevens: slice dikte (mm) 2.4; FOV (mm) 64 x 64; pixel slice (mm) 0.59 x 0.59; flip hoek 10 °; AD (msec) 4000; RD (msec) 4000, Act. TR / TE (msec) 6.7/2.7; NSA 2, hart-fasen 12; temporale undersampling factor 2, hart-frequentie (bpm) 320; scanduur 7 minuten.
AD = overname duur
bpm = beats per minuut
CMR = cardiale magnetische resonantie
ECV = extracellulair volumefractie
IR = inversie herstel
LGE = late gadolinium enhancement
NSA = Aantal Signalen gemiddeld
RD = ontspanning duur
SALLI = klein dier Look-Locker inversion recovery
TR = herhalingstijd
TE = echotijd
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Hier presenteren we een methode om multi-modaliteit (cine MR, inversie-herstel en T1 kaarten) MR beelden in kleine dieren te genereren. Klein dier onderzoek speelt een steeds belangrijkere rol in hart-en vaatziekten onderzoek, en CMR is een krachtige tool die ons naar de functie, structuur en samenstelling van het lichaamsweefsel van het myocard te bestuderen. Echter, klein dier CMR heeft een aantal unieke uitdagingen als gevolg van de hoge hartslag en kleine grootte van het hart. Verbeterde methoden voor beeldvorming, zoals tijdsefficiënter methoden verdere rol spelen bij de ontwikkeling van deze techniek.
De initiële set-up van het dier is een cruciaal onderdeel van dit protocol. Het is niet alleen belangrijk om voor het genereren van optimaal beeld, maar ook om het dier in de vaak langdurig onderzoek (complete protocol inclusief reconstructie duurt ongeveer 2 uur) stabiel. Als de beelden zijn gated met het ECG, interferentie van slecht contact lood, ofvan lussen gevormd uit het ECG-kabels, kan leiden tot langere scantijden of falen van de sequenties. Een slechte ECG-signaal vanwege de hoge hartslag of aritmie is een van de belangrijkste uitdagingen van het kleine dier CMR. Daarnaast moeten temperaturen en anesthesie zorgvuldig gecontroleerd worden om nauwkeurige, reproduceerbare metingen te verkrijgen en dat de dieren ondergaan langdurige behandeling. Op soortgelijke wijze als een standaard menselijke CMR onderzoek is het hart ligt, gevolgd door twee lengteas cine scans laat vervolgens de korte as SALLI afbeeldingen (T1 maps) worden uitgevoerd. Afhankelijk van de bepaalde toepassing, zijn er een aantal variaties met betrekking tot de SALLI beelden: 1) Een enkele korte as pre-contrast SALLI en meerdere korte as postcontrast SALLI (zoals hier weergegeven). Deze aanpak maakt het mogelijk functionele informatie, grootte van het infarct, en basisinformatie over ECV te worden verkregen. 2) Meerdere korte-as pre-contrast en meerdere korte-as post-contrast SALLI. Dit protocol geeft informatie over regional myocardiale oedeem en distributie van ECV (bijv. in acuut myocardiaal infarct) ten koste van langdurige scantijd. 3) Single-slice pre-en post-contrast SALLI, multi-slice conventionele cine. Deze snelle aanpak levert functionele informatie en globale ECV, en voldoende in modellen van diffuse myocard ziekte zou kunnen zijn.
Bestaande CMR sequenties kunnen in zowel mensen en kleine dieren te verkrijgen uitstekende cine MR beelden. LGE beeldvorming in kleine dieren blijft een uitdaging. Vanwege de hoge hartfrequenties acquisitietijd een inversie herstel bereide sequentie wordt verhoogd tot 6-10 minuten per beeld 13, wat ernstige problemen veroorzaakt een aanpassing inversietijd het signaal van gezonde myocardium null.
T1 kwantificering geeft informatie over kenmerken weefsel en gadolinium kinetiek. Typische cardiale T1 methoden vereisen de aanschaf van meerdere afbeeldingen met verschillende inversie tijd om te zorgen voor een accurate montage van de onderliggende T1 curve 14. T1 mapping technieken voor menselijke toepassingen niet-gesegmenteerde ruwe beelden meestal verwerven met looptijden van 150-200 msec elk. Deze methode is niet geschikt voor kleine dieren, waar de hartslag 200-600 slagen per minuut wordt verwacht (dwz cardiale cycli van 100-300 msec). SALLI lost dit probleem op door een gesegmenteerde aanpak, waardoor myocardiale T1 te worden gekwantificeerd ratten.
T1 mapping zorgt voor een kwantitatieve benadering van karakterisering van de hartspier. Daarom staat diffusie processen te bestuderen. T1 waarden worden vergeleken tussen afzonderlijke en individuele onderwerpen, waardoor de studie van chronische veranderingen in het myocardium. De mogelijkheid om gelijktijdig te beoordelen functie en myocard eigenschappen zal studie van het chronologisch vorming van hartschade. In de toekomst zal multimodale beeldvorming kan de combinatie van functionele informatie met kwalitatieve en quantittieve evaluatie van het myocardium van een meer volledig beeld van cardiovasculaire ziekte.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle dierlijke procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de Richtlijnen voor de Zorg en gebruik van proefdieren, en door de lokale overheid zorg dier goedgekeurd. Geen belangenconflicten verklaard.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Adhesive Tape (Silkafix) | Lohmann und Rauscher | 34327 | |
| Gadopentetat-Dimeglumin (Magnevist) | Bayer | G-00012163 | 2mmol/Kg |
| Introcan Safety-W (G24) | B. Braun | 4254503-01 | |
| Red Dot, Neonatal Monitoring Electrode with Pre-Attached Lead Wire | 3M | 2269T | |
| Skin glue (Histoacryl) | B. Braun | 1050052 | |
| Scales (Typ 440) | Kern | 95088 | |
| Skin desinfection (Softasept N) | B. Braun Petzold | 360250 | |
| Thermometer | LumaSense Technologies | Luxtron 812 |
References
- Messroghli, D. R., Nordmeyer, S., Buehrer, M., et al. Small animal Look-Locker inversion recovery (SALLI) for simultaneous generation of cardiac T1 maps and cine and inversion recovery-prepared images at high heart rates: initial experience. Radiology. 261 (1), 258-2565 (2011).
- Messroghli, D. R., Nordmeyer, S., Dietrich, T., et al. Assessment of diffuse myocardial fibrosis in rats using small-animal Look-Locker inversion recovery T1 mapping. Circ. Cardiovasc. Imaging. 4 (6), 636-640 (2011).
- Flett, A. S., Hayward, M. P., Ashworth, M. T., et al. Equilibrium contrast cardiovascular magnetic resonance for the measurement of diffuse myocardial fibrosis: preliminary validation in humans. Circulation. 122 (2), 138-144 (2010).
- Arheden, H., Saed, M., Higgins, C. N., et al. Measurement of the distribution volume of gadopentetate dimeglumine at echo-planar MR imaging to quantify myocardial infarction: comparison with 99mTc-DTPA autoradiography in rats. Radiology. 211 (3), 698-708 (1999).
- Messroghli, D. R., Walters, K., Plein, S., et al. Myocardial T1 mapping: application to patients with acute and chronic myocardial infarction. Magn. Reson. Med. 58 (1), 34-40 (2007).
- O H-Ici, D., Ridgway, J., Kuehne, T., et al. Cardiovascular magnetic resonance of myocardial edema using a short inversion time inversion recovery (STIR) black-blood technique: Diagnostic accuracy of visual and semi-quantitative. 14 (1), (2012).
- Sagar, S., Liu, P. P., Cooper, L. T. Jr
- Skouri, H. N., Dec, G. W., Friedrich, M. G., Cooper, L. T.
- Zagrosek, A., Abdel-Aty, H., Boyé, P., et al. Cardiac magnetic resonance monitors reversible and irreversible myocardial injury in myocarditis. JACC Cardiovasc. Imaging. 2 (2), 131-138 (2009).
- Friedrich, M. G., Sechtem, U., Schulz-Menger, J., et al. Cardiovascular magnetic resonance in myocarditis: a JACC White Paper. J. Am. Coll. Cardiol. 54, 1475-1487 (2009).
- Korkusuz, H., Esters, P., Naguib, N., et al. Acute myocarditis in a rat model: late gadolinium enhancement with histopathological correlation. Eur. Radiol. 19 (11), 2672-2678 (2009).
- Ugander, M., Oki, A. J., Hsu, L. Y. Extracellular volume imaging by magnetic resonance imaging provides insights into overt and sub-clinical myocardial pathology. Eur. Heart J. 33 (10), 1268-1278 (2012).
- Gilson, W. D., Kraitchman, D. L. Cardiac magnetic resonance imaging in small rodents using clinical 1.5. T and. 3 (1), 35-45 (2007).
- Messroghli, D. R., Radjenovic, A., Kozerke, S., Higgins, D. M., Sivananthan, M. U., Ridgway, J. P. Modified Look-Locker inversion recovery (MOLLI) for high-resolution T1 mapping of the heart. Magnetic resonance in medicine. 52 (1), 141-146 (2004).
