Summary
造影心臓磁気共鳴（CMR）イメージングは、包括的なことができます
Abstract
小動物磁気共鳴イメージングは、心筋組織における心機能と変化を研究するための重要なツールです。小動物（200から600拍/分）の高い心拍数は、以前CMRイメージングの役割を制限してきた。小動物ルックロッカー反転回復（サリー）は、この問題を克服するための1小動物用T1マッピングシーケンスです。 T1マップは、組織の変化および造影剤の動態に関する定量的情報を提供する。それは、間質性線維症又は浮腫1-6として拡散する心筋プロセスを検出することも可能である。また、画像データの単一のセットから、それが心臓機能とシネと反転回復調製した後期ガドリニウムエンハンスメント型MR画像1を生成することにより心筋瘢痕化を検討することができる。
提示映像は、ステップバイステップの手順が小動物CMRイメージングを実行するために示しています。ここでは、健康のSprague-Dawlが提示されエーラットは、しかし当然それは異なった心臓小動物モデルに拡張することができる。
Introduction
心筋炎は、急性心不全、突然死、そして慢性的拡張型心筋症7の主要な原因である。 CMRは、関数の測定のためと生体組織の分析でのゴールドスタンダード技術として確立されている。新規イメージング技術とイメージングの改善だけで心筋炎の診断を向上させるだけでなく、治療標的8-10の病態生理と速度同定の研究を支援することができませんでした。小動物イメージングは、心血管疾患の研究のための重要なツールです。このような後期ガドリニウム増強（LGE）などの日常臨床CMRで使用される技術は、簡単に動物の高い心拍数に起因する小動物CMRに転送することはできません、しかし、すでに11を示すことができた。小動物ルックロッカー反転回復（サリー）のアプローチは、マルチモーダル画像データを生成し、心機能と形態（ 図1の両方の包括的な評価を可能に設定しますND 3）。ここでは、具体的に、典型的なサリープロトコルで小動物イメージングのための手順とセットアップを示しています。特に、我々は、T1撮像データセットの再構築および分析を示す。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1。準備
1.1。ラットの麻酔
- ラットを麻酔にイソフルラン（5％の約3分室のサイズに応じて）で予め充填室にラットを置きます。
- 一度麻酔、ラットを取り外して重量を量る。
- 麻酔を維持するために、麻酔マスク（酸素1リットル/分でイソフルラン2〜3％）に、ラットの鼻を置きます。イソフルラン麻酔中に、ラットの心拍数は300から340 BPM（マウスで380-420 BPM）に減少。
1.2。尾静脈にカニューレを挿入する
- 血管がより簡単に見ることができるように、温水（38℃）と石鹸でラットの尾を洗ってください。
- 簡単に尾の外側面で見ることができるのどちらか静脈を、カニューレを挿入。 22-24 G IVカテーテルを使用して、約1/3の先端から道の試みを開始します。
- 初期の努力が失敗した場合、より近位に再試行します。
- 血SAMを取るヘマトクリットの分析のためのPLE（外体積分率= ECVを計算する必要が）。
- 皮膚接着剤やテープで静脈カテーテルを固定します。
1.3。電極のポジショニング
- アルコール飽和綿棒でまたは石鹸と水ですべての足蹠を清掃します。
- 四つの電極は、各足に1つずつ必要とされている。
- 足蹠の中央に電極を取り付け、粘着テープで固定します。
- ねじれ又はECG信号との干渉を引き起こすループの形成を最小限にするために互いに周りECGケーブルを編む。
2。スキャニング
2.1。動物とモニタリングの位置付け
- イメージングチューブに仰臥または腹臥位でラットを置き、位置コイルの中心の心臓。
- その鼻は（酸素1リットル/分で2〜3％）イソフルラン麻酔を実現コーンにかかっようにラットを配置します。ラットは、息を許可され自由に全体の撮像法を通して。
- 肛門口に温度計のセンサーを置き、テープでテーブルの上にそれを修正する。
- 体温を38±1℃の温水加熱システムによって維持される。加温マットは、コイルの外側に延在動物の下面態様下に置かれる。詳細は、MRI実験（ 図2）の概略図を参照してください。
- ECG電極を接続し、一度ECG信号は、イメージングを開始し安定しています。
2.2。スキャンプロトコル/イメージングパラメータ
- 本研究では70ミリメートル、内径とソレノイドコイルとフィリップスインゲニア3.0Tの臨床MRIシステムは、[MRシステム要件は小口径（ 例えば 16センチメートル）または専用の小動物と大口径（人間の大きさ、 例えば 65センチメートル）が使用されました500/min、酸素供給と麻酔ガスの除去システムのコイルは、最大心拍数のためのECGゲーティング機能]。
- ビューのMRI視野の中心に心を見つけるための調査から始まります。
- 位置が正しくなると、短軸画像のスタックの形状を決定するために二室と4室シネMRIの景色を続行します。
- サリー、二、四室の画像（PreSALLI）上の位置半ば空洞短軸スライス。 4,000ミリ秒の取得時間と4,000ミリ秒の緩和時間の組み合わせは、z軸に沿った磁化を十分に回収を可能にし、勾配の過熱を防止する。機能解析を可能にするために、位相が買収を加速する因子2の時間アンダーで、少なくとも12に設定する必要があります。
- ラットを動かさずに、留置カテーテルにガドリニウム系造影剤を注入する。 5分待ちます。
- 少なくとも7スライス（スライス厚2.4ミリメートル）で構成される、マルチスライス短軸スタックとしてサリーの計画をスタート。最も遠位の下の心臓とtの頂点になるようにスライスを置き彼のトップレベルは心臓弁にすぐ遠位である。短い軸がセプタムに垂直であることを確認してみてください。ほぼ30分毎（約3サリス）は造影剤の別の投与量を注入する。
- 画像取得が終了したときにスキャナからラットを削除し、麻酔から回復することを可能にする。
3。画像再構成
画像再構成は、専用の画像再構成ツールを使用して、事前定義された再構成パラメータ、またはオフラインを使用してオンラインのどちらかを行ってもよい。
3.1。オンライン復興
- 様々なパラメータを含めて定義することができます。
- 心周期内で再構成ウィンドウの位置と幅（心拍数300/minで収縮期T1マップを達成するために、50〜100ミリ秒からなど ）：T1マッピング用
- 再構築された無線する画像の位置と幅反転時間（TI）ウィンドウ番号：IR-準備（LGE）画像用（ 例えば TI 100-300ミリ秒、5枚は、TIS 100-150-200-250-300ミリ秒で5 LGE画像を生成するために）そのウィンドウ薄い。
3.2。オフライン復興
- 画像再構成のための専用ソフトウェアパッケージ（Gyrotools、チューリッヒ、スイス）を使用する場合は、よりインタラクティブな方法で三組のデータ（シネMR、反転回復とT1マップ）を抽出。
- 収縮末期または対応シネ画像を選択することにより、T1用の拡張末期の定義を調整します。
- カラーマップとしてT1マップを視覚化する。関心領域の上にマウスを渡すことによって、正確な値を検索します。画像は、さらなる分析（心筋血プールの前後のコントラストT1値からECVの計算など ）12に対して各種画像形式で記憶することができる。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ここでは、健康のSprague Dawley系ラットからの調査結果を示しています。我々は以前に記載さよく準備された動物の設定と、それは安定したECG信号を取得することが可能である。人間の心臓のMRIプロトコルと同様に、我々は心を見つけるために調査を開始。コイルラットの位置が正しければ、我々は、サリースタックのジオメトリを検出するために、二腔像、四腔像を続行。
サリー技術は、同時に取得された画像の3つのタイプを生成する。これらには、まず、ローカルおよびグローバルLVの機能を研究するために使用することができるシネ画像である。 CMRソフトウェアパッケージの助けを借りて評価されるパラメータは、LV収縮終期および拡張終期容積、駆出率、および質量が挙げられる。画像の第二のタイプは、正常心筋の最適なヌルの画像を選択することができる異なる公称TIを持つ複数のIR画像である。これは、焦点、心筋線維症/ SCと地域の最大強化を確実にAR、LGEイメージングのため、必要に応じて。第三に、T1マップが生成されます。 図3（代表T1マップ）に示すように、これらは健康的な心筋にわたって均質な緩和時間を示すべき。 gadopentetateジメグルミンの投与前に、心筋は、LVの空洞内に血液より短いT1の値を示す。造影剤の投与後の最初の数分で、血液のT1は、心筋のそれよりも短くなる。健康な動物から提示されたデータは、心筋全体にわたる均質T1挙動を示しているが、心筋梗塞のモデルにおける心筋傷害等の存在が影響を受けた地域でのT1短縮を実証します。 T1マップは心周期（ 図3c）のいずれかの段階のために再構成することができる。
図1。完全にサンプリングされたデータセットおよびマルチモーダル画像の再構成方式のためのパルスシーケンス方式トップ：サリーパルスシーケンス方式。断熱反転パルスの後に（180°）、第1の半径方向のセグメント（円のセグメント=着色セクタ）の画像データが連続的に事前定義されたADの間に連続した心位相（異なるサイズの円）および心臓サイクル（別の円の色）がサンプリングされる磁化は一定時間で回復しつつT1 *（実線）。時間分解能（例えば、心位相の数）は理論的には最小の繰り返し時間によって制限される。磁化が時定数T1（破線）との読み出しによって誘発される摂動なしで回復し、その間事前定義されたRD、後、プロセスは、T1マップの。A.復興ので、次の放射状のセグメントに対して繰り返されています。最初のステップでは、ADに包含心周期の数の原画像をdを取得して利用可能なすべての画像データから再構成されるRR間隔（収縮期など ）内で事前定義された時間枠をuring。第二工程では、画素単位の非線形カーブフィッティングを行い、得られたT1 *値は、これらの原画像からT1マップを生成するための磁化回復曲線の読み出し誘起ずれを補正する。IR調製された画像のB.再構成は。ための反転後の事前定義された間隔（ 例えば 100〜300ミリ秒）、反転時間の所定のステップ（ 例えば 25ミリ秒）で調製されたIR画像の組は、区間内で使用可能な全ての画像データから再構成される。シネ画像の再構成は、C.。心位相の所定数のシネ画像は、視野内の全ての長手磁化が少なくとも90％まで回復したた時点を超えて利用可能なすべての画像データから再構成される。 T1マップとシネと折返しの同時発生のため（Messroghli ら 、小動物を見てロッカー反転回復（サリー）高い心拍数におけるイオン回復準備画像：初期経験、放射線科2011。 ）RSNAから許可を得て転載。 より大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください 。
図2。 MRI実験。MRI実験のセットアップ、スキャン中に動物のホルダーとモニタリングの可能性の上に動物の位置を含む。
図3。健康Sprague-Dawleyラットからの代表的なサリー·スタック：）シネ画像拡張期、b）のシネ画像収縮、c）の gadopentetate-ジメグルミン（拡張期）、Dの静脈内投与前のT1マップ）Lgadopentetate-ジメグルミンの静脈内投与の前に、GEのイメージ。通常サリーデータ：スライス厚さ（mm）2.4、FOV（mm）の64×64;ピクセルスライスさ（mm）0.59×0.59;フリップ角10°、AD（ミリ）4,000; RD（ミリ）4,000、法。 TR / TE（ミリ秒）6.7/2.7、NSA 2、心臓フェーズ12、時間的なアンダーサンプリング因子2、心臓の周波数（BPM）320、スキャン時間7分。
AD =取得期間
毎分拍=ビート
CMR =心臓磁気共鳴
ECV =細胞外の体積分率
IR =反転回復
LGE =遅いガドリニウム増強
信号のNSA =数を平均
RD =緩和時間
サリー=小動物ルックロッカー反転回復
TR =繰り返し時間
TE =エコー時間
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ここでは、小動物のマルチモダリティ（シネMR、反転回復とT1マップ）MR画像を生成する手法を提案する。小動物の研究では、心血管疾患の研究にますます重要な役割を果たしており、CMRは、私たちは、心筋の機能、構造と組織の組成を勉強できるように強力なツールです。しかし、小動物CMRは、高い心拍数と小さな心臓の大きさに起因し固有の課題の数を持っています。より多くの時間効率の良い方法を含むイメージングの改善された方法は、この技術の開発においてさらなる役割を果たすことになる。
動物の初期セットアップは、このプロトコルの重要な部分です。これは、最適な画像の生成を可能にするためだけでなく、多くの場合、長時間の検査（復興を含む完全なプロトコルは約2時間かかります）全体で安定した状態を保つために動物を可能にするだけでなく、重要です。画像は、ECG、貧しいリード接点からの干渉とゲートされたように、またはECGケーブルから形成されたループから、長時間のスキャン時間やシーケンスの故障につながることができます。高い心拍数や不整脈に起因する貧弱ECG信号は、小動物CMRの主要な課題の1つです。また、温度および麻酔を慎重に正確で再現性の測定値を取得し、動物が長期の検査を受ける可能にするために制御しなければならない。標準的な人間のCMR試験と同様に、心臓次いで、短軸サリー画像（T1マップ）を実行するための2つの長軸シネスキャンし、続いて配置されている。 1）1つの単一の短軸プレコントラストサリーと複数短軸ポストコントラストサリー（ここで提示）：指定したアプリケーションによっては、サリー·イメージに関するバリエーションがいくつかあります。このアプローチは、機能情報、梗塞サイズ、ECVに関する基本的な情報を得ることができる。 2）複数の短軸プレコントラストと複数短軸ポストコントラストサリー。このプロトコルはregionaに関する情報を追加長時間スキャン時間を犠牲にしてECV lの心筋の浮腫と分布（急性心筋梗塞になど ）。 3）シングルスライス前後コントラストサリー、マルチスライス従来シネ。このクイックアプローチは、機能情報とグローバルECVをもたらし、かつびまん性心筋疾患のモデルで十分かもしれません。
既存のCMRシーケンスは人間と小動物の両方で優れたシネMR画像を得ることができます。小動物におけるLGEイメージングが課題である。高い心拍数のため、反転回復準備シーケンスの取得時間は、健康な心筋からの信号をnullに反転時間を調整するとの深刻な問題を引き起こす画像13、あたり6-10分に増加される。
T1定量化は、組織の特性やガドリニウム動態に関する情報を提供します。典型的な心臓のT1方法はaccuratを可能にするために別の反転時間で複数の画像の取得を要求する基礎T1曲線14のEフィッティング。人間のアプリケーションのためのT1マッピング技術は、通常150から200ミリ秒の各期間で非セグメント生の画像を取得する。この方法は、毎分200-600ビートから心拍数が（ - 300ミリ秒100の心周期をIE）期待されている小動物、適していません。サリー、それにより心筋T1はラットで定量することができるように、セグメント化されたアプローチを使用してこの問題を解決する。
T1マッピングは心筋の特性評価に定量的なアプローチを提供します。従って、拡散したプロセスを研究することができる。 T1の値は、心筋における慢性的変化の研究を可能にし、個々の研究及び個別被写体間で比較することができる。同時に機能と心筋の特性を評価する能力は心筋傷害の年次形成の研究が可能になります。将来的には、マルチモーダルイメージングは、定性的およびquantitと機能情報との組み合わせが可能になります心血管疾患のより完全な画像を提供するために、心筋のative査定。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
全ての動物の手順は、実験動物のケアと使用に関するガイドラインに従って実施され、地元の動物ケアの当局によって承認された。利害の衝突は宣言されていない。
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).
