Summary
Kontrast hjertestans magnetisk resonans (CMR) avbildning gjør omfattende
Abstract
Små dyr magnetic resonance imaging er et viktig verktøy for å studere hjertets funksjon og endringer i hjerteinfarkt vev. De høye hjertefrekvens for små dyr (200-600 slag / min) har tidligere begrenset rolle CMR bildebehandling. Små dyr Look-Locker inversjon recovery (SALLI) er en T1 kartlegging sekvens for små dyr å løse dette problemet en. T1 kart gir kvantitativ informasjon om vevsendringer og kontrastmiddel kinetikk. Det er også mulig å detektere diffuse myokardielle prosesser slik som interstitiell fibrose eller ødem 1-6. Videre, fra et enkelt sett med bildedata, er det mulig å undersøke hjertefunksjon og hjerteinfarkt arrdannelse ved å generere cine og inversjon utvinning forberedt sent gadolinium enhancement-type MR-bilder en.
Den presenterte videoen viser trinn-for-trinn prosedyrer for å utføre små dyr CMR bildebehandling. Her er det presentert med en sunn Sprague-Dawley rotte, men naturligvis kan det utvides til forskjellige kardiale små dyremodeller.
Introduction
Myokarditt er en viktig årsak til akutt hjertesvikt, plutselig død, og kronisk dilatert kardiomyopati 7. CMR er etablert som gull standard teknikk for måling av funksjon, og for in vivo vev analyse. Novel avbildningsteknikker og forbedringer i avbildning kan ikke bare forbedre diagnose av myokarditt, men også hjelpe til studiet av den patofysiologi og hastigheten identifikasjon av terapeutiske mål 8-10. Små dyr imaging er et viktig verktøy for studier av hjerte-og karsykdommer. Teknikker som brukes rutinemessig i klinisk CMR, for eksempel sent gadolinium ekstrautstyr (LGE) kan ikke enkelt overføres til små dyr CMR grunn av dyrenes høye hjerte priser, men kan allerede være vist 11. Den lille dyret Look-Locker inversjon recovery (SALLI) tilnærming genererer multimodale bildedata setter åpner for omfattende vurdering av både hjertefunksjon og morfologi (figur 1 and 3). Her viser vi, i detalj, prosedyren og oppsett for små dyr bildebehandling med en typisk SALLI protokollen. Spesielt viser vi rekonstruksjon og analyse av T1 tenkelig datasett.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
En. Forberedelse
1.1. Bedøvelse av rottene
- Plasser rotte inn i et kammer fylt inn med isofluran (avhengig av størrelsen av kammeret omtrent 3 minutter i 5%) for å bedøve rotte.
- Når bedøvet, ta rotta og veie det.
- Plasser nesen på rotte i anestesi maske (isofluran 2-3% oksygen i en l / min) for å opprettholde bedøvelsen. Under anestesi med isofluran, hjertet priser av rotter reduseres til 300-340 bpm (380-420 bpm hos mus).
1.2. Sett inn en hale vene kanyle
- Vask halen av rotte med varmt vann (38 ° C) og såpe for å tillate at blodårene til å være mer lett synlig.
- Cannulate enten vene, som lett kan sees på den laterale del av halen. Ved hjelp av en 22-24 G iv kateter, begynner forsøk ca 1/3 av veien fra spissen.
- Hvis de innledende innsats er mislykket, prøv igjen mer proksimalt.
- Ta blod sampel for analyse av hematokrit (nødvendig å beregne ekstracellulære volumfraksjon = ECV).
- Fest iv kateter med hud lim og tape.
1.3. Plassering av elektrodene
- Rengjør alle footpads med alkohol mettet bomullspinne eller med såpe og vann.
- Fire elektroder er nødvendige, ett for hver fot.
- Feste elektrodene til midten av fotpute og sikres med klebebånd.
- Vri eller flette EKG-kabler rundt hverandre for å minimalisere dannelsen av løkker som skulle forårsake interferens med EKG-signalet.
2. Skanning
2.1. Posisjonering av dyret og overvåking
- Plasser rotte i ryggleie eller i liggende stilling på avbildning rør og plassere hjertet i sentrum av spiralen.
- Ordne den rotte slik at dens nese hviler på konusen som leverer isoflurananestesi (2-3% oksygen i en l / min). Rotten blir tillatt å åndefritt gjennom hele prosedyren avbildning.
- Plasser sensoren av termometeret ved anal åpningen og fikse det på bordet med tape.
- Kroppstemperatur holdes ved 38 ± 1 ° C ved en varm vann-varmesystem. Den varmende matten er plassert under den nedre del av dyret som strekker seg utenfor spolen. Vennligst se skjematisk fremstilling av MR eksperimentelle oppsettet (figur 2) for flere detaljer.
- Koble EKG-elektroder, når EKG-signalet er stabilt begynne bildebehandling.
2.2. Scan protokoll / Imaging parametere
- I denne studien en Philips Ingenia 3.0T klinisk MR-systemet med en magnetventil kveil med 70 mm indre diameter ble brukt [MR systemkravene er en liten diameter (f.eks 16 cm) eller større diameter (menneskelig størrelse, f.eks 65 cm) med dedikerte små dyr coil, EKG-gating evner for hjerte priser opptil 500/min, oksygentilførsel og en fjerning system for narkosegasser].
- Begynn med en undersøkelse for å lokalisere hjertet i midten av MR synsfelt.
- Når posisjonen er riktig, fortsetter du med to-kammer og fire-kammer cine MR visninger for å bestemme geometrien i bunken av kort akse bilder.
- For SALLI, posisjon midt hulrom kort akse skive på to-og fire-kammer bilder (PreSALLI). En kombinasjon av 4000 msek varighet anskaffelse og 4000 msek varighet avslapping tillater tilstrekkelig gjenvinning av magnetiseringen langs z-aksen og forhindrer overoppheting av gradienter. For å aktivere funksjonell analyse, bør faser settes til minst 12, med temporal undersampling av faktor 2 til å akselerere oppkjøp.
- Injisere gadolinium-baserte kontrastmiddel inn i inneliggende kateter, uten å flytte rotte. Vent fem minutter.
- Start planleggingen SALLI som multislice kort akse stack, bestående av minst syv stykker (skivetykkelse 2,4 mm). Plasser skivene, slik at den mest distale er under toppen av den hjerte-og than øverste nivå er bare perifert for hjerteklaffene. Prøve for å sikre at de korte aksene står vinkelrett på skilleveggen. Nesten hver 30 minutter (rundt tre Sallis) injisere en ny dose med kontrastmiddel.
- Når bildet oppkjøpet er ferdig fjerner rotta fra skanneren, og la den komme seg fra anestesi.
3. Bilde Rekonstruksjon
Bilde rekonstruksjon kan utføres enten på nettet ved hjelp av forhåndsdefinerte gjenoppbygging parametre, eller offline ved hjelp av en dedikert bilde rekonstruksjon verktøyet:
3.1. Online Rekonstruksjon
- Ulike parametere kan defineres inkludert:
- For T1 mapping: location og bredden på gjenoppbygging vindu i hjertets syklus (f.eks fra 50 til 100 millisekunder å oppnå systolisk T1 kart på puls 300/min)
- For IR-preparerte (LGE) bilder: plassering og bredden på inversjon tid (TI) vindu og antall bilder å være rekonstruert witynn at vinduet (f.eks TI 100-300 millisekunder, 5 bilder, for å generere fem LGE bilder med TIS 100-150-200-250-300 msek).
3.2. Offline Rekonstruksjon
- Når du bruker en dedikert programvare pakke (Gyrotools, Zürich, Sveits) for bilde gjenoppbygging, trekke ut tre sett med data (cine MR, inversjon utvinning og T1 maps) i en mer interaktiv måte.
- Justere definisjonen av ende-systole eller end-diastole for T1 ved å velge tilsvarende cine bildet.
- Visualisere T1 kart som fargekart. Finn eksakte verdier ved å føre musen over et område av interesse. Bilder kan lagres i ulike bildeformater for videre analyse (f.eks beregning av ECV fra pre-og post-kontrast T1 verdier av hjertemuskelen og blod basseng) 12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Her viser vi resultatene fra en sunn Sprague Dawley Rat. Med et godt forberedt dyr oppsett vi beskrevet tidligere, er det mulig å få en stabil EKG-signaler. I likhet med humane kardiale MRI protokoller, starter vi med en undersøkelse for å finne hjertet. Hvis posisjonen av rotte i spolen er korrekt, fortsetter vi med en to-kammer visning og en fire-kammer sikte på å detektere den geometri for SALLI stabelen.
Den SALLI teknikk produserer tre typer bilder innsamlet ved den samme tid. Disse er, for det første, cine bilder som kan brukes til å studere lokale og globale LV funksjon. LV parametere som skal vurderes ved hjelp av en CMR programvarepakken inkluderer slutten systolisk og end diastolisk volum, ejeksjonsfraksjon, og masse. Den andre typen bilde er flere IR-bilder med ulik nominell TI, hvorfra bildene med optimal nulling av normal myokard kan velges. Dette sikrer maksimal forbedring av områder med fokal hjerteinfarkt fibrose / scar, som er nødvendig for LGE avbildning. For det tredje, er T1 maps generert. Disse bør demonstrere homogene relaksasjonstid fremfor sunn myokardium som vist i figur 3 (som representerer T1 kartet). Før administrering av gadopentetate Dimeglumin, viser myokard kortere T1 verdier enn blod i LV hulrom. I de første minutter etter administrering av kontrastmiddel, er T1 av blod forkortes mer enn det av myokardium. Mens de presenterte data fra en sunn dyr viser homogen T1 atferd på tvers av hele hjertemuskelen, vil tilstedeværelse av skade på hjertet f.eks i modeller av hjerteinfarkt demonstrere T1 forkorting i den berørte regionen. T1 Kartene kan rekonstrueres for enhver fase av hjertets syklus (Figur 3c).
Figur 1. Pulssekvens ordningen for fullt samplet datasett og gjenoppbygging ordninger for multimodale bilder Topp:. SALLI pulssekvens ordningen. Etter en adiabatisk inversjon puls (180 °), blir bildedata for første radial segment (segment = fargede sektorer av sirkler) kontinuerlig samplet for påfølgende hjertestans faser (sirkler i ulike størrelser) og hjerte sykler (forskjellige sirkel farger) under en forhåndsdefinert AD mens magnetiseringen gjenoppretter med en tidskonstant T1 * (heltrukket linje). Tidsmessig oppløsning (for eksempel antall kardiale faser) er teoretisk begrenset av minimum repetisjon tid. Etter en forhåndsdefinert RD, hvor magnetiseringen gjenvinner uten avlesnings-induserte forstyrrelser med en tidskonstant T1 (stiplet linje), blir prosessen gjentatt for den neste radiale segment, og så videre. A. Rekonstruksjon av T1 kart. I et første skritt, rå bilder for antall kardiale sykluser omfattes av AD er rekonstruert fra alle tilgjengelige bildedata kjøpt dutskillingsmodul en forhåndsdefinert tid vindu i RR intervallet (f.eks under systole). I et andre trinn blir piksel-messig ikke-lineær kurvetilpasning utføres og resulterende T1 * verdier som er korrigert for utlesing-indusert avvik av magnetiseringen utvinning kurve for å generere kart T1 fra disse rå-bilder. B. Rekonstruksjon av IR-preparerte bilder. For et forhåndsdefinert intervall etter inversjon (f.eks 100-300 millisekunder), et sett med IR-preparerte bilder med forhåndsdefinerte trinn på inversjon tid (f.eks 25 ms) er rekonstruert fra alle bildedata tilgjengelige innenfor intervallet. C. Rekonstruksjon av cine bilder. Cine bilder for et forhåndsdefinert antall kardiale faser er rekonstruert fra alle bildedata tilgjengelig utover tiden punktet hvor alle langsgående magnetiseringen innenfor synsfeltet hadde utvunnet med minst 90%. (Messroghli et al., Små dyr look locker inversjon recovery (SALLI) for samtidig generasjon av T1 kart og filmutstyr og reversion utvinning forberedt bilder med høy puls: innledende erfaring, 2011 radiologi. Gjengitt med tillatelse fra RSNA). Klikk her for å se større figur .
Figur 2. MR eksperimentelle oppsettet. MR eksperimentelle oppsettet, inkludert dyr posisjonering på dyret holder og overvåking muligheter når du skanner.
Figur 3. Representant SALLI stabelen fra en frisk Sprague-Dawley rotte: a) smalfilm image diastole, b) smalfilm image systole, c) T1 kart før intravenøs administrasjon av gadopentetate-Dimeglumin (diastole), d) LGE bildet før intravenøs administrasjon av gadopentetate-Dimeglumin. Vanligvis SALLI data: slice tykkelse (mm) 2,4; FOV (mm) 64 x 64; pixel skive (mm) 0.59 x 0.59; flip vinkel 10 °, AD (millisekunder) 4000, RD (millisekunder) 4000, Act. TR / TE (millisekunder) 6.7/2.7, NSA 2, hjerte faser 12; temporal undersampling faktor 2, hjerte-frekvens (bpm) 320, varigheten til skanningen 7 minutter.
AD = oppkjøpet varighet
bpm = beats per minutt
CMR = hjertestans magnetisk resonans
ECV = ekstracellulær volum fraksjon
IR = inversjon recovery
LGE = sent gadolinium ekstrautstyr
NSA = Antall Signaler gjennomsnitt
RD = avslapning varighet
SALLI = små dyr Look-Locker inversjon recovery
TR = repetisjon tid
TE = ekkotid
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Her presenterer vi en metode for å generere multi-modalitet (cine MR, inversjon-utvinning og T1 maps) MR-bilder i små dyr. Små dyr forskning spiller en stadig viktigere rolle i hjerte-og karsykdommer forskning, og CMR er et kraftig verktøy som tillater oss å studere funksjon, struktur og vev sammensetningen av hjertemuskelen. Imidlertid har lite dyr CMR en rekke unike utfordringer på grunn av den høye hjerte priser og lite hjerte størrelse. Forbedrede metoder for bildebehandling, inkludert mer tid effektive metoder vil spille en videre rolle i utviklingen av denne teknikken.
Den innledende oppsett av dyret er en kritisk del av denne protokollen. Det er viktig ikke bare for å tillate generering av optimale bilder, men også for å tillate at dyret til å forbli stabilt i hele ofte langvarig undersøkelse (inkludert fullstendige protokollen rekonstruksjon tar omtrent 2 timer). Som bildene er inngjerdet med EKG, forstyrrelser fra dårlig ledelse kontakt, ellerfra looper dannet fra EKG-kabler, kan føre til langvarig søketidene eller feil av sekvensene. En fattig EKG-signalet på grunn av høy puls eller arytmi er en av de viktigste utfordringene i den lille dyret CMR. I tillegg må temperatur og anestesi kontrolleres nøye for å oppnå nøyaktige, reproduserbare målinger og tillate dyrene igjennom en lang undersøkelse. På en lignende måte som en standard human CMR undersøkelse, hjertet er plassert, etterfulgt av to lang-aksen cine skanninger som deretter tillater den korte aksen SALLI bilder (T1) til å bli utført. Avhengig av den gitte programmet, er det en rekke varianter angående Decoramics bilder: 1) Ett enkelt kort-aksen pre-kontrast SALLI og flere kort-aksen post-kontrast SALLI (som presenteres her). Denne tilnærmingen gjør det mulig funksjonell informasjon, infarktstørrelsen, og grunnleggende informasjon om ECV som skal oppnås. 2) Flere short-aksen pre-kontrast og flere kort-aksen post-kontrast SALLI. Denne protokollen legger til informasjon på regional myocardial ødem og distribusjon av ECV (f.eks ved akutt hjerteinfarkt) på bekostning av langvarig scan tid. 3) Single-slice pre-og post-kontrast SALLI, multi-slice konvensjonell smalfilm. Denne rask tilnærming gir funksjonell informasjon og global ECV, og kan være tilstrekkelig i modeller av diffuse hjerteinfarkt sykdom.
Eksisterende CMR sekvenser kan oppnå gode cine MR-bilder i både mennesker og små dyr. LGE bildebehandling i små dyr er fortsatt en utfordring. På grunn av de høye hjerte priser, oppkjøp tid for en inversjon recovery forberedt sekvens er økt til 6-10 minutter per 13 image, noe som fører til alvorlige problemer med å justere inversjon tid til null signal fra sunn hjertemuskelen.
T1 kvantifisering gir informasjon om vev egenskaper og gadolinium kinetikk. Typiske kardiale T1 metodene krever kjøp av flere bilder med ulike inversjon ganger for å gi en accurate montering av underliggende T1 kurve 14. T1 kartlegging teknikker til humant konsum vanligvis skaffe ikke-segmenterte rå bilder med varighet på 150-200 msek hver. Denne metoden er ikke egnet for små dyr, hvor hjertet priser 200-600 slag per minutt forventes (dvs. kardiale sykluser på 100-300 ms). SALLI løser dette problemet ved hjelp av en segmentert måte, og dermed lar myokardielle T1 å bli kvantifisert i rotter.
T1 kartlegging gir en kvantitativ tilnærming til karakterisering av hjertemuskelen. Den lar derfor diffuse prosesser for å bli undersøkt. T1 verdier kan sammenlignes mellom individuelle studier og enkelte fag, slik at studiet av kroniske forandringer i hjertemuskelen. Evnen til samtidig å vurdere myokardial funksjon og egenskaper vil tillate undersøkelse av den kronologisk dannelse av myokardial skade. I fremtiden vil multimodal bildebehandling tillate kombinasjonen av funksjonell informasjon med kvalitativ og quantitrelativ vurdering av hjertemuskelen å gi et mer fullstendig bilde av hjerte-og karsykdommer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle dyr prosedyrer ble utført i samsvar med retningslinjer for Care og bruk av forsøksdyr, og godkjent av de lokale dyr omsorg myndigheter. Ingen interessekonflikter erklært.
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 Myocarditis. Lancet. 379, 738-747 (2012).
- Skouri, H. N., Dec, G. W., Friedrich, M. G., Cooper, L. T. Noninvasive imaging in myocarditis. J. Am. Coll. Cardiol. , 2085-2093 (2006).
- 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).
