Summary
Kontrastverstärkte kardiale Magnetresonanztomographie (CMR)-Bildgebung ermöglicht eine umfassende
Abstract
Kleintier-Magnetresonanz-Bildgebung ist ein wichtiges Instrument, um die Herzfunktion und Veränderungen im Herzmuskelgewebe zu studieren. Die hohen Herzfrequenzen von Kleintieren (200 bis 600 Schläge / min) haben die Rolle der Bildgebung CMR begrenzt. Kleintier-Look-Locker Inversion-Recovery (SALLI) ist ein T1-Mapping-Sequenz für Kleintiere, dieses Problem zu überwinden 1. T1 Karten liefern quantitative Informationen über Gewebeveränderungen und Kontrastmittel Kinetik. Es ist auch möglich, diffuse myokardialen Prozesse wie interstitielle Fibrose oder Ödem 1-6 zu erkennen. Weiterhin ist aus einem einzigen Satz von Bilddaten ist es möglich, die Herzfunktion und die myokardiale Narben durch Erzeugen cine und Inversion-Recovery-zubereitete Ende Gadolinium Anreicherungs-MR-Bildern 1 zu untersuchen.
Das vorgestellte Video zeigt Schritt-für-Schritt die Verfahren zur Kleintier-Bildgebung CMR durchzuführen. Hier wird mit einer gesunden Sprague-Dawl präsentiertey Ratte, aber natürlich kann es zu verschiedenen kardialen kleinen Tiermodellen verlängert werden.
Introduction
Myokarditis ist eine der Hauptursachen der akuten Herzversagen, plötzlicher Tod und chronische Kardiomyopathie 7. CMR hat als Goldstandard-Technik zur Messung der Funktion und für in vivo Tissue-Analyse nachgewiesen. Neuartige bildgebende Verfahren und Verbesserungen in der Bildgebung konnte nicht nur zur Verbesserung der Diagnose der Myokarditis, sondern auch helfen, das Studium der Pathophysiologie und Geschwindigkeit Identifizierung therapeutischer Targets 8-10. Kleintier-Bildgebung ist ein wichtiges Werkzeug für die Untersuchung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Techniken routinemäßig in der klinischen CMR verwendet werden, wie spät Gadolinium Enhancement (LGE) nicht einfach auf kleine Tier CMR wegen der Tiere hohe Herzfrequenzen übertragen werden; konnte aber bereits 11 gezeigt werden. Das kleine Tier Look-Locker Inversion-Recovery (SALLI) Ansatz erzeugt multimodalen Bilddaten setzt damit für die umfassende Bewertung sowohl Herzfunktion und Morphologie (Abb. 1 and 3). Hier zeigen wir im Detail, das Verfahren und die Einrichtung für Kleintier-Bildgebung mit einem typischen SALLI Protokoll. Insbesondere zeigen wir die Rekonstruktion und Analyse der T1 Bildgebung Datensätze.
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Protocol
1. Vorbereitung
1.1. Anästhesie der Ratten
- Legen Sie die Ratte in eine Kammer mit Isofluran (abhängig von der Größe der Kammer etwa 3 Minuten von 5%) vorausgefüllt, um die Ratte zu betäuben.
- Einmal betäubt, entfernen Sie die Ratte und gewogen.
- Legen Sie die Nase der Ratte in der Anästhesie-Maske (2-3% Isofluran in Sauerstoff 1 L / min) auf die Anästhesie zu halten. Während der Narkose mit Isofluran, die Herzfrequenz von 300-340 bpm Ratten (380-420 bpm in Mäuse) zu verringern.
1.2. Legen Sie eine Schwanzvene Kanüle
- Waschen Sie den Schwanz der Ratte mit warmem Wasser (38 ° C) und Seife, um die Blutgefäße zu leichter gesehen.
- Kanülieren entweder Vene, die sich leicht auf der lateralen Seite des Schwanzes zu sehen. Mit einem 22-24 G iv Katheter, beginnen Versuche etwa 1/3 des Weges von der Spitze.
- Wenn die anfänglichen Bemühungen erfolglos sind, mehr proximal wiederholen.
- Nehmen Blut sample für die Analyse von Hämatokrit (notwendig extrazellulären Volumenanteil = ECV berechnen).
- Sichern Sie die iv Katheter mit der Haut kleben und Klebeband.
1.3. Die Positionierung der Elektroden
- Reinigen Sie alle Straßenräuber mit Alkohol gesättigt Tupfer oder mit Wasser und Seife.
- Vier Elektroden benötigt werden, eine für jeden Fuß.
- Bringen Sie die Elektroden auf der Mitte der Fußsohle und sichern Sie sie mit Klebeband.
- Twist oder Zopf die EKG-Kabel umeinander, um die Bildung von Maschen, die eine Störung des EKG-Signals würde zu minimieren.
2. Scannen
2.1. Positionieren des Tieres und Überwachung
- Legen Sie die Ratte in einer Rücken-oder Bauchlage auf die Bildröhre und positionieren das Herz in der Mitte der Spule.
- Anordnen der Ratte, so daß die Nase in den Kegel, der Isofluran-Narkose liefert (2-3% Sauerstoff in 1 L / min) liegt. Die Ratte wird zum Atem erlaubtfrei in der gesamten Imaging-Verfahren.
- Platzieren Sie den Sensor des Thermometers an der analen Öffnung und befestigen Sie es auf den Tisch mit Klebeband.
- Die Körpertemperatur wird bei 38 ± 1 ° C durch eine Warmwasserheizung. Die Erwärmung Matte wird unter dem unteren Aspekt des Tieres, die außerhalb der Spule platziert erstreckt. Bitte beachten Sie die schematische Darstellung des MRI Versuchsaufbau (Abbildung 2) für weitere Details.
- Schließen Sie die EKG-Elektroden, wenn das EKG-Signal ist stabil beginnen Bildgebung.
2.2. Scan-Protokoll / Imaging Parameter
- In dieser Studie wurde ein Philips Ingenia 3.0T klinischen MRT-System mit einer Magnetspule mit 70 mm Innendurchmesser verwendet wurde [MR Systemanforderungen sind eine kleine Bohrung (zB 16 cm) oder große Bohrung (menschliche Größe, zB 65 cm) mit dedizierten Kleintier Spule, EKG-Gating-Funktionen für Herzfrequenzen bis 500/min, Sauerstoffversorgung und eine Entnahme für Narkosegasen].
- Beginnen Sie mit einer Umfrage, um das Herz in der Mitte des MRI Sichtfeld lokalisieren.
- Sobald die richtige Position ist, mit zwei Kammern und Vier-Kammer-cine MRI Ansichten weiterhin die Geometrie des Stapels von Kurzachsenschnitt bestimmen.
- Für SALLI, Position Mitte Hohlraum Kurzachsenschnitt auf den Zwei-und Vier-Kammer-Bilder (PreSALLI). Eine Kombination von 4,000 ms Aufnahmedauer und 4000 msec Entspannzeitdauer ermöglicht ausreichende Wiederherstellung der Magnetisierung entlang der z-Achse und verhindert eine Überhitzung des Gradienten. Um funktionelle Analyse zu ermöglichen, sollten Phasen auf mindestens 12 gesetzt werden, mit zeitlichen Unterabtastung von Faktor 2 bis Akquisition beschleunigen.
- Injizieren Sie die Gadolinium-basierte Kontrastmittel in den Dauerkatheter, ohne Verschieben der Ratte. Warten Sie fünf Minuten.
- Planen SALLI als Mehrschicht kurzen Achse Stapel, bestehend aus mindestens 7 Scheiben (Schichtdicke 2,4 mm). Positionieren der Scheiben, so daß die am weitesten distal unterhalb der Herzspitze und ter oberste Ebene ist nur distal der Herzklappen. Versuchen Sie, um sicherzustellen, dass die kurzen Achsen senkrecht zur Scheidewand. Fast alle 30 Minuten (rund drei Sallis) injizieren eine weitere Dosis des Kontrastmittels.
- Wenn Bildaufnahme beendet ist entfernen Sie die Ratte aus dem Scanner und lassen Sie es von der Narkose zu erholen.
3. Bildrekonstruktion
Bildrekonstruktion kann durchgeführt werden entweder online über vordefinierte Parameter Wiederaufbau, oder offline mit einem dedizierten Bildrekonstruktion Tool:
3.1. Online Wiederaufbau
- Verschiedene Parameter können definiert werden, einschließlich:
- Für T1-Mapping: Lage und Breite der Rekonstruktion Fenster innerhalb des Herzzyklus (zB von 50 bis 100 ms, um den systolischen T1 Karte bei Herzfrequenz 300/min zu erreichen)
- Für IR-vorbereitet (LGE) Bilder: Lage und Breite der Inversion Zeit (TI) Fenster und die Anzahl der Bilder, um rekonstruierte wi seindünn, dass Fenster (zB TI 100-300 ms, 5 Bilder, bis 5 LGE Bilder mit TI 100-150-200-250-300 ms zu erzeugen).
3.2. Offline-Rekonstruktion
- Bei der Verwendung eines speziellen Software-Paket (GyroTools, Zürich, Schweiz) zur Bildrekonstruktion, extrahieren Sie die drei Sätze von Daten (Cine MR, Inversion-Recovery-und T1 Karten) in einer interaktiven Weise.
- Stellen Sie die Definition von Endsystole oder Enddiastole für die T1 durch Auswahl der entsprechenden cine Bild.
- Visualisieren T1 Karten als farbige Karten. Finden Sie exakte Werte, indem die Maus über einen Bereich von Interesse. Bilder können in verschiedenen Bildformaten zur weiteren Analyse (zB Berechnung der ECV von Pre-und Post-Kontrast T1 Werte Myokard und Blut-Pool) 12 gespeichert werden.
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Representative Results
Hier zeigen wir die Erkenntnisse aus einer gesunden Sprague Dawley Ratte. Mit einer gut vorbereiteten Tier Setup wir zuvor beschrieben, ist es möglich, eine stabile EKG-Signal zu erhalten. Ähnlich wie bei menschlichen Herz-MRT-Protokolle, beginnen wir mit einer Umfrage, um das Herz zu finden. Wenn die Position der Ratte in der Spule korrekt ist, fahren wir mit einem Zwei-Kammer-Blick und einem Vier-Kammer-Blick auf die Geometrie für die SALLI Stapel erfassen.
Die SALLI Technik erzeugt drei Arten von Bildern gleichzeitig erfasst. Dies sind zum einen, cine Bilder, die verwendet werden, um lokale und globale LV-Funktion studieren kann. LV-Parameter mit Hilfe eines CMR Softwarepaket beurteilen umfassen Ende systolischen und enddiastolischen Volumina, Ejektionsfraktion und Masse. Die zweite Art von Bild mehrere IR-Bilder mit verschiedenen nominalen TI, aus dem die Bilder mit optimaler Nullung normalem Myokard ausgewählt werden. Dies gewährleistet maximale Verstärkung von Bereichen mit Schwerpunkt Myokardfibrose / scar, als notwendig für LGE Bildgebung. Drittens werden T1 Karten generiert. Diese sollten homogene Relaxationszeiten als gesundes Myokard zeigen, wie in 3 (T1 repräsentativen Karte) gezeigt. Vor der Verabreichung von Gadopentetatdimeglumin weist Myokard kürzere T1-Werte als Blut innerhalb des LV Hohlraum. In den ersten Minuten nach der Verabreichung des Kontrastmittels wird T1 von Blut mehr als der Herzmuskel verkürzt. Die vorgestellten Daten aus einem gesunden Tier zeigt homogene T1 Verhalten über die gesamte Myokard, würde das Vorhandensein von Myokardschäden zB in Modellen von Myokardinfarkt zeigen T1 Verkürzung in der betroffenen Region. T1 Karten kann für jede Phase des Herzzyklus (Abbildung 3c) rekonstruiert werden.
Abbildung 1. Impulsfolgeüberwachung Regelung für vollständig abgetastet Datensätze und Wiederaufbau-pläne von multimodalen Bilder oben:. SALLI Pulssequenz Schema. Nach einem adiabatischen Inversionsimpuls (180 °), werden Bilddaten für die erste radiale Abschnitt (Segment = farbigen Kreissektoren) kontinuierlich aufeinanderfolgenden Herzphasen (Kreise unterschiedlicher Größe) und Herzzyklen (unterschiedliche Farben Kreis) während einer vorgegebenen AD abgetasteten während Magnetisierung wieder mit einer Zeitkonstante T1 * (durchgezogene Linie). Zeitliche Auflösung (z. B. Anzahl der Herzphasen) ist theoretisch durch minimale Wiederholung zeitlich begrenzt. Nach einer vorgegebenen RD, während der die Magnetisierung wieder ohne Auslese-induzierte Störungen mit einer Zeitkonstante T1 (gestrichelte Linie), wird der Prozess für das nächste Segment radial wiederholt und so weiter. A. Rekonstruktion T1 Karten. In einem ersten Schritt umfasste Rohbilder für die Anzahl der kardialen Zyklen von AD werden von allen verfügbaren Bilddaten erworben d rekonstruiertährend eines vorgegebenen Zeitfensters innerhalb des RR-Intervalls (zB während der Systole). In einem zweiten Schritt wird pixelweise nichtlineare Kurvenanpassung durchgeführt und daraus resultierende T1 *-Werte sind für das Auslesen induzierten Abweichung der Magnetisierung Erholungskurve T1 Karte aus diesen Rohstoffen Bilder zu erzeugen korrigiert. B. Rekonstruktion IR hergestellten Bildern. Für eine vorgegebene Zeitspanne, nach Inversion (z. B. 100-300 ms), eine Reihe von IR-vorbereiteten Bilder mit vorgegebenen Schritten der Inversion Zeit (z. B. 25 ms) aus den Bilddaten innerhalb des Intervalls rekonstruiert. C. Rekonstruktion cine. Cine Bilder für eine vorgegebene Anzahl von Herzphasen von allen Bilddaten verfügbar über den Zeitpunkt, zu dem alle longitudinale Magnetisierung innerhalb des Sichtfeldes um mindestens 90% erholt hatten rekonstruiert. (Messroghli et al., Kleintier-Look locker Inversion-Recovery (SALLI) zur gleichzeitigen Erzeugung von T1 Karten und cine und reversion Erholung präparierte Bilder bei hohen Herzfrequenzen: erste Erfahrungen, Radiologie Jahr 2011. Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von RSNA). Klicke hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen .
Abbildung 2. MRI Versuchsaufbau. MRI Versuchsaufbau, einschließlich Tier Positionierung auf die Tierhalter und die Überwachungsmöglichkeiten während des Scannens.
Abbildung 3. Repräsentative SALLI Stapel von einem gesunden Sprague-Dawley-Ratte: a) cine Bild Diastole, b) cine Bild Systole, c) T1 Karte vor der intravenösen Gabe von Gadopentetat-Dimeglumin (Diastole), d) LGE Bild vor der intravenösen Verabreichung von Gadopentetat-Dimeglumin. Typischerweise SALLI Daten: Schichtdicke (mm) 2,4; FOV (mm) 64 x 64; Pixel-Slice (mm) 0,59 x 0,59; Flipwinkel 10 °, AD (ms) 4,000; RD (ms) 4.000, Act. TR / TE (ms) 6.7/2.7; NSA 2, Herzphasen 12; zeitliche Unterabtastung Faktor 2, Herzfrequenz (bpm) 320; Scan Dauer 7 Minuten.
AD = Erwerb Dauer
bpm = beats per minute
CMR = kardiale Magnetresonanztomographie
ECV = extrazelluläre Volumenanteil
IR = Inversion-Recovery-
LGE = späten Gadolinium Enhancement
NSA = Anzahl der Signale gemittelt
RD = Entspannung Dauer
SALLI = kleines Tier Look-Locker Inversion-Recovery-
TR = Repetitionszeit
TE = Echozeit
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Discussion
Hier präsentieren wir eine Methode, um Multi-Modalität (Cine MR, Inversion-Recovery-und T1 Karten) MR-Bilder in kleine Tiere zu erzeugen. Kleintier-Forschung spielt eine zunehmend wichtige Rolle in der Herz-Kreislauf-Krankheit Forschung und CMR ist ein leistungsstarkes Tool ermöglicht es uns, die Funktion, Struktur und Zusammensetzung Gewebe des Herzmuskels zu studieren. Allerdings hat Kleintier CMR eine Reihe von einzigartigen Herausforderungen aufgrund der hohen Herzfrequenzen und kleine Herzen Größe. Verbesserte Methoden der Bildgebung, darunter mehr Zeit effiziente Methoden wird eine weitere Rolle bei der Entwicklung dieser Technik zu spielen.
Die Ersteinrichtung des Tieres ist ein wichtiger Bestandteil dieses Protokolls. Es ist wichtig, nicht nur für die Erzeugung von optimalen Bildern zu ermöglichen, sondern auch für das Tier zu ermöglichen, bleiben während der oft langen Prüfung (komplette Protokoll einschließlich Wiederaufbau dauert ca. 2 Stunden) stabil. Da die Bilder sind gated mit dem EKG, Störungen durch schlechte Führung Kontakt odervon Maschen aus den EKG-Kabel gebildet wird, kann zu längeren Zykluszeiten oder Misserfolg der Sequenzen führen. Eine schlechte EKG-Signal aufgrund der hohen Herzfrequenzen oder Herzrhythmusstörungen ist eine der wichtigsten Herausforderungen der Kleintier-CMR. Darüber hinaus müssen Temperatur und Anästhesie sorgfältig kontrolliert werden, um genaue und reproduzierbare Messungen zu erhalten und damit die Tiere durchlaufen längerer Prüfung. Auf eine ähnliche Weise zu einem Standard menschlichen CMR Prüfung wird das Herz liegt, gefolgt von zwei langen Achse cine Scans, dann lassen die kurz-Achse SALLI Bilder (T1 Karten) durchgeführt werden soll. Abhängig von der jeweiligen Anwendung, gibt es eine Reihe von Variationen über die SALLI Bilder: 1) Eine einzige kurzen Achse Vor-Kontrast SALLI und mehreren kurzen Achse Post-Kontrast SALLI (wie es hier dargestellt). Dieser Ansatz ermöglicht funktionelle Informationen, Infarktgröße und grundlegende Informationen über ECV zu erhalten. 2) Mehrere kurzen Achse pre-Kontrast und mehreren kurzen Achse Post-Kontrast SALLI. Dieses Protokoll fügt Informationen über regional myokardialen Ödem und Verteilung der ECV (zB bei akutem Herzinfarkt) auf Kosten einer längeren Zykluszeit. 3) Single-Slice-Pre-und Post-Kontrast SALLI, Multi-Slice herkömmlichen cine. Dieser Ansatz führt zu schnellen funktionellen Informationen und globalen ECV und vielleicht ausreichen Modelle diffuse Herzmuskelerkrankung.
Bestehende CMR-Sequenzen können ausgezeichnete cine MR-Bilder sowohl bei Menschen und kleine Tiere zu erhalten. LGE Bildgebung bei Kleintieren bleibt eine Herausforderung. Aufgrund der hohen Herzfrequenzen, Messzeit für eine Inversion-Recovery-Sequenz wird vorbereitet 6-10 Minuten pro Bild 13, die schwerwiegende Probleme verursacht mit der Anpassung der Inversion Zeit, um das Signal von gesunden Myokard null erhöht.
T1 Quantifizierung liefert Informationen über Eigenschaften und Gewebe Gadolinium Kinetik. Typische kardialen T1 Methoden erfordern den Erwerb von mehreren Bildern mit verschiedenen Inversion mal für eine korrekt erlaubene Montage des zugrunde liegenden Kurve 14 T1. T1 Mapping-Techniken für den menschlichen Anwendungen in der Regel erwerben nicht segmentierten raw Bilder mit einer Dauer von 150-200 ms jeder. Diese Methode ist nicht geeignet für kleine Tiere, wo Herzfrequenzen von 200 bis 600 Schlägen pro Minute zu erwarten sind (dh kardialen Zyklen von 100 bis 300 ms). SALLI löst dieses Problem durch die Verwendung eines segmentierten Ansatz, wodurch T1 Myokardinfarkt in Ratten quantifiziert werden.
T1-Mapping bietet einen quantitativen Ansatz zur Charakterisierung des Herzmuskels. Daher ermöglicht sie diffuse Verfahren untersucht werden. T1-Werte können zwischen einzelnen Studien und einzelne Fächer verglichen werden, so dass die Untersuchung von chronischen Veränderungen im Myokard. Die Fähigkeit, gleichzeitig zu beurteilen und Myokard-Funktion Eigenschaften ermöglicht Untersuchung der chronologischen Bildung Myokardverletzung. In Zukunft werden multimodale Bildgebung ermöglichen die Kombination von funktionellen Informationen mit qualitativen und quantittive Beurteilung des Herzmuskels, um ein vollständigeres Bild von Herz-Kreislauf-Erkrankung.
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Disclosures
Alle tierischen Verfahren wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien für die Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt, und die von den lokalen Behörden Tierpflege. Keine Interessenskonflikte erklärt.
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
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