L'évaluation de la fonction cardiaque et la morphologie du myocarde en utilisant de petits Inversion Recovery Look-casier animale (SALLI) IRM chez les rats

Summary

Contraste amélioré l'imagerie par résonance magnétique cardiaque (CMR) permet complet

Abstract

L'imagerie par résonance magnétique du petit animal est un outil important pour étudier la fonction cardiaque et des changements dans le tissu myocardique. Les fréquences cardiaques élevées de petits animaux (200 à 600 battements / min) ont déjà limité le rôle de l'imagerie CMR. Petit récupération d'inversion Look-Locker animale (SALLI) est une séquence de cartographie T1 pour les petits animaux de surmonter ce problème ^1. Cartes T1 fournissent des informations quantitatives sur les altérations des tissus et de la cinétique de l'agent de contraste. Il est également possible de détecter les processus du myocarde diffuses telles que la fibrose interstitielle ou un œdème ^1-6. En outre, à partir d'un seul ensemble de données d'image, il est possible d'examiner la fonction cardiaque et la cicatrisation du myocarde en générant ciné et l'inversion récupération préparés fin de gadolinium amélioration de type IRM ^1.

La vidéo présentée montre, étape par étape, les procédures à effectuer des petits imagerie CMR animal. Ici, il est présenté avec une Sprague-Dawl santéey rat, mais naturellement elle peut être étendue à des petits modèles animaux cardiaques.

Introduction

La myocardite est une cause majeure d'insuffisance cardiaque aiguë, la mort subite, et une cardiomyopathie dilatée chronique ^7. CMR a été établi que la technique de référence pour la mesure de la fonction et à l'analyse des tissus in vivo. Techniques et les améliorations en matière d'imagerie imagerie novatrices pourraient non seulement améliorer le diagnostic de myocardite, mais aussi aider l'étude de la physiopathologie et l'identification de la vitesse des cibles thérapeutiques ^8-10. Imagerie du petit animal est un outil important pour l'étude des maladies cardio-vasculaires. Techniques couramment utilisées dans les essais cliniques CMR, comme la fin de gadolinium (LGE) ne peuvent pas facilement être transférés à petit CMR animaux en raison des taux élevés de coeur de l'animal, mais pourraient déjà être présentés ^11. La petite reprise d'inversion Look-Locker animale (SALLI) approche génère des données d'image multi-modales fixe permettant l'évaluation globale de fois la fonction cardiaque et de la morphologie (Figures 1 ae 3). Ici, nous montrons, dans le détail, la procédure et la configuration pour imagerie du petit animal avec un protocole typique SALLI. En particulier, nous montrons la reconstruction et l'analyse des ensembles de données d'imagerie T1.

Protocol

1. Préparation

1.1. Anesthésie des rats

1. Placer le rat dans une chambre remplie au préalable avec de l'isoflurane (en fonction de la taille de la chambre d'environ 3 minutes à 5%) pour anesthésier le rat.
2. Une fois anesthésié, retirez le rat et le peser.
3. Placez le nez du rat dans le masque d'anesthésie (isoflurane 2-3% en oxygène 1 L / min) pour maintenir l'anesthésie. Pendant l'anesthésie avec l'isoflurane, les fréquences cardiaques de rats diminuent à 300-340 bpm (380-420 bpm chez la souris).

1.2. Insérez une veine de la queue canule

1. Laver la queue du rat avec de l'eau tiède (38 ° C) et du savon pour permettre aux vaisseaux sanguins pour être plus facilement visibles.
2. Cathétériser soit veine, qui peut être facilement visible sur la face latérale de la queue. L'utilisation d'un cathéter iv G 22-24, commencer tentatives d'environ 1/3 de la distance entre la pointe.
3. Si les premiers efforts ont échoué, réessayez plus proximale.
4. Prenez sam de sangsonnes pour l'analyse de l'hématocrite (nécessaire pour calculer la fraction du volume extracellulaire = ECV).
5. Fixer le cathéter iv avec de la colle de peau et de ruban adhésif.

1.3. Le positionnement des électrodes

1. Nettoyez toutes les coussinets avec un tampon d'alcool saturé ou avec de l'eau et du savon.
2. Quatre électrodes sont nécessaires, une pour chaque pied.
3. Fixez les électrodes sur le milieu de la patte et fixez-les avec du ruban adhésif.
4. Twist ou tresser les câbles ECG autour de l'autre afin de minimiser la formation de boucles qui causer des interférences avec le signal ECG.

2. Numérisation

2.1. Le positionnement de l'animal et de surveillance

1. Placez le rat en décubitus dorsal ou sujettes sur le tube de l'imagerie et de positionner le coeur au centre de la bobine.
2. Disposer le rat de sorte que son nez se repose dans le cône qui délivre isoflurane (2-3% en oxygène 1 L / min). Le rat est autorisé à respirerlibrement dans l'ensemble de la procédure d'imagerie.
3. Placer la sonde du thermomètre à l'orifice anal et le fixer sur la table avec du ruban adhésif.
4. La température corporelle est maintenue à 38 ± 1 ° C par un système de chauffage à eau chaude. Le tapis chauffant est placé sous l'aspect inférieur de l'animal, qui s'étend à l'extérieur de la bobine. S'il vous plaît voir la représentation schématique du dispositif expérimental IRM (figure 2) pour plus de détails.
5. Connecter les électrodes ECG, une fois que le signal ECG est stable commencer imagerie.

2.2. Paramètres de protocole scan / Imaging

1. Dans cette étude, un système Philips Ingenia 3.0T IRM clinique avec une bobine de solénoïde avec un diamètre intérieur de 70 mm a été utilisée [configuration système requise MR sont un petit trou (par exemple 16 cm) ou gros calibre (taille humaine, par exemple 65 cm) avec dédiée petit animal bobine, les capacités de déclenchement ECG pour le rythme cardiaque jusqu'à 500/min, l'approvisionnement en oxygène et un système d'évacuation des gaz anesthésiques].
2. Commencez par une enquête pour localiser le coeur au centre du champ IRM de vue.
3. Une fois que la position est correcte, continuer avec deux chambres et quatre chambre ciné vues IRM pour déterminer la géométrie de l'empilement des images de l'axe court.
4. Pour SALLI, la position mi-cavité tranche de l'axe court sur les images en deux et à quatre chambre (PreSALLI). Une combinaison de la durée d'acquisition 4000 ms et 4000 ms Durée de relaxation permet un recouvrement suffisant de l'aimantation le long de l'axe z et évite la surchauffe des gradients. Pour permettre l'analyse fonctionnelle, phases devraient être fixés à au moins 12, avec sous-échantillonnage temporel de facteur 2 pour accélérer l'acquisition.
5. Injecter l'agent de contraste à base de gadolinium dans le cathéter à demeure, sans déplacer le rat. Attendez cinq minutes.
6. Commencez à planifier SALLI comme multislice pile de l'axe court, composé d'au moins 7 tranches (tranche épaisseur 2,4 mm). Positionner les tranches de telle sorte que la plus distale est en dessous de la pointe du coeur et til haut niveau est juste en aval des valves cardiaques. Faire en sorte que les axes courts sont perpendiculaires à la cloison. Presque toutes les 30 minutes (environ trois Sallis) d'injecter une nouvelle dose de produit de contraste.
7. Lorsque l'acquisition de l'image est terminée, retirez le rat à partir du scanner et lui permettre de se remettre de l'anesthésie.

3. Reconstruction de l'image

reconstruction de l'image peut être effectué soit en ligne en utilisant les paramètres de reconstruction prédéfinis ou hors ligne à l'aide d'un outil dédié à la reconstruction de l'image:

3.1. Reconstruction en ligne

1. Différents paramètres peuvent être définis, notamment:

• Pour la cartographie T1: emplacement et la largeur de la fenêtre de reconstruction à l'intérieur du cycle cardiaque (par exemple de 50 à 100 ms pour atteindre systolique carte T1 à 300/min taux de coeur)
• Pour IR-préparés (LGE) images: l'emplacement et la largeur du temps d'inversion (TI) fenêtre et nombre d'images à wi reconstruitmince que la fenêtre (par exemple TI 100-300 ms, 5 images, de générer 5 images LGE avec TI 100-150-200-250-300 msec).

3.2. Hors ligne reconstruction

1. Lorsque vous utilisez un logiciel dédié (GyroTools, Zürich, Suisse) pour la reconstruction de l'image, extraire les trois ensembles de données (Cine MR, récupération inversion et cartes T1) d'une manière plus interactive.
2. Ajustez la définition de bout en systole ou à la fin de diastole pour le T1 en sélectionnant l'image de ciné correspondant.
3. Visualiser des cartes T1 sous forme de cartes de couleur. Trouvez les valeurs exactes en passant la souris sur une zone d'intérêt. Les images peuvent être stockées dans différents formats d'image pour une analyse plus poussée (par exemple, le calcul de l'ECV de pré-et post-contraste valeurs T1 du myocarde et une piscine de sang) ^12.

Representative Results

Ici, nous démontrons les résultats d'une saine Sprague Dawley. Avec une installation animal bien préparés, nous avons décrit précédemment, il est possible d'obtenir un signal ECG stable. Semblable à des protocoles d'IRM cardiaques humaines, nous commençons par une enquête pour localiser le cœur. Si la position du rat dans la bobine est correcte, nous continuons avec une vue à deux chambres et une vue à quatre chambre à détecter la géométrie de la pile SALLI.

La technique SALLI produit des trois types d'images acquises en même temps. Ce sont, d'une part, les images cinématographiques qui peuvent être utilisés pour étudier la fonction ventriculaire gauche locale et mondiale. LV paramètres à évaluer à l'aide d'un logiciel CMR comprennent télésystolique et volumes diastoliques fin, la fraction d'éjection, et la masse. Le second type d'image est plusieurs images infrarouges avec différents TI nominal, à partir de laquelle les images avec nulling optimale de la normale du myocarde peut être sélectionné. Cela garantit la mise en valeur maximale des zones de fibrose myocardique focale / scar, si nécessaire pour l'imagerie LGE. Troisièmement, les cartes T1 sont générés. Celles-ci doivent démontrer des temps de relaxation homogène sur la santé myocarde comme le montre la figure 3 (T1 représentant la carte). Avant l'administration de gadopentétate de diméglumine, myocarde présente des valeurs de T1 plus courtes que le sang dans la cavité VG. Dans les premières minutes après l'administration de l'agent de contraste, T1 du sang est raccourci de plus que celui de myocarde. Bien que les données présentées à partir d'un animal en bonne santé montre le comportement du T1 homogène sur l'ensemble du myocarde, la présence d'infarctus blessure par exemple dans les modèles d'infarctus du myocarde démontrerait raccourcissement T1 dans la région touchée. Cartes T1 peuvent être reconstruites pour n'importe quelle phase du cycle cardiaque (figure 3C).

Figure 1. programme d'impulsion de séquence pour les ensembles de données entièrement échantillonnés et des systèmes de reconstruction d'images multimodales Top:. régime de séquence d'impulsions SALLI. Après une impulsion d'inversion adiabatique (180 °), les données d'image pour le premier segment radial (segment = secteurs colorés de cercles) sont continuellement échantillonnées pour les phases cardiaques consécutifs (cercles de différentes tailles) et des cycles cardiaques (différentes couleurs de cercle) lors d'une AD prédéfini tandis que l'aimantation récupère avec une constante de temps T1 * (trait plein). La résolution temporelle (par exemple, le nombre de phases cardiaques) est théoriquement limité par le temps de répétition minimum. Après une RD prédéfini, au cours de laquelle l'aimantation récupère sans perturbations induites lecture avec une constante de temps T1 (ligne pointillée), le processus est répété pour le segment radial suivant et ainsi de suite. A. Reconstruction des cartes T1. Dans un premier temps, les images brutes pour le nombre de cycles cardiaques englobés par AD sont reconstruits à partir des données d'image disponibles acquises dendant une fenêtre de temps prédéfini à l'intérieur de l'intervalle RR (par exemple pendant la systole). Dans un deuxième temps, l'ajustement de courbe non linéaire pixel par pixel est effectuée, et résultant T1 * Les valeurs sont corrigées de l'écart de lecture induit par de la courbe de magnétisation de récupération pour générer la carte T1 à partir de ces images brutes. B. reconstruction d'images IR-préparées. Pour un intervalle prédéfini après inversion (par exemple de 100 à 300 ms), un ensemble d'images IR préparés avec des étapes prédéfinies de temps d'inversion (par exemple 25 ms) est reconstruite à partir des données d'image disponibles à l'intérieur de l'intervalle. C. reconstruction d'images cinématographiques. Cine images pour un nombre prédéfini de phases cardiaques sont reconstruites à partir des données d'image disponibles au-delà du point de temps auquel l'ensemble aimantation longitudinale à l'intérieur du champ de vue avait recouvré par au moins 90%. (Messroghli et al., Petit regard récupération d'inversion de casier animale (SALLI) pour la production simultanée de T1 cartes et cine et reversion images reprise préparés à des fréquences cardiaques élevées: expérience initiale, radiologie 2011. Reproduit avec la permission du RSNA). Cliquez ici pour agrandir la figure .

Figure 2. Montage expérimental IRM. Du montage expérimental IRM, comprenant le positionnement de l'animal sur le porte-animaux et les possibilités de surveillance pendant le balayage.

Figure 3. Représentant SALLI pile d'une saine rat Sprague-Dawley: a) cine image de diastole, b) cine image de systole, c) carte T1 avant l'administration intraveineuse de gadopentetate-dimeglumine (diastole), d) LImage de GE avant l'administration intraveineuse de gadopentetate-dimeglumine. Typiquement SALLI données: épaisseur de coupe (mm) 2,4; FOV (mm) 64 x 64; tranche de pixel (mm) 0.59 x 0.59; angle de bascule de 10 °; AD (ms) 4000; RD (ms) 4000, Loi. TR / TE (msec) 6.7/2.7; NSA 2 phases cardiaques 12; facteur temporel de sous-échantillonnage 2, la fréquence cardiaque (bpm) 320; durée du balayage 7 minutes.

AD = acquisition durée
bpm = battements par minute
CMR = cardiaque par résonance magnétique
ECV = fraction du volume extracellulaire
IR = inversion récupération
LGE = fin du gadolinium
NSA = nombre de signaux en moyenne
RD = durée de relaxation
SALLI = petit Look-Locker inversion récupération des animaux
TR = temps de répétition
TE = temps d'écho

Discussion

Nous présentons ici une méthode pour générer des multi-modalité (ciné MR, inversion-récupération et T1 cartes) IRM chez les petits animaux. La recherche du petit animal joue un rôle de plus en plus important dans la recherche de la maladie cardio-vasculaire, et CMR est un outil puissant qui nous permet d'étudier la composition fonction, la structure et le tissu du myocarde. Toutefois, les petites CMR animal a un certain nombre de défis uniques en raison de la fréquence cardiaque élevée et la petite taille du cœur. Amélioration des méthodes d'imagerie, y compris des méthodes plus efficaces temps joueront un rôle de plus dans le développement de cette technique.

La mise en place initiale de l'animal est un élément essentiel de ce protocole. Il est important non seulement pour permettre la génération d'images optimales, mais aussi pour permettre à l'animal de rester stable tout au long de l'examen souvent prolongée (protocole complet, y compris la reconstruction prend environ 2 heures). Comme les images sont bloquées à l'ECG, l'interférence de mauvais contact du plomb ouà partir de boucles formées par les câbles ECG, peut conduire à des temps de balayage prolongées ou l'échec des séquences. Un signal ECG médiocre en raison de la fréquence cardiaque élevée ou arythmie est l'un des principaux défis de la petite CMR animal. En outre, la température et l'anesthésie doivent être soigneusement contrôlées, afin d'obtenir des mesures précises et reproductibles et que les animaux subissent un examen prolongé. D'une manière similaire à un examen CMR humain standard, le cœur se trouve, suivie de deux scans ciné long axe qui ensuite permettent à l'axe court SALLI images (T1 cartes) à effectuer. Selon l'application donné, il ya un certain nombre de variations sur les images Salli: 1) Un seul petit axe pré-contraste SALLI et multiple à court axe post-contraste SALLI (tel que présenté ici). Cette approche permet à l'information fonctionnelle, taille de l'infarctus et de l'information de base sur ECV à obtenir. 2) Multiple court axe pré-contraste et multiple à court axe post-contraste SALLI. Ce protocole ajoute des informations sur regional œdème myocardique et la distribution de ECV (par exemple, infarctus du myocarde aigu) au prix de temps de cycle prolongé. 3) une seule tranche de pré-et post-contraste SALLI, multi-tranche de ciné classique. Cette approche rapide donne des informations fonctionnelles et ECV mondial, et pourrait être suffisante dans des modèles de maladie myocardique diffuse.

Séquences CMR existants peuvent obtenir d'excellentes images MR ciné chez les humains et les petits animaux. LGE imagerie du petit animal reste un défi. En raison des fréquences cardiaques élevées, temps d'acquisition pour une séquence récupération préparé inversion est porté à 6-10 minutes par image ^13, ce qui provoque de sérieux problèmes avec réglage du temps d'inversion de signal du myocarde sain null.

T1 quantification fournit des informations sur les caractéristiques des tissus et de la cinétique de gadolinium. Modes de T1 cardiaques typiques nécessitent l'acquisition de plusieurs images avec différents temps d'inversion pour permettre une ACCURATe ajustement de la courbe T1 sous-jacente ^14. Techniques de cartographie T1 pour des applications humaines acquièrent généralement des images brutes non segmentés avec des durées de 150-200 ms chacun. Cette méthode ne convient pas pour les petits animaux, où le rythme cardiaque de 200 à 600 battements par minute sont attendus (par exemple cycles cardiaques de 100 à 300 ms). SALLI résout ce problème en utilisant une approche segmentée, permettant ainsi myocarde T1 à quantifier chez les rats.

Cartographie T1 fournit une approche quantitative pour la caractérisation des myocarde. Il permet donc des processus diffus pour être étudiés. Les valeurs T1 peuvent être comparés entre les études individuelles et les sujets individuels, permettant l'étude des changements chroniques dans le myocarde. La capacité d'évaluer simultanément la fonction et les propriétés du myocarde permettra étude de la formation chronologique des lésions myocardiques. Dans le futur, l'imagerie multimodale permettra la combinaison de l'information fonctionnelle avec qualitative et quantitévaluation ative du myocarde de fournir une image plus complète de la maladie cardiovasculaire.

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