Summary
Contrasto per risonanza magnetica cardiaca (CMR) consente completo
Abstract
Piccola risonanza magnetica animale è uno strumento importante per lo studio della funzione cardiaca e cambiamenti nel tessuto miocardico. Le alte frequenze cardiache dei piccoli animali (da 200 a 600 battiti / min) hanno già limitato il ruolo della CMR imaging. Piccolo animale Look-Locker inversion recovery (SALLI) è una sequenza di mappatura T1 per piccoli animali per superare questo problema 1. Mappe T1 forniscono informazioni quantitative circa le alterazioni dei tessuti e contrasto cinetica agente. È anche possibile rilevare processi miocardiche diffuse come fibrosi interstiziale o edema 1-6. Inoltre, da un singolo insieme di dati di immagine, è possibile esaminare la funzione cardiaca e infarto cicatrici generando cine e inversione di recupero preparati immagini tardo gadolinio enhancement di tipo MR 1.
Il video presentato mostra passo-passo le procedure per eseguire piccoli animali CMR imaging. Qui si è presentato con una Sprague-Dawl sanoey ratto, tuttavia esso può naturalmente essere estesa a diversi cardiaci piccoli modelli animali.
Introduction
La miocardite è una delle principali cause di insufficienza cardiaca acuta, morte improvvisa, e cardiomiopatia dilatativa cronica 7. CMR è stato stabilito come la tecnica gold standard per la misurazione della funzione e per l'analisi dei tessuti in vivo. Nuove tecniche di imaging e miglioramenti nella diagnostica per immagini non potevano solo migliorare la diagnosi di miocardite, ma anche favorire lo studio della fisiopatologia e identificazione velocità di target terapeutici 8-10. Piccolo di imaging animale è un importante strumento per lo studio delle malattie cardiovascolari. Le tecniche comunemente impiegati nella clinica CMR, quali ritardo gadolinio (LGE) non possono essere facilmente trasferiti al piccolo animale CMR a causa di alti tassi di cuore gli animali ', ma potrebbero essere già indicata 11. Il piccolo animale Look-Locker inversion recovery (SALLI) approccio genera dati di immagini multimodali imposta che consenta la valutazione complessiva sia della funzione cardiaca e la morfologia (figure 1 aND 3). Qui vi mostriamo, in dettaglio, la procedura di installazione e per l'imaging piccolo animale con un protocollo tipico SALLI. In particolare vi mostriamo la ricostruzione e l'analisi dei set di dati di imaging T1.
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Protocol
1. Preparazione
1.1. Anestesia dei ratti
- Collocare il ratto in una camera preintasato con isoflurano (a seconda delle dimensioni della camera di circa 3 minuti del 5%) per anestetizzare il ratto.
- Una volta anestetizzato, rimuovere il ratto e si pesa.
- Collocare il naso del topo nella maschera anestesia (2-3% isoflurano in ossigeno 1 L / min) per mantenere l'anestesia. Durante l'anestesia con isoflurano, le frequenze cardiache di ratti diminuiscono a 300-340 bpm (380-420 bpm nei topi).
1.2. Inserire una cannula venosa coda
- Lavare la coda del topo con acqua calda (38 ° C) e sapone per permettere ai vasi sanguigni di essere più facilmente visibili.
- Incannulare o vena, che può essere facilmente visto sulla faccia laterale della coda. Utilizzando un 22-24 G IV catetere, iniziare i tentativi di circa 1/3 del modo dalla punta.
- Se gli sforzi iniziali non hanno successo, riprovare più prossimale.
- Prendere sangue sample per l'analisi di ematocrito (necessario calcolare frazione di volume extracellulare = ECV).
- Fissare il catetere iv con colla di pelle e nastro adesivo.
1.3. Posizionamento degli elettrodi
- Pulire tutti i briganti con tampone imbevuto di alcool saturo o con acqua e sapone.
- Sono necessari quattro elettrodi, uno per piede.
- Collegare gli elettrodi al centro della zampa e fissarli con del nastro adesivo.
- Twist o intrecciare i cavi ECG intorno a vicenda per ridurre al minimo la formazione di loop che potrebbero causare interferenze con il segnale ECG.
2. Scansione
2.1. Posizionamento dell'animale e monitoraggio
- Collocare il ratto in una posizione supina o prona sul tubo imaging e posizionare il cuore al centro della bobina.
- Disporre il topo in modo che il naso riposa nel cono che trasporta l'anestesia isoflurano (2-3% in ossigeno 1 L / min). Il ratto è permesso di respiroliberamente in tutta l'intera procedura di imaging.
- Posizionare il sensore del termometro a orifizio anale e fissarlo sul tavolo con del nastro adesivo.
- Temperatura corporea è mantenuta a 38 ± 1 ° C da un sistema di riscaldamento dell'acqua calda. Il tappetino riscaldamento è posto sotto l'aspetto inferiore dell'animale che si estende fuori dalla bobina. Si prega di vedere la rappresentazione schematica del setup sperimentale MRI (Figura 2) per maggiori dettagli.
- Collegare gli elettrodi ECG, una volta che il segnale ECG è stabile iniziare imaging.
2.2. Parametri del protocollo di scansione / Imaging
- In questo studio è stato utilizzato un sistema di Ingenia 3.0T MRI clinica Philips con una bobina con il 70 mm di diametro interno [requisiti di sistema MR sono un piccolo foro (ad esempio 16 cm) o di grandi dimensioni (diametro umano, ad esempio 65 cm) con piccolo animale dedicato bobina, capacità di gating ECG per frequenze cardiache fino a 500/min, l'apporto di ossigeno e di un sistema di rimozione di gas anestetici].
- Iniziare con un sondaggio per individuare il cuore al centro del campo di vista MRI.
- Una volta che la posizione è corretta, continua con due camere e quattro camere cine viste MRI per determinare la geometria della pila di immagini asse corto.
- Per SALLI, posizione della cavità media breve fetta asse su due e quattro-immagini-camera (PreSALLI). Una combinazione di 4,000 msec durata acquisizione e 4,000 msec durata rilassamento consente sufficiente recupero della magnetizzazione lungo l'asse z e impedisce il surriscaldamento dei gradienti. Per consentire l'analisi funzionale, le fasi devono essere impostati ad almeno 12, con sottocampionamento temporale del fattore 2 per accelerare l'acquisizione.
- Iniettare il mezzo di contrasto a base di gadolinio nel catetere a permanenza, senza muovere il topo. Attendere cinque minuti.
- Iniziare a pianificare SALLI come multislice pila asse corto, composto da almeno 7 fette (slice spessore 2,4 millimetri). Posizionare le fette in modo che la più distale è sotto l'apice del cuore e tegli livello superiore è immediatamente distale alle valvole cardiache. Cercare di garantire che gli assi corti sono perpendicolari al setto. Quasi ogni 30 minuti (circa tre Sallis) iniettare un'altra dose di mezzo di contrasto.
- Quando l'acquisizione delle immagini è terminata rimuovere il ratto dallo scanner e farlo recuperare da anestesia.
3. Ricostruzione di immagini
Ricostruzione delle immagini può essere effettuata sia in linea con i parametri di ricostruzione predefiniti, o non in linea utilizzando uno strumento dedicato ricostruzione di immagini:
3.1. Online Ricostruzione
- Diversi parametri possono essere definiti tra cui:
- Per la mappatura T1: ubicazione e la larghezza della finestra ricostruzione all'interno del ciclo cardiaco (ad esempio da 50 a 100 msec per raggiungere sistolica mappa T1 nella frequenza cardiaca 300/min)
- Per IR-preparati (LGE) immagini: posizione e la larghezza del tempo di inversione (TI) finestra e il numero di immagini da wi ricostruitosottile quella finestra (ad esempio TI 100-300 msec, 5 immagini, per generare 5 immagini LGE con TI 100-150-200-250-300 msec).
3.2. Offline Ricostruzione
- Quando si utilizza un pacchetto software dedicato (GyroTools, Zürich, Svizzera) per la ricostruzione di immagini, estrarre i tre insiemi di dati (Cine MR, inversione di recupero e mappe T1) in un modo più interattivo.
- Regolare la definizione di fine sistole o telediastole per il T1 selezionando l'immagine cine corrispondente.
- Visualizzare mappe T1 come mappe a colori. Trova i valori esatti passando il mouse sopra una zona di interesse. Le immagini possono essere memorizzate in vari formati di immagine per ulteriori analisi (ad esempio il calcolo di ECV da pre-e post-valori di contrasto T1 del miocardio e la piscina di sangue) 12.
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Representative Results
Qui mostriamo i risultati di un sano Sprague Dawley ratto. Con una configurazione animale ben preparato abbiamo descritto prima, è possibile ottenere un segnale ECG stabile. Simile a protocolli MRI cardiache umane, si parte con un sondaggio per individuare il cuore. Se la posizione del ratto nella bobina è corretta, si continua con una vista due camere e una vista quattro camere per rilevare la geometria per la pila SALLI.
La tecnica SALLI produce tre tipi di immagini acquisite contemporaneamente. Questi sono, in primo luogo, cine immagini che possono essere usate per studiare la funzione LV locale e globale. Parametri LV da valutare con l'aiuto di un pacchetto software CMR includono sistolica fine e volumi diastolica finali, frazione di eiezione, e di massa. Il secondo tipo di immagine è più immagini IR con TI nominale diverso, dal quale è possibile selezionare le immagini con nulling ottimale del miocardio normale. Questo garantisce la massima valorizzazione delle aree con focale fibrosi miocardica / scar, come necessario per LGE imaging. In terzo luogo, vengono generate mappe T1. Questi dovrebbero dimostrare i tempi di rilassamento omogenei sopra miocardio sano, come mostrato in Figura 3 (rappresentante T1 mappa). Prima della somministrazione di gadopentetato dimeglumina, miocardio presenta valori di T1 più brevi di sangue all'interno della cavità ventricolare sinistra. Nei primi minuti dopo la somministrazione dell'agente di contrasto, T1 di sangue si accorcia più di quello del miocardio. Mentre i dati presentati da un animale sano mostra T1 comportamento omogeneo su tutta la miocardio, la presenza di infarto esempio lesioni in modelli di infarto miocardico dimostrerebbe accorciamento T1 nella regione colpita. Mappe T1 possono essere ricostruiti per ogni fase del ciclo cardiaco (figura 3c).
Figura 1. Schema sequenza di impulsi per la serie di dati pienamente campionati e schemi di ricostruzione di immagini multimodali Top:. SALLI schema sequenza di impulsi. Dopo un impulso di inversione adiabatico (180 °), i dati di immagine per il primo segmento radiale (segmento = settori colorati di cerchi) sono continuamente sottoposti a campionamento per le fasi cardiaci consecutivi (cerchi di diverse dimensioni) e cicli cardiaci (diversi colori cerchio) nel corso di un predefinito AD mentre recupera magnetizzazione con una costante di tempo T1 * (linea continua). Risoluzione temporale (ad esempio, numero di fasi cardiache) è teoricamente limitata dal tempo minimo ripetizione. Dopo un predefinito RD, durante il quale la magnetizzazione recupera senza perturbazioni indotte lettura con una costante di tempo T1 (linea tratteggiata), il processo viene ripetuto per il successivo segmento radiale e così via. A. Ricostruzione delle mappe T1. In una prima fase, le immagini prime per il numero di cicli cardiaci compresi dalla AD vengano ricostruiti da tutti i dati di immagine acquisiti disponibili durante una finestra di tempo predefinito entro l'intervallo RR (ad esempio durante la sistole). In una seconda fase, pixel-saggio interpolare una curva viene eseguita e conseguente T1 * valori sono corretti per deviazione lettura indotta della curva di magnetizzazione recupero per generare mappa T1 da queste prime immagini. B. Ricostruzione di immagini IR-preparate. Per un intervallo predefinito dopo inversione (es 100-300 msec), un insieme di immagini IR-preparate con passi predefiniti di tempo di inversione (ad esempio, 25 msec) viene ricostruita da tutti i dati di immagine disponibili all'interno dell'intervallo. C. Ricostruzione di immagini cine. Immagini cine per un numero predefinito di fasi cardiache vengano ricostruiti da tutti i dati di immagine disponibili oltre il punto di tempo in cui tutti magnetizzazione longitudinale all'interno del campo di vista aveva recuperato da almeno il 90%. (MESSROGHLI et al., Piccolo animale sguardo armadietto inversion recovery (SALLI) per la generazione simultanea di T1 mappe e cine e reversione immagini recupero preparati a frequenze cardiache elevate: esperienza iniziale, Radiologia 2011. Ristampato con il permesso di RSNA). Clicca qui per ingrandire la figura .
Figura 2. Setup sperimentale MRI. Setup sperimentale MRI, compreso il posizionamento degli animali sul supporto degli animali e le possibilità di controllo durante la scansione.
Figura 3. Rappresentante SALLI pila da un sano Sprague-Dawley ratto: a) cine immagine diastole, b) cine sistole immagine, c) T1 mappa prima della somministrazione endovenosa di gadopentetato-dimeglumina (diastole), d) LImmagine GE prima della somministrazione endovenosa di gadopentetato-dimeglumina. Tipicamente SALLI dati: spessore di strato (mm) 2,4; FOV (mm) 64 x 64; pixel fetta (mm) 0,59 x 0,59; flip angle 10 °, AD (msec) 4.000; RD (msec) 4.000, Atto. TR / TE (msec) 6.7/2.7; NSA 2, le fasi di cuore 12; temporale fattore undersampling 2, frequenza cardiaca (bpm) 320; scansione durata 7 minuti.
AD = acquisizione durata
bpm = battiti al minuto
CMR = risonanza magnetica cardiaca
ECV = frazione di volume extracellulare
IR = inversione di recupero
LGE = valorizzazione tardi gadolinio
NSA = numero di segnali in media
RD = durata relax
SALLI = piccolo animale Look-Locker recupero inversione
TR = tempo di ripetizione
TE = tempo di eco
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Discussion
Qui vi presentiamo un metodo per generare multimodalità (cine MR, inversione-recupero e T1 mappe) immagini RM nei piccoli animali. Piccola ricerca su animali ha un ruolo sempre più importante nella ricerca sulle malattie cardiovascolari, e CMR è un potente strumento che ci permette di studiare la composizione funzione, struttura e dei tessuti del miocardio. Tuttavia, piccolo animale CMR ha una serie di sfide uniche a causa delle elevate frequenze cardiache e le piccole dimensioni del cuore. Miglioramento dei metodi di imaging, tra cui i metodi più efficienti di tempo avranno un ruolo ulteriore per lo sviluppo di questa tecnica.
Il set-up iniziale dell'animale è una parte fondamentale di questo protocollo. È importante non soltanto per consentire la generazione di immagini ottimali, ma anche per consentire all'animale di rimanere stabile durante l'esame spesso prolungata (protocollo completo compreso ricostruzione richiede circa 2 ore). Poiché le immagini sono gated con l'ECG, l'interferenza da scarso contatto di piombo, oda loops formate dai cavi di ECG, può portare a tempi di scansione prolungate o guasti delle sequenze. Un segnale di scarsa ECG a causa di alti tassi di cuore o aritmia è una delle principali sfide del piccolo animale CMR. Inoltre, la temperatura e l'anestesia devono essere controllati con attenzione per ottenere misure accurate e riproducibili e consentire agli animali sottoposti prolungata indagine. In un modo simile a un esame standard CMR umano, il cuore si trova, seguito da due scansioni cine asse lungo che poi permettono asse corto SALLI immagini (T1 mappe) da eseguire. A seconda dell'applicazione dato, ci sono una serie di variazioni per quanto riguarda le immagini Salli: 1) Un unico asse corto pre-contrasto SALLI e multiple asse corto post-contrasto SALLI (come presentato qui). Questo approccio consente informazioni funzionali, dimensioni dell'infarto, e informazioni di base sulla ECV da ottenere. 2) Multiple asse corto pre-contrasto e più corto asse post-contrasto SALLI. Questo protocollo aggiunge informazioni sulla regional edema miocardica e distribuzione di ECV (ad esempio in infarto miocardico acuto) a costo di prolungato tempo di scansione. 3) di una singola slice di pre-e post-contrasto SALLI, multi-slice cine convenzionale. Questo approccio rapido produce informazioni funzionali e ECV globale, e potrebbe essere sufficiente in modelli di malattia miocardica diffusa.
Esistenti sequenze CMR possono ottenere eccellenti immagini cine RM in entrambi gli esseri umani e piccoli animali. LGE di imaging in piccoli animali rimane una sfida. A causa delle frequenze cardiache elevate, tempo di acquisizione per una sequenza di recupero preparato inversione è aumentato a 6-10 minuti per immagine 13, che causa gravi problemi con la regolazione del tempo di inversione a null segnale dal miocardio sano.
T1 quantificazione fornisce informazioni sulle caratteristiche dei tessuti e cinetica gadolinio. Metodi T1 cardiaci tipici prevedono l'acquisizione di immagini multiple con differenti tempi di inversione di permettere un accurate fitting della curva T1 sottostante 14. Tecniche di mappatura T1 per applicazioni umane in genere acquisiscono immagini prime non segmentati con durata di 150-200 msec ciascuno. Questo metodo non è adatto per i piccoli animali, dove sono attesi tassi di cuore 200-600 battiti al minuto (cioè cicli cardiaci di 100-300 msec). SALLI risolve questo problema utilizzando un approccio segmentato, consentendo così T1 miocardiche da quantificare in ratti.
Mappatura T1 fornisce un approccio quantitativo per la caratterizzazione del miocardio. Permette quindi processi diffuse da studiare. Valori T1 possono essere confrontati tra i singoli studi e dei singoli soggetti, che consente lo studio dei cambiamenti cronici nel miocardio. La capacità di valutare contemporaneamente la funzione e proprietà miocardiche consentirà studio della formazione cronologica di danno miocardico. In futuro, l'imaging multimodale permetterà la combinazione di informazioni qualitative e funzionale con quantitvalutazione ative del miocardio per fornire un quadro più completo delle malattie cardiovascolari.
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Disclosures
Tutte le procedure di animali sono stati condotti in conformità con le Linee Guida per la cura e l'uso di animali da laboratorio, e approvati dalle autorità locali per la cura degli animali. Nessun conflitto di interessi dichiarati.
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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