Summary
Контрастная сердечного магнитного резонанса (CMR) изображений позволяет комплексно
Abstract
Маленькое животное магнитно-резонансная томография является важным инструментом для изучения функции сердца и изменения в ткани миокарда. Высокая частота сердечных сокращений мелких животных (от 200 до 600 уд / мин) ранее ограничивала роль CMR изображений. Маленькое животное Look-Locker инверсия-восстановление (SALLI) является T1 последовательность отображения для мелких животных, чтобы преодолеть эту проблему 1. T1 карты обеспечивают количественную информацию об изменениях тканей и кинетики контрастное вещество. Кроме того, можно обнаружить диффузные инфаркт процессов, таких как интерстициальный фиброз или отек 1-6. Кроме того, из одного набора данных изображений, можно рассмотреть функцию сердца и инфаркт рубцов путем создания кино-и инверсия-восстановление-с опозданием гадолинием типа MR изображений 1.
Представленное видео показывает шаг за шагом процедуры для выполнения мелких животных CMR изображений. Здесь она представлена со здоровым Спрэг DawlEY крысы, однако, естественно, может быть распространено на другие сердечные небольших животных моделях.
Introduction
Миокардит является основной причиной острой сердечной недостаточности, внезапной смерти, и хронические дилатационной кардиомиопатией 7. CMR была создана в качестве золотого стандарта технику для измерения функции и для прижизненного анализа ткани. Новые методы визуализации и усовершенствований в области обработки изображений может не только улучшить диагноз миокардит, но и способствовать изучению патофизиологии и скорость идентификации терапевтических целей 8-10. Малый изображениями животных является важным инструментом для изучения сердечно-сосудистых заболеваний. Методы используются в клинической CMR, например, поздно гадолинием (LGE), не могут быть легко переданы зверек CMR из-за животных высокая частота сердечных сокращений, но уже можно было показано 11. Маленькое животное Look-Locker инверсия-восстановление (SALLI) подход генерирует мультимодального данные изображения наборов, позволяющих для комплексной оценки как сердечную функцию и морфологию (рис. 1Nd 3). Здесь мы показываем, в деталях, в порядке и установки для небольших изображений животных с типичным SALLI протокола. В частности, мы показываем реконструкции и анализа изображений T1 наборов данных.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Подготовка
1.1. Анестезии крыс
- Поместите крысу в камеру предварительно заполнен изофлуран (в зависимости от размера камеры около 3 минут на 5%) для анестезии крыс.
- Как только под наркозом, удалите крысы и взвесить его.
- Поместите нос крысы в анестезии маску (ИФ 2-3% кислорода в 1 л / мин) для поддержания анестезии. Во время наркоза изофлураном ЧСС крыс снизиться до 300-340 ударов в минуту (380-420 ударов в минуту у мышей).
1.2. Вставьте канюлю хвостовой вены
- Вымойте хвосте крысы с теплой водой (38 ° C) и мыло, чтобы кровеносные сосуды, чтобы быть более легко увидеть.
- Либо вены иглу, которую можно легко увидеть на латеральной поверхности хвоста. Использование катетера 22-24 G IV, начинают попытки примерно 1/3 пути от кончика.
- Если первоначальные усилия оказываются безуспешными, повторить проксимальнее.
- Возьмите кровь СэмаPLE для анализа гематокрита (необходимо рассчитать внеклеточную часть объем = ОКП).
- Закрепите катетер с клеем кожи и ленты.
1.3. Размещение электродов
- Очистите все сапоги с спирта, насыщенного тампоном или с мылом и водой.
- Четыре электроды, по одной для каждой ноги.
- Закрепить электроды к середине лапы и закрепить их клейкой лентой.
- Twist или заплетать Кабели ЭКГ вокруг друг друга, чтобы минимизировать образование петель, которые могут вызвать помехи сигнала ЭКГ.
2. Сканирование
2.1. Позиционирование животных и мониторинга
- Положите крысу в лежачем положении лежа или на изображение трубки и расположите сердце в центре катушки.
- Организовать крысы так, что его нос упирается в конус, который обеспечивает изофлурана анестезией (2-3% кислорода 1 л / мин). Крыса разрешено дыханиесвободно в течение всей процедуры визуализации.
- Поместите датчик термометра в анальное отверстие и закрепите его на стол с лентой.
- Температура тела поддерживается на уровне 38 ± 1 ° C в теплой воде системы отопления. Потепление коврик помещают под нижним аспект животное, которое проходит снаружи катушки. Пожалуйста, смотрите схематическое представление МРТ экспериментальной установки (рис. 2) для более подробной информации.
- Подключите электроды ЭКГ, как только сигнал ЭКГ стабильно начинают изображений.
2.2. Протокола сканирования / изображениями параметры
- В этом исследовании Philips Ingenia 3.0T клинической МРТ системы с катушкой с 70 мм внутреннего диаметра была использована [MR требованиям системы малого диаметра (например, 16 см) и крупных калибров (человеческий размер, например, 65 см) с выделенными мелких животных Катушка ЭКГ стробирования возможностей для частоты сердечных сокращений до 500/min, поставка кислорода и удаление системы анестезирующих газов].
- Начните с обследования, чтобы найти сердце в центре МРТ поля зрения.
- После того, находится в правильном положении, по-прежнему с двухкамерной и четыре камеры кино МРТ просмотра для определения геометрии стек короткий изображений оси.
- Для SALLI, должность середине полости короткий кусочек оси на двух-и четырех-камеры изображений (PreSALLI). Комбинация 4000 мсек приобретение и 4000 мс релаксации длительность позволяет достаточное восстановление намагниченности вдоль оси и предотвращает перегрев градиентов. Чтобы включить функциональный анализ, фазы должны быть установлены, по крайней мере 12, с временной субсэмплирования фактора 2 для ускорения приобретения.
- Введите основе гадолиния контрастного вещества в постоянный катетер, без перемещения крысы. Подождите пять минут.
- Начните планировать SALLI как мультиспиральную коротким стеком оси, состоящий по меньшей мере 7 ломтиками (толщиной среза 2,4 мм). Поместите ломтики так, что наиболее дистальной ниже верхушки сердца и тон верхнем уровне, расположенной по периферии сердечных клапанов. Попытка чтобы гарантировать, что короткие оси перпендикулярны перегородки. Почти каждые 30 минут (около трех Sallis) вводят еще одну дозу контрастного вещества.
- Когда получение изображений закончена удалить крысы со сканера и дайте ему оправиться от наркоза.
3. Восстановление изображений
Реконструкции изображения может быть выполнена в режиме онлайн с использованием заданных параметров реконструкции, или в автономном режиме с помощью специального инструмента реконструкции изображения:
3.1. Интернет реконструкции
- Различные параметры могут быть определены в том числе:
- Для T1 отображение: расположение и ширину окна в реконструкции сердечного цикла (например, от 50 до 100 мс с целью достижения систолического T1 карта на частоту сердечных сокращений 300/мин)
- Для ИК подготовленные (LGE) Фото: расположение и ширину времени инверсии (TI) окна и количество изображений, подлежащих реконструкции Wiтонкий, что окна (например, TI 100-300 мс, 5 изображений, для создания 5 LGE изображения с ТИ 100-150-200-250-300 мс).
3.2. Offline реконструкции
- При использовании выделенного пакета программного обеспечения (Gyrotools, Цюрих, Швейцария) для реконструкции изображения, извлекать трех наборов данных (Cine MR, инверсия-восстановление и T1 карты) в более интерактивным способом.
- Отрегулируйте определение конечных систолы или конце диастолы для T1, выбрав соответствующее изображение Cine.
- Визуализируйте T1 картах как цветные карты. Найти точное значение, наведя мышь на площади интерес. Изображения могут быть сохранены в различных графических форматов, для дальнейшего анализа (например, расчет ЭЦВ от пред-и пост-T1 контраст значений миокарда и крови бассейн) 12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Здесь мы показываем, выводы от здоровой крысы Sprague Dawley. С хорошо подготовленных животных установки с описанием выше, можно получить стабильный сигнал ЭКГ. Похожи на человеческие МРТ сердца протоколы, мы начинаем с обзора, чтобы найти сердце. Если положение крысы в катушке правильно, мы продолжаем с двухкамерными вид и четырех камер при определении параметров для стека SALLI.
Методика SALLI выпускает три вида изображений, полученных в то же время. Это, во-первых, Cine изображений, которые могут быть использованы для изучения локальных и глобальных функции ЛЖ. LV параметры должны быть оценены с помощью программного пакета включают CMR систолического конца и конечного диастолического объемов, фракция выброса, и массы. Второй тип изображения нескольких ИК-изображений с различными номинальными TI, из которого изображения с оптимальным обнуление нормального миокарда может быть выбран. Это обеспечивает максимальную повышение областях с фокусным фиброз миокарда / ПКAR, по мере необходимости для работы с изображениями LGE. В-третьих, T1 карты генерируются. Они должны продемонстрировать однородной релаксации миокарда более здоровым, как показано на рисунке 3 (представительных T1 карте). Перед введением Gadopentetate Dimeglumine, миокард обладает коротким T1 значений, чем крови в полости ЛЖ. В первые минуты после введения контрастного агента, T1 крови сокращается больше, чем у миокарда. Хотя представленные данные от здоровых животных показывает поведение T1 однородной по всей миокарда, наличие инфаркта например, повреждение в модели инфаркта миокарда продемонстрирует T1 сокращения в пораженной области. T1 карты могут быть восстановлены для любой фазы сердечного цикла (рис. 3в).
Рисунок 1. Последовательность импульсов схема полностью выборка данных и реконструкция схем мультимодальных изображений Топ:. SALLI последовательность импульсов схеме. После адиабатического импульса инверсии (180 °), данные изображения для первого радиального сегмента (сегмент = цветных секторов круга) непрерывно выборки для последовательных фаз сердца (кружки разных размеров) и сердечных циклов (разные цвета круг) в течение заданного AD в то время как намагниченность восстанавливается с постоянной времени T1 * (сплошная линия). Временное разрешение (например, количество фаз сердца) теоретически ограничено минимальное время повторения. После того, как предопределенный RD, в течение которого намагниченность восстанавливается без отсчета индуцированного возмущения с постоянной времени T1 (пунктирная линия), процесс повторяется для следующего радиальных сегментов и так далее. A. Восстановление карт Т1. На первом этапе, необработанных изображений по количеству сердечных циклов, охватываемые AD реконструируются из всех имеющихся данных изображения, полученного гтором предопределенного интервала времени в интервале RR (например, во время систолы). На втором этапе, попиксельно нелинейной аппроксимации кривой выполняется, и в результате T1 * значения корректируются для считывания индуцированного отклонение кривой намагничивания восстановления для генерации отображения T1 из этих исходных изображений. B. Реконструкция ИК подготовленных изображений. Для заранее определенного интервала после инверсии (например, 100-300 мс), набор ИК подготовленные изображения с заданными шагами инверсии времени (например, 25 мс) восстанавливается из всех изображений данные в интервале. С. Реконструкция кино изображений. Сине изображения в течение предварительно заданного числа фаз сердца реконструируются из всех данных изображения доступны вне времени, точка, в которой все продольной намагниченности в поле зрения были восстановлены по крайней мере 90%. (Messroghli соавт., Маленькое животное взглядом шкафчик инверсия-восстановление (SALLI) для одновременной генерации T1 карты и кино-и реверсиона восстановления подготовленные изображения при высокой частоте сердца: первый опыт, радиологии 2011. Печатается с разрешения RSNA). Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .
Рисунок 2. МРТ экспериментальной установки. МРТ экспериментальной установки, в том числе животного позиционирования на животных держателя и возможностях проверки во время сканирования.
Рисунок 3. Представитель SALLI стек от здорового Спрэг Dawley крыс: а) Cine изображения диастолы, б) Cine изображения систолы, в) отображение T1 до внутривенного введения Gadopentetate-Dimeglumine (диастола), г) LGE изображения перед внутривенным введением Gadopentetate-Dimeglumine. Обычно SALLI данные: толщина среза (мм) 2,4; FOV (мм) 64 х 64; пикселя срез (мм) 0,59 х 0,59; флип углом 10 °; AD (мс) 4000; RD (мс) 4000, Закон. TR / TE (мс) 6.7/2.7; NSA 2, сердце фаз 12; временной фактор субсэмплирования 2, частоты сердечных сокращений (BPM) 320; продолжительность сканирования 7 минут.
AD = приобретения продолжительности
BPM = ударов в минуту
CMR = сердечный магнитный резонанс
ЭЦВ = внеклеточной объемной доли
IR = инверсия-восстановление
LGE = поздно гадолинием
NSA = числа сигналов среднем
RD = продолжительность релаксации
SALLI = маленькое животное Look-Locker инверсия-восстановление
TR = время повторения
TE = время эхо
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Здесь мы представляем метод для создания мульти-модальности (Cine MR, инверсия-восстановление и T1 карты) МРТ у мелких животных. Малое научно животных играет все более важную роль в сердечно-сосудистых исследований болезни и CMR является мощным инструментом, позволяющим изучать функции, структура и состав ткани миокарда. Тем не менее, небольшое животное CMR имеет ряд уникальных проблем из-за высокой частоты сердечных сокращений и небольшие размеры сердца. Усовершенствованные методы визуализации, в том числе больше времени, эффективных методов будет играть роль в дальнейшем развитии этого метода.
Первоначальной настройки животного является важнейшей частью настоящего Протокола. Это важно не только для обеспечения формирования оптимального изображения, но и возможность для животного остается стабильным на протяжении длительного часто экспертизы (полный протокол включая реконструкцию занимает около 2 часов). Как изображения закрытый с ЭКГ, помехи от плохого контакта свинца иот петли сформированы из кабелей ЭКГ, может привести к более длительной сканирования или неудачу последовательностей. Сигнал ЭКГ бедных за счет высоких темпов сердца или аритмии является одной из основных проблем малого животного CMR. Кроме того, температура и анестезии необходимо тщательно контролировать для получения точных, воспроизводимых результатов измерений и дают животным пройти длительное обследование. Аналогичным образом к стандартной человеческой экспертизы CMR, сердце находится, а затем два длинной оси кино сканирования, которые затем позволить короткой оси SALLI изображений (T1 карты) должна быть выполнена. В зависимости от конкретного применения, есть несколько вариантов в отношении SALLI изображений: 1) один единственный короткой оси предварительно отличие SALLI и множественные короткой оси после противоположность SALLI (как представлено здесь). Такой подход позволяет функциональной информации, размер инфаркта, и основную информацию о ЭЦВ должна быть получена. 2) Несколько короткой оси предварительно контрастом и несколько короткой оси после отличие SALLI. Этот протокол добавляет информацию о РЕГИОНАл миокарда отек и распределение ECV (например, при остром инфаркте миокарда) за счет длительного времени сканирования. 3) Одно-срезовый пред-и пост-контраст SALLI, мульти-ломтик обычного киношного. Этот быстрый подход дает функциональной информации и глобальных ОКП, и может быть достаточным в моделях диффузная заболевание миокарда.
Существующие CMR последовательности могут получить отличные Cine МРТ у людей и мелких животных. LGE визуализации в мелких животных остается проблемой. Из-за высокой частоты сердечных сокращений, приобретение время для инверсии-восстановления подготовленной последовательности увеличивается до 6-10 минут в изображении 13, что вызывает серьезные проблемы с регулировкой времени инверсии к нулевой сигнал от здоровых миокарда.
T1 количественного предоставляет информацию о характеристиках ткани и гадолиния кинетики. Типичные методы сердечной T1 потребует приобретения нескольких изображений с различным временем инверсии для обеспечения ACCURATэлектронной установка базовой кривой T1 14. T1 картографирования для человеческого приложения обычно приобретают несегментированные необработанных изображений с длительностью 150-200 мс каждый. Этот способ не подходит для маленьких животных, где частота сердечных сокращений от 200-600 ударов в минуту, как ожидается (например, сердечных циклов 100 - 300 мс). SALLI решает эту проблему с помощью сегментированного подхода, тем самым позволяя инфаркт T1 быть количественно у крыс.
Отображение T1 обеспечивает количественный подход к характеристике миокарда. Поэтому он позволяет диффузных процессов должны быть изучены. T1 значения могут быть сравнены между отдельными исследования и отдельные предметы, позволяя изучение хронической изменения миокарда. Возможность одновременно оценивать функцию и инфаркта свойства позволит изучение хронологический формирования повреждение миокарда. В будущем, мультимодальные визуализации позволит сочетание функциональной информации с качественным и QuantitAtive оценки миокарда, чтобы обеспечить более полное представление о сердечно-сосудистых заболеваний.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Все животные процедуры были проведены в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных, и утверждаются местными органами власти по уходу за животными. Нет конфликта интересов объявлены.
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).
