Summary
Här beskriver vi steg för steg ett detaljerat protokoll för att utföra ekokardiografi i kaninmodellen. Vi visar hur man korrekt få de olika ekokardiografiska vyer och bilder flygplan, samt de olika Imaging lägen som finns i en klinisk ekokardiografi system rutinmässigt används hos människa och veterinär patienter.
Abstract
Stora djurmodeller som kanin är värdefulla för translationell preklinisk forskning. Kaniner har en liknande kardiell elektrofysiologi jämfört med människor och andra stora djurmodeller som hundar och svin. Dock har kanin modellen ytterligare fördelen av lägre underhållskostnader jämfört med andra stora djurmodeller. Den longitudinella utvärderingen av hjärtfunktionen som använder ekokardiografi, när den genomförs på lämpligt sätt, är en användbar metod för preklinisk bedömning av nya terapier vid hjärtsvikt med reducerad ejektionsfraktion (t. ex. hjärt förnyelse). En korrekt användning av detta icke-invasiva verktyg förutsätter att ett standardiserat provningsprotokoll genomförs enligt internationella riktlinjer. Här beskrivs, steg för steg, ett detaljerat protokoll som övervakas av veterinärmedicinska kardiologer för att utföra ekokardiografi i kanin modell, och visa hur man korrekt få de olika ekokardiografiska vyer och bilder flygplan, samt olika bildbehandlingsmetoder som finns i ett kliniskt ekokardiografi system som rutinmässigt används hos människor och veterinär patienter.
Introduction
Longitudinell utvärdering av hjärtfunktionen i stora djurmodeller är en robust forskningsmetodik som vanligen används för att bedöma effekterna av nya terapier för behandling av ischemisk och icke-ischemisk kardiomyopati. Bland de flera kardiovaskulära tekniker som finns tillgängliga för preklinisk forskning, ekokardiografi har använts i stor utsträckning på grund av dess icke-invasiva och bärbara egenskaper. I erfarna händer, ekokardiografi är också en mycket reproducerbar avbildning teknik för att studera hjärtats anatomi samt systoliskt och diastolisk funktion av hjärtat.
Stora prekliniska djurmodeller som grisar, hundar och kaniner är av största vikt för preklinisk translationell forskning1,2,3. Den potentiella nyttan av nya terapier såsom hjärt regenerativ medicin vid fastställandet av kardiomyopati kräver omfattande hypotesprövning i stora prekliniska modeller innan de kan övervägas för humant bruk2,4 . Jämfört med andra stora prekliniska modeller, kanin modellen erbjuder vissa fördelar, inklusive dess låga underhållskostnader, som är jämförbar med den för möss och råttor. Men i motsats till möss och råttor, ca+ 2 transportsystem och kardiell elektrofysiologi är liknande hos kaniner som hos människor, och de av andra stora djurmodeller såsom hundar och svin, vilket ökar den translationella potentialen hos kanin modell1,5. Därför har kaninen, som en stor experimentell preklinisk modell, en exceptionell balans mellan kostnad och reproducerbarhet för preklinisk translationell forskning.
Kaninen har den ytterligare fördelen av dess mottaglighet för ekokardiografisk avbildning med hjälp av kliniska ultraljud enheter rutinmässigt används hos människa och veterinär patienter, därmed dra nytta av överlägsenhet harmonisk avbildning och State-of-the-art Teknik. För detta, sektor givare (även känd som fas array) av relativt hög frekvens (upp till 12 MHz), såsom de som används i neonatal/Pediatric kardiologi, är att föredra. Ekokardiografisk undersökning i kaninprekliniska modellen möjliggör fullständig utvärdering av systolisk och diastolisk funktion med hjälp av flera vyer och olika lägen som finns i moderna ekokardiografiska enheter (t. ex. kontinuerlig vågdoppler (CWD), pulsad-vågdoppler (PWD) och vävnads doppleravbildning (TDI)).
Ekokardiografi är en operatörsberoende teknik och kräver därför omfattande utbildning och grundläggande kunskap om tekniken i enlighet med internationella riktlinjer. En del av denna utbildning kan underlättas med visualisering av videor som förklarar i detalj hur olika ekokardiografiska vyer kan erhållas. Uppnåendet av hög kompetens inom ekokardiografisk avbildning, samt utveckling av ett standardiserat protokoll och korrekt teknik, är avgörande för att minimera påverkan av operatören och för att generera tillförlitliga kvantitativa data, vilket krävs i rigorösa vetenskaplig forskning.
Vissa överväganden är nödvändiga när det gäller systemet och laboratorie inställningar som används för ekokardiografi i kaniner och andra stora djurmodeller. För en standard transtorakal ekokardiografisk utvärdering av hjärtats funktion måste ultraljudssystemet innehålla följande modaliteter: tvådimensionellt läge (B-läge eller 2D), rörelse läge (M-läge), färgdoppler samt CWD, PWD och TDI. Dessutom bör maskinen ha full hjärt analys och mätning programvara installerad, samt tillräckligt internt hårddiskutrymme för att lagra tillräckligt hög kvalitet digitala stillbilder och videoslingor för offline-analys. Vissa system använder linjära array givare; men för bästa avbildning av hjärtat, fasade array Sector givare med en liten Scan huvud diameter är att föredra, eftersom dessa möjliggör en lättare passage av ultraljud vågor genom den smala interkostal utrymmen. För kaniner använder vi relativt hög frekvensgivare (upp till 12 MHz). Placeringen av djuret för avbildning är av yttersta vikt för att förvärva bilder av god kvalitet. Sålunda, både höger och vänster laterala recumbent positioner rekommenderas att få alla standardavbildning plan under en ekokardiografisk undersökning. För detta, en tabell med ett snäpp som sammanfaller med hjärtområdet av bröstet är tillrådligt (figur 1a). Detta spårat bord underlättar tillgången med givaren till det område av bröstet som kommer att skannas, och därför tillåter fri rörlighet i handen av operatören whist bibehålla den bästa skannings positionen av djuret. Positionering djuret i en lateral recumbent position resulterar i en nedgång i hjärtat mot givaren och förhöjning av lungorna, samt bredda tillgången fönstret på ultraljud strålen genom interkostal utrymmen, vilket förbättrar övergripande avbildning kvalitet (figur 1a). Den ekokardiografiska undersökningen bör utföras på ett förblindat sätt och följa riktlinjerna i ekokardiografi kommittén för American College of veterinärmedicinska internmedicin och American Society of ekokardiografi/European Förening för kardiovaskulär avbildning6,7,8.
En del av vårt vetenskapliga team är förknippat med kardiologi vid ett veterinärmedicinskt undervisningssjukhus som dagligen deltar i veterinär patienter (t. ex. hundar och katter), för vilka den har relevant utbildning och ackreditering inom veterinärmedicinsk kardiologi och ekokardiografi, och dess olika avbildnings modaliteter, samt omfattande erfarenhet av att avbilda olika storlekar av djurpatienter och bröst-konformationer med denna teknik. Dessutom använder vi ofta ekokardiografi för longitudinell utvärdering av hjärtfunktionen i en kanin modell av kardiomyopati induceras av antracykliner9. Här beskriver vi ett steg för steg ekokardiografi protokoll för utvärdering av hjärtfunktionen med hjälp av en klinisk ultraljud enhet i en stor preklinisk modell som kanin. Detta protokoll är anpassat för aktuella internationella riktlinjer8, och innehåller praktiska rekommendationer baserade på våra egna erfarenheter i kliniska och experimentella miljöer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De experiment som beskrivs häri godkändes av den etiska forskningskommittén vid universitetet i Murcia, Spanien, och utfördes i enlighet med Europakommissionens direktiv 2010/63/EU. De beskrivna stegen utfördes under standard drifts protokoll som ingick i arbetsplanen och har inte utförts enbart i syfte att filma den medföljande videon till detta papper.
1. beredning av kanin
- Innan du fortsätter, börja med att injicera en kombination av ketamin (10 mg/kg) homogeniserade i samma spruta med medetomidin (200 μg/kg) att bedövningsmedel djuret, vilket kommer att minska stressen i förfarandet för kanin.
Obs: användningen av anestesi minskar också hjärtfrekvensen på ett förutsägbart sätt, vilket minskar inter-individuell variation, och har den extra fördelen av att förbättra övergripande bildkvalitet. Som visas i videon, täck huvudet med en kirurgisk filt för att hjälpa till att hålla djuret lugn under injektion av anestesi.- Kontrollera att djuret är helt sövda inom 10-20 min, genom att bekräfta närvaron av muskel slapphet, avsaknad av palpebrala reflex, mandibular rörelser och sniffa. Närvaron av de två sistnämnda tecknen (mandibular rörelser och sniffa), är i sin tur de tidigaste tecknen på minskad anestesidjup. Även om det är sällan behövs, omdosering bör övervägas (t. ex. halva den initiala anestesi doskombinationen), om en lång fördröjning förväntas för att slutföra förfarandet.
Obs: medan djuret kommer snabbt somna inom den första ~ 5 minuter efter injektionen, det rekommenderas att tillåta en djupare anestesi plan innan du försöker manipulera djuret. Denna försening kommer att undvika påfrestande kanin, som annars sannolikt kommer att producera takykardi och negativt påverka avbildning noggrannhet och reproducerbarhet av vissa parametrar under ekokardiografiska undersökning (t. ex. mitralklaffens inflöde analyser). - När djuret bedövas, Använd en hårklippare för att ta bort håret från huden på bröstkorgen. Börja under halsen linjen och fortsätta till nivån för både höger och vänster hypokondriker regioner, samt sub-xiphoid regionen i mitten linjen (figur 1b).
- Raka 1-3 cm2 av den inre sidan av höger forelimb, liksom mediotibial regioner av både höger och vänster bakbenen (figur 1b).
- Kontrollera att djuret är helt sövda inom 10-20 min, genom att bekräfta närvaron av muskel slapphet, avsaknad av palpebrala reflex, mandibular rörelser och sniffa. Närvaron av de två sistnämnda tecknen (mandibular rörelser och sniffa), är i sin tur de tidigaste tecknen på minskad anestesidjup. Även om det är sällan behövs, omdosering bör övervägas (t. ex. halva den initiala anestesi doskombinationen), om en lång fördröjning förväntas för att slutföra förfarandet.
- Efter att ha placerat kaninen på en termisk filt eller värmedyna för att undvika hypotermi under förfarandet, tillämpa en lämplig ledande gel till elektroderna och placera dessa i de rakade regionerna i armar och ben. Fixera elektroderna med kirurgisk tejp.
- Kontrollera att en korrekt EKG-signal visas på systemets skärm. vanligtvis är en samtidig 1-bly elektrokardiografisk spårning tillräckligt för att synkront övervaka hjärtrytmen under hela ekokardiografiska studien (figur 1a och figur 1c).
Obs: förutom hjärtfrekvens, övervaka andningsfrekvens samt temperatur. Andningsfrekvens kan övervakas visuellt eller genom förekomst av bröstkorg rörelser i den ekokardiografiska bilden, medan temperaturen bör övervakas via rektalsond. Dessa parametrar bör övervakas i början, sedan var 10 min och i slutet av förfarandet. Kaniner tenderar inte att kräkas under anestesi10,11; Därför är fasta av kaniner inte rutinmässigt rekommenderas före en ekokardiografisk undersökning.
Figur 1 . Beredning och positionering av kanin för ekokardiografi. A) tabell med skåra som sammanfaller med det kardiella området som ska avbildas. (B) ta bort hår från bröstet. (C) fäst EKG-elektroderna för att övervaka hjärtat. D) positionering av operatören samtidigt som en för formning av ekokardiografisk undersökning. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
2. parasternal lång axel (sagittal) syn på hjärtat
- För att få en parsternal lång axel (PSLAX) syn på hjärtat, placera kaninen i den högra laterala recumbent position, med frambenen utsträckta bort från bröstkorgen, med kirurgisk tejp (figur 1a och figur 1c).
- För att uppnå bästa möjliga bildkvalitet är det viktigt att hålla huden i bröstkorgen så platt som möjligt för att öka penetrationen och förbättra den övergripande bildkvaliteten samtidigt som djuret avbildas. För detta, håll frambenen bort från bröstkorgen med ena handen, medan du använder fri hand för att identifiera eventuella hudveck och fickor, platta till dessa uppifrån och ned, och flytta någon hud vikning bort från bröstet mot den laterala sidan och tillbaka på kanin. Detta är särskilt viktigt för äldre och större kaniner vars överdriven hud och subkutan fettvävnad kan minska bildkvaliteten.
Obs: hjärtområdet i bröstet bör placeras över cutout sektionen i tabellen. Men kom ihåg att i denna position, buken har en naturlig tendens att röra sig mot skåran, och skapar ett positivt tryck som förflyttar hjärtat kraniellt, som sedan stör bra ekokardiografisk avbildning. För att förhindra detta, är det viktigt att buken vilar helt på bordet och, för att uppnå detta, är det lämpligt att försiktigt flytta bukorganen mot caudal regionen av djuret genom mild massera (figur 1a och figur 1c).
- För att uppnå bästa möjliga bildkvalitet är det viktigt att hålla huden i bröstkorgen så platt som möjligt för att öka penetrationen och förbättra den övergripande bildkvaliteten samtidigt som djuret avbildas. För detta, håll frambenen bort från bröstkorgen med ena handen, medan du använder fri hand för att identifiera eventuella hudveck och fickor, platta till dessa uppifrån och ned, och flytta någon hud vikning bort från bröstet mot den laterala sidan och tillbaka på kanin. Detta är särskilt viktigt för äldre och större kaniner vars överdriven hud och subkutan fettvävnad kan minska bildkvaliteten.
- För ekokardiografisk avbildning, håll givaren med höger hand, medan du använder vänster hand för att styra kontrollerna av ekokardiografi systemet som visas i figur 1d.
- För att bibehålla god hudkontakt, Applicera outspädd etanol på huden och sedan tillräckligt med ultraljud överföring gel till chefen för givaren.
- Därefter positionera givaren nära huden på den högra hemithorax, på nivån för den andra till tredje interkostal rymden och ca 1-3 cm från höger parasternal linje, med givaren orientering markeringen pekar på höger axel av djuret och med en vinkel på cirka 30 ° i förhållande till mittlinjen (figur 2A). Detta bör producera en bild av den högra PSLAX av hjärtat (se representativa resultat).
- När 2D-hjärtavbildningarna visas på skärmen är nästa steg att justera ultraljudsenhetens reglage för att få optimala bilder. De viktigaste är:
- Djup-och zoomreglage: Använd dessa kontroller för att optimera området av intresse. Bildens djup måste vara tillräcklig så att hjärt strukturerna kan ses på varje bild. Använd zoomverktyget för bättre bedömning av intresse strukturer, t. ex.
- Total vinst och tid-förstärknings kompensation (d.v.s. få inställningar på olika djup i realtid): Kontrollera gråskalor och vinster manuellt för att minimera bakgrundsbrus och för att maximera avgränsningen av hjärt strukturer. Dessa parametrar är särskilt viktiga i kaniner på grund av den fattiga ekogenicitet av ventrikulär hjärtmuskeln.
- Dynamiskt omfång eller komprimering: Använd den här kontrollen för att justera antalet gråa nyanser som visas i bilden. Ställ in det dynamiska omfånget så att blodpoolen är mörk och vävnaden är ljus. Detta kommer att resultera i bättre endokardiell gräns definition, vilket är viktigt att få vänsterkammarvolymer.
- Sektor bredd: börja undersökningen med en bred sektor (90 °) och efter en överblick av hjärtat, minska sektorns bredd om specifika områden måste bättre avbildas. Om du minskar sektorstorleken förbättras tidsupplösningen genom att bildrutefrekvensen ökas. Detta är särskilt viktigt när 2D-ekokardiografi används för att vägleda dopplerundersökning.
- För att bibehålla positionen av givaren medan Imaging kaninen, och för att minska trötthet av operatören, använda pekfingret för att förankra handen till bordet eller bröstet av djuret, medan de andra fingrarna hålla givaren (figur 2A).
- Få två huvudsakliga bild plan av hjärtat i den högra PSLAX-vyn.
- Hitta en avbildning plan som delar hjärtat longitudinellt och där alla fyra kamrarna i hjärtat (två Atria och två ventriklar) kan identifieras; också, när ett brett synfält används, spetsen av hjärtat bör också komma i syn på vänster sida av bilden (se representativa resultat avsnitt).
- Utför subtila rörelser av givaren, såsom svepande, gungning och rotation, i förhållande till den interkostal rymden samt kraniocaudal och dorsoventral vinkeln av ultraljud strålen för att få den andra avbildning plan av den parasternal lång axel Visa ( Figur 2A,B). I det andra bildplanet kan den vänstra ventrikelutflödes spåret (LVOT) och aorta identifieras (se representativa resultat).
- Bildorientering: Observera att basen av hjärtat kommer att vara på höger sida av sektor bilden.
- Efter att ha erhållit lämpliga bild flygplan, Använd B-läge för att utvärdera den övergripande funktionen av hjärtat, och använda färgdoppler att bedöma blodflödet över alla ventiler samt integriteten av interventricular septum (IVS).
Observera: Spara alltid bilder av olika vyer och plan för offlineanalys.
Figur 2 . Hur man får en PSLAX syn på hjärtat. (a-B) Positionering av givaren för att få de två olika plan av PSLAX syn på hjärtat (se beskrivning i texten). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
3. parasternal kort axel syn på hjärtat
- Med givaren på samma plats i bröstet medan du visar en välriktad PSLAX, utför en moturs rotation av givaren på cirka 90 ° (figur 3a) för att få en höger parasternal Short Axis (pssax) vy. Den här gången bör givarens riktnings märke peka mot kaninens vänstra axel.
Anmärkning: för att hjälpa till att bibehålla givaren på samma plats i bröstet medan du roterar givaren, Använd vänster hand för att utföra rotationen från givarens sladd som visas i figur 3b. - I parasternal kort axel Visa, få tre bild flygplan genom att sopa givaren längs axeln av hjärtat: mitten av ventrikulära, mitralklaffen, och den höga basen med lungartären (PA) och aortaklaffen (AoV) i vyn.
- I mitten av ventrikulär avbildning planet, som delar hjärtat vid papillär muskler och chordae tendineae nivå (diagram 3C), visualisera höger kammare (RV) på toppen och vänster kammare (LV) längst ner i bilden (se representativa resultat).
- Använd B-läge för att utvärdera radiell och omkretsriktningen kontraktion och avslappning av LV, och kontrollera för regionala vägg rörelse avvikelser.
- Använd M-läge och med hjälp av spåret bollen flytta markören i realtid över 2D-bilden, och sedan placera markören i mitten av LV, mellan både papillär muskler, vinkelrätt mot IVS och vänster kammar fri vägg (FW) (figur 3c). När bilderna i M-läget visas på skärmen, lagra bilder för offlineanalys. Hos kaniner med höga hjärtfrekvenser, Använd högre svep hastigheter för att bättre separera hjärthändelser under hjärt cykeln (t. ex. 150 mm/SEK).
- Genom att sopa givaren mot cefaliska regionen (figur 3D), få en mitralisklaffen ventil (MV) plan. Använd B-mode och M-läge för att utvärdera integriteten och motilitet av MV broschyrer. Placera markören längs mitten av LV, vinkelrätt mot IVS (figur 3E), för att få detaljerad information om utflykt av MV i förhållande till IVS.
- Sopa givaren ytterligare kraniellt att resultera i en avbildning plan på nivån för den höga basen (även känd som AoV plan; Figur 3F - H), där AOV och dess broschyrer, det högra ventrikelutflödes spåret (RVOT), PA, och höger och vänster Atria (La) kan identifieras (se representativa resultat).
- Bildorientering: Observera att PA kommer att vara på höger sida av sektorn bilden.
- För att helt visualisera PA och dess bifurcation, använda en större ankling och, ibland, en kranial förskjutning av givaren (en interkostal rymden).
- Använd B-läge för utvärdering av storlek och form av dessa strukturer (t. ex., vänster förmaks storlek ökas i kronisk hjärtsvikt), och använda färgdoppler och PWD att registrera hastigheten på blodflödet (utflöde) på PV nivå, genom att placera provvolymen strax under öppnande av PV-broschyrer (figur 3G). Slutligen, Använd M-läge och placera markören längs AoV och LA (figur 3H).
- Använd följande huvudkontroller och justeringar för att få lämpliga Dopplerbilder med färgflöde:
- Med färg sektorn placerad i området av intresse, minska vinkeln mellan sektorn och blodflödet riktning så mycket som möjligt.
- Färg sektor bredd: justera detta till ventil området, för att öka bildrutehastigheten och förbättra färg flödesinformationen.
- Baslinje och pulsrepetitionsfrekvens (PRF): justera baslinjen i färgfältet och PRF, så att högre hastigheter kan visas. Ett tal längst upp och längst ned i färgfältet representerar den maximala detekterbara hastigheten innan färg kantutjämning inträffar.
Anmärkning: aliasing är vanligare i färg flöde processingthan spektralpulsad Doppler, eftersom en del av pulserna är tilldelade för att få tvärsnittsbilder i förfång för färg flöde Doppler information. - Färgförstärkning: först, öka detta till den grad att det bara börjar skapa bakgrundsbrus, och sedan minska till en nivå som optimerar färg flöde Imaging.
- Använd följande huvudkontroller för att få tillräckliga spektrala Dopplerbilder:
- Markörposition: gör denna parallell till blod flödesriktningen; åtminstone bibehålla i en vinkel < 30 °.
- Grind position: det är en markör i markör linjen som motsvarar provtagningsplatsen. Placera den efter aorta-och lung ventiler och på broschyren tips av atrioventrikulärt ventiler.
- Gate Storlek: Använd den minsta inställningen förutom att få små regurgitant flöden.
- Baslinje: Välj baslinjen beroende på riktningen av blodflödet. Placera den på toppen när blod flödar mot givaren (t. ex. pulmonell och aorta flöden), eller längst ner när blodet flyter mot givaren (t. ex. atrioventrikulär ventiler strömmar).
- Skala: Välj detta enligt hastigheten av blodflödet, vanligen, 25% högre än den erhållna hastigheten.
- Dopplerförstärkning: Använd detta för att intensifiera dopplersignalerna. Öka förstärkningen tills färgen visas.
- Färgläggning av dopplersignalen: Använd magenta färg när dopplerspektrat är svagt eftersom det gör hastigheten skarpare.
- Vägg filter: Använd detta för att minska mängden lågfrekvent brus som produceras av hjärt väggarna.
- Svep hastighet: Använd högre svep hastigheter för att underlätta tids mätningar.
Figur 3 . Hur du skaffar en PSSAX-vy och dess olika bild plan. (A) givarens position för att få en pssax-vy på nivån för de papillära musklerna. Bdemonstration av vänsterhandens roll för att hjälpa till med att rotera givaren när man byter från en PSLAX till en pssax-vy. (C) placeringen av markören på M-läget i papillär musklerna plan i pssax-vyn. D) givarens position för att få en pssax-syn på hjärtat vid mitralventilplanet. (E) placeringen av markören på M-läget i MV-planet i pssax-vyn. F) givarens position för att erhålla av-planet i pssax-vyn. (G) demonstration av färgdoppler och positionering av PWD-provvolymen för att utvärdera UTFLÖDET av PV. (H) placeringen av markören på M-läget i AOV-planet i Pssax-vyn. LV = vänster kammare; RV = höger kammare; FW = LV fri vägg; AoV = aortaklaffen; RVOT = höger kammar utflöde spår; PV = pulmonell ventil; PA = lungartären; LA = vänster förmak; RA = höger förmak. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
4. apikala 4 kammare syn på hjärtat
- För att få en apikal 4 Chambers (AP4C) Visa, placera kaninen i den vänstra laterala recumbent position med frambenen utsträckta bort från bröstkorg regionen med hjälp av kirurgisk tejp ( figur 4a). Håll huden på bröstkorgen platt på liknande sätt som beskrivits ovan (steg 2.1.1). Hjärtområdet i bröstet bör placeras över cutout delen av tabellen. Likaså bör buken vara väl stöds på bordet efter att ha flyttat caudally bukorganen genom mild massera.
- Applicera ultraljud gel till givaren, och sedan tillgång till hjärtat genom skåran i tabellen och placera den nära huden på vänster hemithorax, på nivån för den 4:e-5: e interkostal utrymme med midclavicular linjen, med givarens riktnings markering pekar mot kaninens bak (i riktningen för vänster skulderblad) (figur 4b). På detta sätt är givaren ortogonalt med spetsen av hjärtat och ultraljud strålen riktas mot basen av hjärtat.
- Från denna position, om nödvändigt, flytta givaren uppåt en interkostal utrymme i taget tills ~ 4: e interkostal rymden (en manöver som ofta kallas "window shopping").
- När du når den lämpliga interkostal rymden (som kan variera beroende på storlek och/eller ålder av kanin), observera en bild av hjärtat från spetsen till basen av hjärtat, den typiska hjärtform där alla fyra kamrarna kan ses, med vänster och höger ventriklarna upptill och båda Atria längst ner i bilden (se figur 4c,D och representativa resultat).
- Bildorientering: Observera att LV kommer att vara på höger sida av sektor bilden.
- Undvik att förförkorta Apex i detta beskådar, så att den typiska AP4C beskåda av hjärtan bör ge en kula formar avbildar av LV med IVS i en mitt (figurera 4c,D). Om spetsen avrundas, är LV sannolikt förkortas; Därför, flytta givaren nedåt en interkostal utrymme och/eller lutning av givaren.
- Använd B-läge för att kontrollera om regionala vägg rörelse avvikelser och har en global bild av LV-funktionen. Använd färgdoppler för att utvärdera flödet över atrioventrikulärt ventilerna och Använd PWD och positionera provvolymen på nivån för MV-broschyren tips för att få bilder av MV inflöde spektrum (figur 4c).
- Använd TDI-läget och placera provvolymen på septal och laterala sidorna av mitralklaffen annulus (figur 4D).
- Använd M-läge och placera markören i linje med den laterala MV annulus att få mitralisklaffen ringformig plan systolisk utflykt (MAPSE). Lagra bilder i vart och ett av dessa lägen för offlineanalys av hjärtfunktionen.
Figur 4 . Hur man får AP4C och AP5C utsikt över hjärtat. (A) positionering av kanin i vänster lateral Decubitus för en AP4C syn på hjärtat. (B) givarens position för att få en AP4C syn på hjärtat. Cprovtagnings volymens placering vid MV-bipacksedel för utvärdering av MV-inflöde. D) Provtagningsvolymen för TDI-analys av hjärtfrekvens hastigheter på den laterala sidan av MV annulus. (E) givarens position för att få en AP5C syn på hjärtat. F) provtagnings volymens lokalisering för PWD-analys av utflödet över hela AOV. LV = vänster kammare; RV = höger kammare; MV = mitralklaffen; LA = vänster förmak; RA = höger förmak; AoV = aortaklaffen. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
5. apikala 5 kammare syn på hjärtat
- Börjar med givaren på samma plats som i AP4C Visa, utföra en mild vippning caudally (figur 4E) tills Lvot och AOV komma in i vyn, detta är den apikala 5 Chambers Visa (AP5C) i hjärtat (se representativa resultat).
- Använd B-läge för att utvärdera LVOT, förflyttning av AoV broschyrer, samt LV hålighet storlek och funktion.
- Använd färgdopplerläge för utvärdering av utflöde över AoV, och Använd PWD för att bedöma flödeshastigheten över denna ventil genom att placera provvolymen precis bakom AoV (figur 4F).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Den långa axeln med lång axel syn på hjärtat
Figur 5a visar ett bildhanterings plan av den högra PSLAX-vyn där de fyra kammarna är klart åtskilda. Du kan identifiera i denna uppfattning den högra ventrikeln (RV), tricuspid Valve (TV), IVS, LV, FW, samt mitralklaffen (MV). När spetsen är tydligt synlig på vänster sida av bilden i denna uppfattning och LV är inte förkortas, är det möjligt att uppskatta exakt LV-volymen med hjälp av biplan-metoden för diskar (modifierad Simpsons regel) som visas i Figur 5b,C8 , som för noggrannhet bör kombineras med en liknande mätning av LV-volymen i AP4C View, särskilt om kaninen modell som används presenterar med vägg rörelse avvikelser. Figur 5D visar den andra bildplanet av rätt PSLAX där lvot och aorta (Ao) också komma i bild. Placeringen av bromsok för noggrann mätning av LVOT visas också i figur 5D.
Figur 5 . Avbildning plan erhålls i en PSLAX syn på hjärtat. A) bildplanet som visar hjärtats 4 kammare. (B) slutet diastoliskt och (C) end systoliska bilder, visar Simpson metod för analys av LV. (D) avbildning plan där lvot och aorta kommer i bild i pslax syn på hjärtat. LV = vänster kammare; RV = höger kammare; IVS = interventrikulär septum; Ao = aorta; LVOT = utflödes spår för vänster kammare; LA = vänster förmak; RA = höger förmak; MV = mitralklaffen; TV = tricuspid ventil; FW = fri vägg av LV; PC = Perikardium. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Kort stavelse axel beskådar av hjärtan
I figur 6avisas en höger pssax-vy av hjärtat på nivån för papillär musklerna och chordae tendineae-planet. Det är möjligt att identifiera i denna uppfattning RV, IVS, LV, och FW, liksom anterolaterala (AL) och posteromedial (PM) papillär muskler (figur 6a). I den här vyn används områdes spårningsverktyget för att mäta det perifera området i slutet av diastole (CAd) (figur 6b) och i end-Systal (CAS) (figur 6c), vilket gör det möjligt att beräkna det totala området för PERIFERIN förkortning (CSA) med hjälp av Formel:
CSA = CAd-CAs/CAd × 100.
Ett exempel på ett M-läge spår i PSSAX på papillär musklerna nivå visas i figur 6D, där placeringen av bromsok, framkant till framkant, för de olika mätningarna av STRUKTURERNA i LV också demonstreras. Dessa mätningar ger användbar information om storleken på LV-strukturerna. Således, mätning av LV slutet diastoliska diameter (LVDd) och LV systolisk diameter (LVDs) från tre på varandra följande hjärtslag tillåter beräkningen av LV förkortning fraktion (% SF), med hjälp av formeln:
SF% = LVDd-LVDs/LVDd
liksom LV systoliska och diastoliska volymer (LVVd, LVVs), med hjälp av Teichholz formel:
(7 × (LVD)3)/(2.4 + LVD)
LV-ejektionsfraktionen (LVEF (%)) beräknas därefter enligt formeln LVEF = (LVVd-LVVs)/(LVVd × 100).
En M-läges spår på MV-planets nivå i PSSAX-vyn visas i figur 6E, där placeringen av bromsok för mätning av mitralventilens E-punkt till septal-separation (EPSS) också visas. Ett exempel på en PSSAX syn på hjärtat vid AoV plan nivå visas i figur 6F, där placeringen av bromsok för mätning av aorta roten diameter (AOD), samt vänster förmaks dimension (lad) demonstreras.
Ett exempel på analysen av PV-utflöde med både färgdoppler och pulsad vågdoppler visas i figur 6G. Notera det blåfärgade utflödet genom PV med färgdoppler, vilket indikerar att det observerade flödet rör sig bort från givaren. Exempel på hur man kvantifiera pre-ejektionsperioden av PV (PEP PV), samt PV utflöde med hjälp av volym tid integral (VTI), visas i figur 6H.
Figur 6 . Bild plan som erhållits i PSSAX-vyn. (A) representativ bild av en pssax-vy på papillär-musklerna-planet. (B) slutet diastoliskt och (C) slutet systolisk spårning av endokardiell gränsen för att mäta den totala CSA. D) M-läges spår som erhålls i en pssax-vy på nivån för papillär musklerna. (E) ett exempel på M-mode-spår som erhålls i en pssax-vy i nivå med MV. (F) representativ 2D-bild av en pssax Vie i planet av av. (G) FÄRGDOPPLERSTYRD PWD-spårning av PV-utflödet. H) demonstration av en VTI-spårning med hjälp av den PWD-signal som erhålls från PV-utflödet. LV = vänster kammare; RV = höger kammare; IVS = interventrikulär septum; FW = fri vägg av LV; AL = anterolateralt papillär muskel; PM = posteromedial papillär muskel; LVDd = vänsterkammardiameter vid slutet diastole; LVDs = vänsterkammardiameter vid slutet Systole; PC = Perikardium; EPSS = E-punkt till septal separation; AoD = aorta rotdiameter; LAD = vänster förmaks dimension; MV = mitralklaffen; TV = tricuspid ventil; PEP PV = pre-ejektionsperiod av lungventilen; ET PV = ejektionstid för lungventilen; VTI PV = volym tid integral av lungventilen. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Apikala 4 kammare Visa
Ett exempel på MV-inflöde med färgdoppler i en AP4C vy visas i figur 7a. Notera den dominerande röda färgen på MV-inflödet som indikerar att flödet rör sig mot givaren. Således, en användbar mnemonic att beskriva och lära sig hur blod flödar över strukturerna i hjärtat är förkortningen BART (blå bort, röd mot givaren). Med hjälp av PWD kan MV-inflödes spektrumet bedömas på det sätt som visas i figur 7b, där de tidiga (E) och sena (a) fyllnings vågorna under diastole är lätta att differentiera. Exempel på myokardvävnad hastigheter av MV annulus enligt bedömning av TDI på både laterala och septal väggar visas i figur 7C och figur 7d, respektive. Den systoliska komponenten betecknas med S-vågen, medan E ' och A ' vågor motsvarar hjärtinfarkt rörelse av mitralklaffen annulus under tidig fyllning (E) och sena fyllning (A) komponenter i diastole.
Apikal 5 kammare Visa
Figur 7E visar ett exempel på färgdoppler placerad på lvot i en apikal 5 kammare uppfattning. Observera att, i linje med BART mnemonic som beskrivs ovan, den blå färgen observerade indikerar att blodflödet rör sig bort från givaren. Figur 7F visar ett exempel på hur man kvantifiera AOV utflöde med hjälp av PWD signal för att utvärdera VTI av AOV, systoliska ejektionstid (et) och pre-ejektionsperiod av AOV (PEP AOV).
Figur 7 . Vyerna AP4C och AP5C. (A) ett exempel på färgdoppler i en AP4C vy. Brepresentativ bild av PWD-signalen för MV-inflödet i en AP4C, där E-vågen motsvarar tidig diastolisk fyllning och A motsvarar förmakskontraktion under diastole. (C-D) Representativa bilder av hjärtfrekvens signaler som erhållits från de laterala (C) och septal (D) segmenten av MV annulus med TDI i en AP4C vy. S motsvarar Systole, medan E "motsvarar den tidiga fyllningsfasen och en" med sen fyllnads fas under diastole. Eett exempel på en Färgdopplersignal som erhålls från AOV i en AP5C vy. F) demonstration av en VTI-spårning med hjälp av den PWD-signal som erhålls från AOV-utflödet. AoV = aortaklaffen; VTI = integraltid för volym; PEP = före ejektionsperiod; ET = ejektionstid. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi har beskrivit ett protokoll för ekokardiografisk undersökning av hjärt funktionsparametrar hos kanin, som representerar en stor preklinisk modell1,2,3. Den steg för steg-metod som beskrivs häri bör betraktas som vägledning, som med en kompletterande studie av de grundläggande principerna för ekokardiografi, och en grundläggande kunskap om ultraljud avbildning, kommer att hjälpa forskaren att få, genom praktik och kompletterande och sakkunnig vägledning, bra kvalitetsdata under en relativt kort tidsperiod.
Det finns flera kritiska steg för att öka värdet och reproducerbarheten av resultaten när du använder ekokardiografi protokollet som beskrivs här. Först, se till att huden på bröstkorgen är hår fri och ren; för detta rekommenderar vi att rengöra huden med etanol för att avlägsna överskott av naturliga hudfett innan du applicerar ultraljud gel. Nästa, medan det är möjligt att bilden bröstet i en ryggläge, lungorna tenderar att blåsa upp och minska en redan svår att bilden bröstväggen med dålig ekogenicitet, sålunda, en vänster eller höger recumbent position kanin och tillämpningen av givaren till bröstet genom Cut-out notch av en specialbyggd Imaging Table är det bästa sättet att förbättra övergripande bildkvalitet. Sedan, forskaren som använder ultraljud systemet bör spendera lite tid att skapa hjärt Imaging för inställningar med optimerade Imaging inställningar, som är nödvändiga för att förbättra övergripande bildkvalitet i alla vyer och kommer också att förkorta din avbildning tid i framtiden bildsessioner. Några av de viktigaste kontrollinställningarna att behärska är total vinst och tid-förstärkning ersättning, med tanke på den dåliga avbildning av bröstet av kanin (se steg 2.4.2). Det är också viktigt att vara systematisk och alltid utföra ekokardiografiska undersökning på ett ordnat sätt. För detta, att få in vanan att förvärva alla Imaging vyer och bilder flygplan i samma sekvens kommer att undvika att missa viktig information när du utför studien. Dessutom, under bildanalys rekommenderas att utföra alla mätningar i minst tre på varandra följande hjärt cykler i de förvärvade bilderna för varje modalitet. Slutligen är bländande av observatören under bildbehandling samt under offline-analys viktigt att undvika bias och öka värdet av resultaten för translationell medicin. Med beaktande av alla ovanstående överväganden, tillsammans med tillämpningen av principerna om avbildning och analys enligt gällande riktlinjer7,8, kommer att säkerställa reproducerbarheten av forskningen med hjälp av longitudinella utvärdering av hjärtats funktion via ekokardiografi i en stor djurmodell såsom kanin.
Med tanke på variationen i kroppsstorlek och fett sammansättning vid olika åldrar av kaniner och de särskilda experimentella inställningar, vissa varianter av tekniken kommer att krävas, såsom subtila rörelser av givaren (t. ex., svepande, rotation) i förhållande till den interkostal rymden, för att uppnå önskad bild plan. Därför måste det protokoll som beskrivs här tolkas som en utgångspunkt som bör anpassas till de särskilda målen för det forskningsprogram som inbegriper denna teknik.
Medan kliniska ekokardiografi system är allmänt tillgängliga i de flesta forskningscentra, det finns vissa begränsningar för den teknik som beskrivs häri. Faktum är att kvaliteten på de bilder som erhålls från ekokardiografiska studier beror till stor del på förfining och teknik av ultraljud maskinen, kompetens och expertis hos operatören, och de enskilda patientens egenskaper. De minsta tekniska egenskaperna som ultraljudsutrustningen måste uppfylla beskrevs i inledningen. Sålunda, otillräcklig utrustning (t. ex. en linjär array givare) utgör en grundläggande begränsning för användning av ekokardiografisk teknik i kanin modell. Dessutom är den ekokardiografiska tekniken och dess resultat starkt influerade av operatören. Därför kan en operatör utan tillräcklig erfarenhet och praktisk utbildning dramatiskt begränsa anskaffande av standardiserade bilder av lämplig kvalitet. På samma sätt kan oerfarna operatörer också göra misstag i att få mätningar även om de utförs på ekokardiografiska bilder av utmärkt teknisk kvalitet. Dessutom, som nämnts ovan, vissa av begränsningarna är inneboende till kanin modell, såsom ålder och, mer specifikt, av storlek och kroppsfett sammansättning av kaniner studerade via ekokardiografi. Enligt vår erfarenhet, unga kaniner som väger upp till 2,5 kg har låg subkutan och intra-Thoracic fettdepåer. Detta fenotypiska skede ger de bästa akustiska Fönstren och erbjuder skarpare och vassare ekokardiografiska bilder och mycket få artefakter. Eftersom storlek och kroppsfett sammansättning ökar, kvaliteten och noggrannheten i den ekokardiografiska studien blir begränsad, och kompetensen hos operatören kommer i slutändan att spela en grundläggande roll för att uppnå bästa möjliga avbildning under dessa omständigheter.
Vi använder för närvarande ekokardiografi för longitudinell utvärdering av hjärtfunktionen i en kanin modell av kardiomyopati induceras av antracykliner och att testa stamcells terapier för detta tillstånd9,12,13. Den teknik som beskrivs här kan också användas i andra prekliniska studier med ischemi eller valvulär hjärtsjukdom.
En annan kardiovaskulär avbildning teknik är hjärt magnetisk resonans (CMR), vars främsta fördelen är bättre endokardiell-myokardiell definition, vilket leder till en mer exakt uppskattning av LV-volymer och systoliska funktion14. CMR begränsas dock av dess höga kostnader och bristande bärbarhet och därmed dess begränsade tillgänglighet i de flesta forskningscentra. Likaså har CMR relativ dålig prestanda för analys av diastoliska funktion, vilket gör ekokardiografi ett bättre övergripande val för longitudinell utvärdering av systoliska och diastoliska funktion av hjärtat15.
Enligt vår erfarenhet, den anestesisystem som används i det protokoll som beskrivs häri är säker och uppnår reproducerbara resultat utan signifikant depression av hjärtinfarkt funktion hänförlig till anestesi9. Det är dock viktigt att standardisera bedövnings systemet i varje laboratorium för att säkerställa reproducerbara resultat för just dina experimentella inställningar. Efter inducerande anestesi, i erfarna händer den ekokardiografiska undersökningen kan slutföras inom 15 min.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes delvis av: Fundación Séneca, Agencia de Ciencia y Tecnología, Región de Murcia, Spanien (JT) (Grant Number: 11935/PI/09) och University of Reading, Storbritannien (AG, GB) (central finansiering). Finansiärer hade ingen roll i studiens utformning, datainsamling och analys, beslut om att publicera eller förberedelse av manuskriptet.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bluesensor | Medicotest | 13BY1062 | Disposable adhesive ECG lectrodes |
| Domtor (Medetomidine) | Esteve | CN 570686.3 | Veterinary prescription is necessary |
| HD11 XE Ultrasound System | Philips | 10670267 | Echocardiography system. |
| Heating Pad | Solac | CT8632 | |
| Imalgene (Ketamine) | Merial | RN 9767 | Veterinary prescription is necessary |
| Omnifix-F 1 ml syringe | Braun | 9161406V | |
| S12-4 | Philips | B01YgG | 4-12 MHz phase array transducer |
| Ultrasound Transmision Gel (Aquasone) | Parker laboratories Inc. | N 01-08 |
References
- Pogwizd, S. M., Bers, D. M.
- Gandolfi, F., et al. Large animal models for cardiac stem cell therapies. Theriogenology. 75, 1416-1425 (2011).
- Harding, J., Roberts, R. M., Mirochnitchenko, O. Large animal models for stem cell therapy. Stem Cell Research & Therapy. 4, 23 (2013).
- Chong, J. J., Murry, C. E. Cardiac regeneration using pluripotent stem cells--progression to large animal models. Stem Cell Research. 13, 654-665 (2014).
- Del, M. F., Mynett, J. R., Sugden, P. H., Poole-Wilson, P. A., Harding, S. E. Subcellular mechanism of the species difference in the contractile response of ventricular myocytes to endothelin-1. Cardioscience. 4, 185-191 (1993).
- Sahn, D. J., DeMaria, A., Kisslo, J., Weyman, A. Recommendations regarding quantitation in M-mode echocardiography: results of a survey of echocardiographic measurements. Circulation. 58, 1072-1083 (1978).
- Thomas, W. P., et al. Recommendations for standards in transthoracic two-dimensional echocardiography in the dog and cat. Echocardiography Committee of the Specialty of Cardiology, American College of Veterinary Internal Medicine. Journal of Veterinary Internal Medicine. 7, 247-252 (1993).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 16, 233-270 (2015).
- Talavera, J., et al. An Upgrade on the Rabbit Model of Anthracycline-Induced Cardiomyopathy: Shorter Protocol, Reduced Mortality, and Higher Incidence of Overt Dilated Cardiomyopathy. BioMed Research International. 2015, 465342 (2015).
- Borkowski, R., Karas, A. Z. Sedation and anesthesia of pet rabbits. Clinical Techniques in Small Animal Practice. 14, 44-49 (1999).
- Cantwell, S. L. Ferret, rabbit and rodent anesthesia. The Veterinary Clinics of North America. Exotic Animal Practice. 4, 169-191 (2001).
- Giraldo, A., et al. Percutaneous intramyocardial injection of amniotic membrane-derived mesenchymal stem cells improves ventricular function and survival in non-ischaemic cardiomyopathy in rabbits. European Heart Journal. 36, 149 (2015).
- Giraldo, A., et al. Allogeneic amniotic membrane-derived mesenchymal stem cell therapy is cardioprotective, restores myocardial function, and improves survival in a model of anthracycline-induced cardiomyopathy. European Journal of Heart Failure. 19, 594 (2017).
- Bellenger, N. G., et al. Comparison of left ventricular ejection fraction and volumes in heart failure by echocardiography, radionuclide ventriculography and cardiovascular magnetic resonance; are they interchangeable? European Heart Journal. 21, 1387-1396 (2000).
- Flachskampf, F. A., et al. Cardiac Imaging to Evaluate Left Ventricular Diastolic Function. Journal of the American College of Cardiology Cardiovascular Imaging. 8, 1071-1093 (2015).
