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心脏磁共振成像

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高场小孔磁共振成像(或心脏MRI)无需使用电离辐射或造影剂即可评估心血管功能。

类似的心血管成像模式包括高频超声,它从传感器发出一束声波,并记录波反射时产生的回声以生成实时图像。它提供高空间和时间分辨率的图像;然而,由于密集组织渗透深度有限,可以观察到成像伪影。

另一种成像技术是微型CT,它需要一系列X射线投影来创建3D横截面。它具有较低的时间分辨率和有限的软组织对比度,并且通常需要使用造影剂来可视化血管结构。这些已知在高剂量下会导致辐射损伤和肾衰竭。

或者,MRI使用强电磁铁根据组织的磁性特性对体内组织进行成像。在心脏MRI中,传统的MRI序列在心脏周期的R峰和呼吸中的呼气高原上被封闭,以评估心血管功能。

本视频将说明如何收集 MRI 数据与触发快速低角度拍摄,或 FLASH MRI 序列。该技术为研究小动物疾病模型提供了高质量的软组织对比。

磁共振成像是一种利用组织的顺磁特性来可视化软组织对比度的技术。MRI 机器的孔通常使用电磁线圈包裹,当施加电流时,该电磁线圈可提供恒定的均质磁场 B-零。

在高场镜像成像中,可以使用 7-Tesla 磁场强度,约为地球磁场的 140,000 倍,是常见临床 3-Tesla 和 1.5-Tesla 扫描仪场强度的两倍多。这种同质磁场使几乎所有活组织固有的氢质子对齐其旋转轴。然后,可以使用射频或 RF 波将这些自旋倾斜到相对于旋转轴(也称为翻转角度)的一定角度。

当质子试图放松回到原来的方向时,其垂直于主轴的自旋成分会产生可探测的电信号,从而产生图像。此外,磁梯度可以干扰主磁场,并允许空间隔离的射频激发来本地化接收的信号。本视频中描述的具体方法是 FLASH 序列,它使用快速重复的低翻转角度 RF 激发,以在质子运动中诱导稳定状态模式。重复时间比典型的质子放松时间短得多。

当未激发的氢(如血液中的氢)进入成像帧时,会产生相对较高的信号。这使得心血管系统能够快速成像,并在心脏周期内提供稳定的快照。通过用生理信号触发FLASH序列,可以获取心血管系统的图像,突出心脏、血管和呼吸运动。

在回顾了心脏核磁共振检查的主要原理后,现在让我们通过分步程序来准备和成像动物。

首先,确定要成像的鼠标,然后将鼠标转移到击倒室。然后,使用异法兰麻醉动物,并使用脚趾捏技术确认击倒。接下来,打开到 MRI 室鼻锥的除胶流,并将离锥流关闭到敲除室。这种麻醉剂的管质越长。

确保所有人员都 MR 安全,然后将鼠标转移到成像阶段,并将鼻锥固定在动物周围。将鼠标放置,使其心脏与 RF 线圈的中心大致对齐。接下来,使用脚趾捏技术重新确认击倒。然后,插入三个心电图引线下皮。将一个引线分别放在心脏的左侧和右侧,一个放在左后肢的底座上。

使用无菌探头护套和润滑剂插入直肠温度计探头。然后,在腹部的表观气区放置枕头呼吸传感器,并用纸板将其固定到位,以获得压力敏感信号。

确认所有生理信号都是通过扫描仪室外的监控软件获取的。接下来,设置加热模块和风扇,开始加热流向鼠标的气流。将空气管固定到位,使温暖的空气吹向鼠标,从刚过去的尾部开始。最后,将射频线圈放在鼠标上,确保所有电缆和管管都安全。

现在,让我们回顾一下分步协议,在麻醉小鼠上执行心脏 MRI。

首先,调谐和匹配磁体孔外的 RF 线圈,以确保最大信号检测。这由射频线圈每个组件的零赫兹的窄谷表示。接下来,缓慢地将成像阶段插入磁体的孔中。确保鼠标直接位于孔的中心,并且梯度线圈沿所有径向方向具有相等的间距。此位置可确保均匀的主磁场。

接下来,运行导航扫描以在扫描仪中定位鼠标。确认心脏的某些部分是否在所有三个平面中可视化,即轴向、下垂和日冕。然后,设置 FLASH 序列的参数,并选择要打开的外部触发。在监控软件上,配置外部触发器,使 MRI 序列仅在心脏周期的 R 峰上运行,在呼气阶段的稳定呼吸期间。

接下来,通过设置参数并在日冕视图中定位成像平面矩形来指定初始 FLASH 序列。然后按继续运行它,使切片平面跟随轴从心脏的顶点通过主动脉瓣。这个初始的cine循环将提供心脏的两室视图。

然后,在引用双室视图的结果时,沿顶端主动脉阀轴指定并运行新的 FLASH 序列,以可视化四室视图。

最后,规定一个短轴片,该切片与尖顶主动脉瓣轴垂直于心脏的一半左右。在此位置的 Cine 循环输出中,毛细管肌肉应清晰可见。完成成像后,将采集的数据传输到适当的位置进行分析,然后从磁体的孔中收回成像阶段,从动物身上取出梯度线圈和所有探头,然后再将动物从扫描仪床上转移。

现在,我们已经在鼠标中获得了心脏MRI,让我们回顾一下扫描结果。下图显示了左心室短轴视图的 Cine 循环,直接垂直于心脏的基顶轴,位置包括尖顶肌肉。

在这里,我们看到小鼠心脏的血肉成像与14个短轴视图快照整个心脏周期,包括端隔膜和峰值systole。左心室流明内的跌落信号区域表示血液快速移动,最初位于平面外,未被 RF 波激发标记。

这张图片显示了心脏的四室视图,明亮的血液通过斜面瓣膜和三头肌瓣,然后分别通过主动脉和肺瓣膜流出。

最后,下面是一个最大强度投影,显示了如何将多个切片在空间上组合,以可视化整个小鼠的心血管系统。图中显示了一个三维时间同步、明亮、二维血液图像,显示小鼠的胸腔和腹部区域。

现在让我们来看看这种MRI技术的其他一些应用。作为所述技术的延伸,我们可以使用这种技术来比较健康心脏与患病心脏的运动学。心脏功能障碍的Murine模型可以比在诊所中发现的模型控制得多。这使得研究人员能够识别导致心脏病的特定因素,并研究受伤后的重塑过程。

类似的研究工作可以进行与血管为重点,如腹部主动脉瘤的形成。血液使用此处描述的高场小孔MRI方法发出高强度信号。这种增加的对比可用于评估腹部主动脉瘤的扩张,并测量容器的生物力学特性的变化。

您刚刚观看了 JoVE 的心血管磁共振成像入门。

您现在应该知道如何执行心脏成像,以及如何使用标准明亮的血液 FLASH MRI 序列与心脏和呼吸信号同步获取肉眼心脏的 Cine 循环数据。最后,您还应知道如何识别这些图像中的心脏结构。感谢您的收看!

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