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Herz-Magnetresonanz-Bildgebung

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Die Hochfeld-Kleinband-Magnetresonanztomographie oder Kardiat-MRT bewertet die Herz-Kreislauf-Funktion ohne den Einsatz ionisierender Strahlung oder Kontrastmittel.

Zu den vergleichbaren kardiovaskulären bildgebenden Modalitäten gehört Hochfrequenz-Ultraschall, der einen Strahl akustischer Wellen von einem Wandler aussendet und die Echos aufzeichnet, die entstehen, wenn die Wellen reflektieren, um Live-Bilder zu erzeugen. Es bietet Bilder mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung; Aufgrund der begrenzten Eindringtiefe im dichten Gewebe können jedoch bildgebende Artefakte beobachtet werden.

Eine weitere bildgebende Technik ist micro-CT, das eine Reihe von Röntgenprojektionen benötigt, um 3D-Querschnitte zu erstellen. Es hat eine geringere zeitliche Auflösung und einen begrenzten Weichteilkontrast und erfordert oft die Verwendung von Kontrastmitteln, um Gefäßstrukturen zu visualisieren. Diese sind dafür bekannt, Strahlenschäden und Nierenversagen bei hohen Dosen verursachen.

Alternativ verwendet die MRT starke Elektromagnete, um Gewebe im Körper basierend auf ihren magnetischen Eigenschaften abzubilden. Im Kardiat-MRT werden herkömmliche MRT-Sequenzen von R-Spitzen im Herzzyklus und exspiratorischen Plateaus in der Atmung abgezäut, um die Herz-Kreislauf-Funktion zu beurteilen.

In diesem Video wird veranschaulicht, wie MRT-Daten mit einer auslösenden schnellen Low-Winkel-Aufnahme oder FLASH-MRT-Sequenz gesammelt werden. Diese Technik bietet einen hochwertigen Weichteilkontrast für die Untersuchung von Modellen für kleine Tierseuchen.

Magnetresonanztomographie ist eine Technik, die die paramagnetischen Eigenschaften des Gewebes verwendet, um Weichteilkontrast eimpernzu zu visualisieren. Die Bohrung einer MRT-Maschine wird konventionell mit einer Magnetspule umwickelt, die ein konstantes homogenes Magnetfeld B-Null liefert, wenn ein elektrischer Strom aufgebracht wird.

In der High-Field-Spiegelbildgebung kann eine 7-Tesla-Magnetfeldstärke eingesetzt werden, etwa 140.000 Mal so viel wie das Erdmagnetfeld und mehr als doppelt so viel wie die üblichen klinischen 3-Tesla- und 1,5-Tesla-Scanner-Feldstärken. Dieses homogene Magnetfeld bewirkt, dass die Wasserstoffprotonen, die fast allen lebenden Geweben inhärent sind, ihre Rotationsachsen ausrichten. Diese Drehungen können dann mit Hochfrequenz- oder HF-Wellen in einen bestimmten Winkel relativ zur Drehachse gekippt werden, der auch als Drehwinkel bezeichnet wird.

Während die Protonen dann versuchen, sich wieder in ihre ursprüngliche Ausrichtung zu entspannen, induziert die Komponente ihrer Drehung senkrecht zu ihrer Hauptachse ein nachweisbares elektrisches Signal, was zu einem Bild führt. Darüber hinaus können magnetische Gradienten angewendet werden, die das Hauptmagnetfeld stören und räumlich isolierte HF-Erregungen ermöglichen, um das empfangene Signal zu lokalisieren. Spezifisch für die in diesem Video beschriebenen Methoden ist die FLASH-Sequenz, die HF-Anregungen mit niedrigem Drehwinkel verwendet, die schnell wiederholt werden, um ein stetiges Zustandsmuster in der Protonenbewegung zu induzieren. Die Wiederholungszeit ist viel kürzer als die typische Protonenentspannungszeit.

Wenn unaufgeregter Wasserstoff, wie der im Blut, in den Bildrahmen gelangt, entsteht ein relativ hohes Signal. Dadurch kann das Herz-Kreislauf-System schnell ababgebildet werden und stabile Momentaufnahmen innerhalb des Herzzyklus liefern. Durch das Auslösen der FLASH-Sequenz mit physiologischen Signalen können Bilder des Herz-Kreislauf-Systems erfasst werden, die Herz-, Gefäß- und Atembewegungen hervorheben.

Nachdem wir die wichtigsten Prinzipien der Kardiat-MRT überprüft haben, sollten wir nun das Schrittweiseverfahren zur Vorbereitung und Abbildung eines Tieres durchlaufen.

Identifizieren Sie zuerst die zu bebilderte Maus, und übertragen Sie die Maus dann in die Klopfkammer. Dann befeuchten Sie das Tier mit Isofluran und bestätigen Knockdown mit einer Zehen-Pinch-Technik. Als nächstes öffnen Sie den Isofluranfluss zum Nasenkegel im MRT-Raum und schließen Sie den Isofluranfluss zur Klopfkammer. Dies grundiert die längeren Schläuche mit Anästhetikum.

Stellen Sie sicher, dass alle Mitarbeiter MR-sicher sind, dann übertragen Sie die Maus auf die Bildgebungsstufe und sichern Sie den Nasenkegel um das Tier herum. Positionieren Sie die Maus so, dass ihr Herz ungefähr mit einem Zentrum der HF-Spule ausgerichtet ist. Bestätigen Sie als Nächstes den Knockdown mit der Zehen-Pinch-Technik. Legen Sie dann die drei Elektrokardiogramm-Leitungen subkutan ein. Platzieren Sie jeweils eine Führung nach links und rechts des Herzens und eine an der Basis der linken Hintergliedmaße.

Setzen Sie die rektale Thermometersonde mit einem sterilen Sondenmantel und Schmiermittel ein. Legen Sie dann einen Kissen-Atmungssensor auf die epigastrischen Bereiche des Bauches und sichern Sie ihn mit Pappe an Ort und Stelle, um druckempfindliche Signalisierung zu erfassen.

Bestätigen Sie, dass alle physiologischen Signale über die Überwachungssoftware außerhalb des Scannerraums erfasst werden. Als nächstes richten Sie das Heizmodul und den Lüfter ein, um den Luftstrom zur Maus zu erwärmen. Sichern Sie die Luftschläuche so an Ort und Stelle, dass die warme Luft in Richtung der Maus weht, beginnend kurz hinter der Spitze ihres Schwanzes. Schließlich legen Sie die HF-Spule über die Maus und stellen Sie sicher, dass alle Kabel und Schläuche sicher sind.

Betrachten wir nun das Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Durchführung der Kardiat-MRT an der anästhesierten Maus.

Stimmen Sie zunächst die HF-Spule außerhalb der Bohrung des Magneten ab, um eine maximale Signalerkennung zu gewährleisten. Dies wird durch ein schmales Tal bei Nullhertz für jede Komponente der HF-Spule angezeigt. Als nächstes setzen Sie langsam die Bildstufe in die Bohrung des Magneten ein. Stellen Sie sicher, dass die Maus direkt in der Mitte der Bohrung positioniert ist und die Gradientenspule den gleichen Abstand entlang aller radialen Richtungen aufweist. Diese Position sorgt für ein homogenes Hauptmagnetfeld.

Führen Sie als Nächstes einen Navigationsscan aus, um die Maus im Scanner zu finden. Bestätigen Sie, ob ein Segment des Herzens innerhalb aller drei Ebenen visualisiert ist, nämlich axial, sagittal und koronal. Legen Sie dann die Parameter für die FLASH-Sequenz fest, und wählen Sie die externe Auslösung aus, die eingeschaltet sein soll. Konfigurieren Sie in der Überwachungssoftware die externen Trigger so, dass die MRT-Sequenzen bei stabiler Atmung in der Exspirationsphase nur auf R-Peaks in Herzzyklen seriell ausgeführt werden.

Als Nächstes verschreiben Sie die anfängliche FLASH-Sequenz, indem Sie die Parameter festlegen und ein rechteckiges Rechteck der Bildebene in der koronalen Ansicht positionieren. Dann drücken Sie weiter, um es so laufen, dass die Scheibenebene der Achse von der Spitze des Herzens durch die Aortenklappe folgt. Diese erste Cine-Schleife wird eine Zwei-Kammer-Ansicht des Herzens bieten.

Wenn Sie dann auf die Ergebnisse aus der Zweikammeransicht verweisen, verschreiben und führen Sie eine neue FLASH-Sequenz entlang der Apex-Aortenklappenachse aus, um eine Vierkammeransicht zu visualisieren.

Schließlich verschreiben Sie eine kurze Achsenscheibe, die senkrecht zur Apex-Aortenklappenachse etwa auf halbem Weg durch das Herz ist. Die Papillenmuskeln sollten an dieser Stelle innerhalb des Cine-Loop-Ausgangs deutlich sichtbar sein. Nach Abschluss der Bildgebung übertragen Sie die erfassten Daten an einen geeigneten Ort für die Analyse, ziehen Sie dann die Bildgebungsstufe aus der Bohrung des Magneten zurück und entfernen Sie die Gradientenspule und alle Sonden vom Tier, bevor Sie das Tier vom Scannerbett übertragen.

Nun, da wir eine Herz-MRT in einer Maus erhalten haben, lassen Sie uns die Ergebnisse der Scans überprüfen. Diese Abbildung zeigt die Cine-Schleife einer kurzen Achsenansicht des linken Ventrikels, direkt senkrecht zur Basisspitze des Herzens und an einer Position, die die Papillenmuskulatur einschließt.

Hier sehen wir die Blut-Cine-Bildgebung eines Mausherzes mit 14 kurzen Achsenansicht-Snapshots über den Herzzyklus, einschließlich Enddiastole und Peak-Systole. Die Regionen des Aussetzersignals innerhalb des Lumens des linken Ventrikels weisen auf eine schnelle Blutbewegung hin, die ursprünglich aus der Ebene heraus und nicht durch die HF-Wellenerregung markiert wurde.

Dieses Bild zeigt eine Vierkammeransicht des Herzens mit hellem Blutzufluss durch die Mitral- und Trikuspidalklappen und dann durch die Aorten- bzw. Lungenklappen.

Schließlich ist hier eine maximale Intensitätsprojektion, die zeigt, wie mehrere Slices räumlich kombiniert werden können, um das Herz-Kreislauf-System der gesamten Maus zu visualisieren. Die Abbildung zeigt einen dreidimensionalen Stapel zeitsynchronisierter, heller, 2-dimensionaler Blutbilder, die die Brust- und Bauchbereiche einer Maus zeigen.

Betrachten wir nun einige andere Anwendungen dieser MRT-Technik. Als Erweiterung der beschriebenen Technik können wir diese Technologie verwenden, um die Kinematik von gesunden und kranken Herzen zu vergleichen. Murine Modelle der Herzdysfunktion kann viel kontrollierter als die in der Klinik gefunden werden. Dies ermöglicht es den Forschern, bestimmte Faktoren zu identifizieren, die zu Herzerkrankungen beitragen, sowie den Umbauprozess nach Verletzungen zu untersuchen.

Ein vergleichbares Forschungsprojekt kann mit einem vaskulären Fokus durchgeführt werden, wie das mit abdominaler Aortenaneurysmbildung. Blut gibt ein Hochintensitätssignal mit der hier beschriebenen High-Field-Kleinbohr-MRT-Methode. Diese Erhöhung des Kontrasts kann genutzt werden, um die Ausdehnung eines abdominalen Aortenaneurysms zu bewerten und Veränderungen der biomechanischen Eigenschaften des Gefäßes zu messen.

Sie haben gerade JoVeTs Einführung in die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie beobachtet.

Sie sollten jetzt wissen, wie man Herz-Bildgebung durchführt und wie man Cine-Loop-Daten des murinen Herzens mit Standard-Blitz-MRT-Sequenzen im hellen Blut erfasst, die mit Herz- und Atmungssignalen synchronisiert sind. Schließlich sollten Sie auch wissen, wie man Herzstrukturen in diesen Bildern identifiziert. Danke fürs Zuschauen!

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