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心臓磁気共鳴イメージング

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高視野小ボア磁気共鳴画像、または心臓MRIは、電離放射線または造影剤を使用せずに心血管機能を評価する。

同等の心血管イメージングモダリティには、トランスデューサから音響波のビームを放出し、波が生画像を生成するために反射するエコーを記録する高周波超音波が含まれます。これは、高い空間的および時間的な解像度の画像を提供します。しかし、高密度組織の浸透深さが限られているため、撮像アーティファクトを観察することができる。

もう一つのイメージング技術はマイクロCTで、一連のX線投影を行って3D断面を作成します。それはより低い時間分解能および限られた柔らかいティッシュのコントラストを有し、しばしば血管構造を視覚化するために造影剤の使用を要求する。これらは、高用量で放射線損傷や腎不全を引き起こすことが知られています。

あるいは、MRIは強い電磁石を使用して、磁気特性に基づいて体内の組織を画像化します。心臓MRIでは、従来のMRI配列は、心血管機能を評価するために呼吸中の心周期および呼吸高原のRピークからゲートオフされる。

このビデオでは、高速低角度ショットまたは FLASH MRI シーケンスをトリガーして MRI データを収集する方法を示します。この技術は小動物疾患モデルの研究のための良質の柔らかいティッシュのコントラストを提供する。

磁気共鳴イメージングは、組織の常磁性特性を利用して軟部組織のコントラストを可視化する技術です。MRI機械の穴は、電流が印加されたときに一定の均質な磁場B-ゼロを提供するソレノイドコイルを使用して従来から巻き付けられます。

ハイフィールドミラーリングイメージングでは、7テスラの磁場強度を採用でき、地球の磁場の約14万倍、一般的な臨床3-Teslaと1.5-Teslaスキャナフィールドの強度の2倍以上を採用できます。この均質な磁場は、ほぼすべての生体組織に固有の水素陽子を回転軸に位置合わせさせます。これらのスピンは、周波数(RF波)を使用して、回転軸(反転角度とも呼ばれる)に対して特定の角度にチップを渡すことができます。

その後、陽子が元の向きに戻ってリラックスしようとすると、主軸に垂直なスピンの成分が検出可能な電気信号を誘導し、画像が作成されます。さらに、磁気勾配を適用して主磁場を摂動させ、空間的に絶縁されたRF励起を可能にし、受信信号を局在させることができます。このビデオで説明する方法に固有の FLASH シーケンスは、急速に繰り返される低フリップ角度 RF 励起を使用して、プロトン運動に定常状態パターンを誘導します。繰り返し時間は、一般的な陽子緩和時間よりもはるかに短いです。

血液中などに励起されていない水素が撮像フレームに入ると、比較的高い信号が生成される。これにより、心血管系を迅速に画像化し、心周期内で安定したスナップショットを提供することができます。生理学的シグナルを用いてFLASH配列をトリガすることにより、心臓、血管、呼吸運動を強調する心血管系の画像を取得することができます。

心臓MRIの主な原理を見直した後、動物を準備し、画像化するためのステップバイステップの手順を歩みましょう。

まず、画像化するマウスを特定し、次にマウスをノックダウンチャンバーに移します。次に、イソフルランを用いて動物を麻酔し、つま先ピンチ技術を用いてノックダウンを確認する。次に、MRI室で鼻コーンへのアイソフルランフローを開き、ノックダウンチャンバーへのアイソフルランフローを閉じます。これは麻酔薬で長いチューブを盛り付け。

すべての人員がMRセーフであることを確認し、マウスをイメージングステージに移し、動物の周りの鼻コーンを固定します。マウスの心臓が RF コイルの中心にほぼ揃うようにマウスを配置します。次に、つま先ピンチテクニックを使用してノックダウンを再確認します。次いで、3つの心電図リードを皮下に挿入する。心臓の左右にそれぞれ1本のリードを置き、左後肢の基部に1つずつ配置します。

滅菌プローブシースと潤滑剤を使用して直腸温度計プローブを挿入します。次に、腹部の上腹部に枕呼吸センサーを置き、段ボールを使用して所定の場所に固定し、感圧信号を得ます。

すべての生理学的信号がスキャナー室の外の監視ソフトウェアを介して取得されていることを確認します。次に、加熱モジュールとファンを設定して、マウスへの気流の温めを開始します。暖かい空気がマウスに向かって吹き、尾の先端を過ぎて開始するような場所でエアチューブを固定します。最後に、RFコイルをマウスの上に置き、すべてのケーブルとチューブが安全であることを確認します。

麻酔されたマウスで心臓MRIを実行するためのステップバイステッププロトコルを見てみましょう。

まず、磁石の穴の外側にあるRFコイルを調整して一致させ、最大の信号検出を確保します。これは、RFコイルの各コンポーネントに対してゼロヘルツの狭い谷で示されます。次に、撮像ステージを磁石の穴にゆっくりと挿入する。マウスがボアの中心に直接配置され、グラデーション コイルがすべての放射状方向に沿って等しい間隔を持っていることを確認します。この位置は均質な主磁場を保障する。

次に、ナビゲーション スキャンを実行して、スキャナー内でマウスを見つけます。心臓の一部のセグメントが、軸、矢状、冠状の 3 つの平面すべて内で視覚化されているかどうかを確認します。次に、FLASH シーケンスのパラメーターを設定し、外部トリガーをオンにすることを選択します。監視ソフトウェアでは、MRIシーケンスが、呼吸段階の安定した呼吸中に心周期のRピークでのみ連続的に実行されるように外部トリガを設定します。

次に、パラメータを設定し、イメージング平面の長方形をコロナビューに配置して、初期 FLASH シーケンスを規定します。次に、スライス平面が大動脈弁を通って心臓の頂点から軸に従うような実行を続けます。この最初のシネループは心臓の2つの部屋の眺めを提供する。

次に、2つのチャンバービューから結果を参照しながら、頂点大動脈弁軸に沿って新しいFLASHシーケンスを処方して実行し、4つのチャンバービューを可視化します。

最後に、心臓のほぼ半分の頂点大動脈弁軸に垂直な短い軸スライスを処方する。乳頭筋肉は、この位置のシネループ出力内ではっきりと見える必要があります。イメージングが完了したら、取得したデータを分析のために適切な場所に移し、磁石の穴から撮像段階を取り消し、動物から勾配コイルとすべてのプローブを取り除いてから、スキャナーベッドから動物を移します。

マウスで心臓MRIを取得したので、スキャンの結果を確認しましょう。この図は、左心室の短軸ビューのシネループを、心臓の基軸軸に直接垂直に、そして乳頭筋を含む位置に示す。

ここでは、末端の拡張期とピーク収縮期を含む心臓サイクル全体にわたる14個の短軸ビュースナップショットを持つマウス心臓の血液シネイメージングを見る。左心室の内腔内のドロップアウト信号の領域は、もともと飛行機から出ていて、RF波励起によってタグ付けされていない速い血液移動を示す。

この画像は、僧帽弁と三尖弁を通して明るい血液流入を伴う心臓の4室のビューを示し、大動脈弁と肺弁を通ってそれぞれ出ている。

最後に、マウス全体の心血管系を視覚化するために複数のスライスを空間的に組み合わせる方法を示す最大強度投影法を次に示します。図は、マウスの胸部領域と腹部領域を示す、時間同期、明るい、2次元の血液画像の3次元スタックを示しています。

それでは、この MRI 手法の他のアプリケーションを見てみましょう。記述された技術の延長として、この技術を使用して、健康な心臓と病気の心臓の運動学を比較することができます。心臓機能障害のマウスモデルは、診療所で見られるものよりもはるかに制御することができます。これにより、心臓病に寄与する特定の要因を特定し、怪我後の改造プロセスを研究することができます。

同等の研究努力は、腹部大動脈瘤形成のような血管焦点で行うことができる。血液は、ここで説明する高磁場小ボアMRI法を用いて高強度信号を与える。対照的なこの増加は、腹部大動脈瘤の膨張を評価し、血管の生体力学的特性への変化を測定するために利用することができる。

JoVEの心血管磁気共鳴イメージングの紹介を見たばかりです。

心臓イメージングを行う方法と、心臓および呼吸信号と同期した標準的な明るい血液FLASH MRI配列を使用してマウス心臓のシネループデータを取得する方法を知る必要があります。最後に、これらの画像で心臓構造を識別する方法も知っている必要があります。見ていただきありがとうございます!

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