I Vivo kvantitativ vurdering av hjerteinfarkt struktur, funksjon, Perfusjons og Livskraftig Bruke Cardiac Micro-computertomografi

Bioengineering
 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

van Deel, E., Ridwan, Y., van Vliet, J. N., Belenkov, S., Essers, J. In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography. J. Vis. Exp. (108), e53603, doi:10.3791/53603 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

Iskemisk hjertesykdom (IHD) fortsetter å være den største årsaken til sykelighet og dødelighet for menn og kvinner over hele verden 1. På grunn av kompleksiteten og innbyrdes forhold som eksisterer mellom de organer og systemer på organisme nivå, forblir bruken av hele dyret som en modell for IHD relevant ikke bare for vår bedre forståelse av sykdom patofysiologi, men også tillater evaluering av nye forebyggende og terapeutiske strategier . Musemodeller, i særdeleshet, har bidratt til vår kunnskap om hjerte utvikling, patogenesen av hjerteinfarkt, hjerteinfarkt hypertrofi, myokarditt, og aneurismiske lesjoner 2-7. Parametrene som bestemmer kardial ytelse og er nyttige når det gjelder prognose og valg av terapeutisk intervensjon er hjerte masse og geometri, global og regional funksjon, romlig fordeling av myokardial blodstrøm og myokardviabilitet.

Men de fleste av traditional prøvingsmetoder som brukes i musemodeller av hjertesykdom bære invasive målinger som krever timer for ferdigstillelse, og dermed dyret kan ikke brukes for gjentatte målinger, eller metoden vil kreve dyr ofre 8-12. For eksempel, for å måle regional myokardperfusjonen, radioaktivt eller fluorescensmerkede mikrosfærer brukes der radioaktiv telling eller fluorescerende signaler blir oppdaget på et fysisk dissekert hjerte eller in situ 13,14.

Tilsvarende vurdering av infarktstørrelsen i dyremodeller av myokardinfarkt er oftest utført med trifenyltetrazoliumklorid (TTC) flekker, og for å bestemme tidsforløpet av infarkt evolusjon og effekten av terapeutiske inngrep, krever denne teknikk at dyrene trenger bli ofret for hjerte histopatologisk undersøkelse ved forskjellige tidspunkter 15. Som sådan, ikke-destruktive og humane metoder som ville tillate quantitative og langsgående analyse av hjerte morfologi, funksjon, metabolisme og levedyktighet er av avgjørende betydning. I denne sammenheng er preklinisk avbildning av stor relevans. Blant de tilgjengelige bildediagnostikk magnetic resonance imaging (MRI) og ekkokardiografi er den mest brukte 16,17,18.

Imidlertid, og til tross for det faktum at MR regnes som den modalitet av referansen i både kliniske og prekliniske arbeidet, de høye kostnadene for å oppnå og opprettholde dedikerte små dyr MRI-systemer, så vel som kompleksiteten av denne teknologi for ikke-avanserte brukere å operere , gjør MRI uoverkommelig dyrt for rutinemessig bruk. Med hensyn til ekkokardiografi, der finnes betydelige ulemper for den måten hjertefunksjonen blir målt. De data som produseres av de fleste ekkokardiografiske undersøkelser er to-dimensjonal, og for å utlede volum, geometriske forutsetninger må gjøres 19. I tillegg dårlig intra- og inter-observatør reproducibility er en annen betydelig begrensning av denne teknikken. Radioisotop bildebehandling med SPECT (SPECT) og positronemisjonstomografi (PET) er hovedsakelig brukt for vurdering av myokardperfusjonen og metabolisme 17,20,21. Men gjør begrenset romlig oppløsning av disse bildediagnostikk hjerteavbildning i mus utfordrende.

På den annen side, med bruk av flatskjerm detektorteknologi som gir bedre røntgen følsomhet og raskere avlesning ganger, nåværende state of the art MicroCT systemer kan nå tilby cardio-luft gated tredimensjonal (3D) og fire-dimensjonale ( 4D) bilder av MR-grade kvalitet. De er praktisk talt vedlikeholdskostnader gratis og lett å betjene med ikke-avanserte brukere. Dermed kan slike MicroCT instrumenter være godt egnet for rutinemessig undersøkelse av små dyr som modeller av menneskelig sykdom. Viktigst, med utvikling av en ny preklinisk jodholdige kontrastmidler, simultaneous funksjonell og metabolsk vurdering av hjertet ble mulig 22-24.

Dette kontrastmiddel inneholder en høy konsentrasjon av jod (160 mg / ml), som produserer sterk blod-pool kontrast etter dens intravenøs administrering muliggjør in vivo avbildning av blodkar og hjertekamrene. Innen en time etter administrering, kan en kontinuerlig økning i myokardial motsetning forbundet med dets metabolske opptak observeres, og dermed den samme kontrastmiddel kan benyttes for evaluering av myokardial slående og levedyktighet.

Målet med teknikken beskrevet i dette manuskriptet er å muliggjøre forskere til å bruke høyhastighets MicroCT system med egen kardio-respiratorisk gating, sammen med blod-pool joderte kontrastmiddel for å bestemme hjerteinfarkt global og regional funksjon sammen med myokardperfusjonen og levedyktighet hos friske mus og i en hjertestans iskemi musemodell indusert av permanent okklusjonav den venstre fremre nedstigende koronararterie (LAD). Ved å bruke denne dyremodell og avbildningsteknikk, kan rask evaluering av de viktigste hjerteparametere utføres gjentatte ganger med en enkelt avbildning modalitet og uten behov for invasive prosedyrer eller behovet for å ofre dyrene. Teknikken kan utføres for å vurdere nye forebyggende og terapeutiske strategier.

Protocol

Alle dyr arbeid i denne studien ble godkjent av Erasmus MC dyret forskningsetisk komité. I løpet av forsøkene ble dyrene oppbevart i samsvar med Erasmus MC institusjonelle forskrifter. Ved slutten av forsøket ble dyrene avlivet ved hjelp av en overdose av inhaleringsmiddel bedøvelse isofluran. Vennligst søke institusjons dyr omsorg og bruk komité godkjenning før du begynner dette arbeidet.

1. Utarbeidelse av hjerte-ischemi Model

  1. Bedøve mus (C57BL6, 12 uker gamle) ved inhalering av 4% isofluran. Intubere dyret ved hjelp av en 20 G kanyle og respirate musen på 100 pust per minutt med en topp inspirasjonstrykk på 18 cm H 2 O og en positiv endeekspiratoriske trykk på 4 cm H 2 O.
    1. Bruke en gassblanding av O 2 / N 2 (v / v = 1/2) inneholdende 2,5% isofluran for å opprettholde anestesi og bruke øyedråper for å hindre uttørking av øynene mens under anestesi. Place musen på en varmepute og måle kroppstemperaturen rektalt for å holde kroppstemperaturen på 37 ° C under operasjonen.
  2. Injisere buprenorfin (0,05-0,2 mg / kg) subkutant rett før kirurgi og kontrollere tå klype refleks for å sikre tilstrekkelig anestesidybden før starten av den kirurgiske prosedyren. Fjerne håret musen brystet ved hjelp av hårfjerning krem ​​og bruke jod til huden.
  3. Utfør et snitt ved å lage et lite snitt med saks i huden mellom 2. og 3. venstre ribben. Trekk pectoralis minor og xiphihumeralis muskel samt latissimus dorsi muskelen til siden ved hjelp av små kroker for å gi tilgang til interkostalrom muskler.
  4. Skjær forsiktig gjennom tredje intercostalmuskler uten å skade lungene ved hjelp av en buet 2 mm bladfjær sakse. Skyv lunge til side ved hjelp av en liten del av fuktig gasbind og bruddhjerteposen.
    MERK: Vær forsiktig så du ikke skader venstre phrenic nerve.
    1. Repositipå de små kroker som holder muskelen til innsiden av brystkassen og reposisjonere dem, slik at en stor del av det venstre ventrikulære (LV) fri vegg og en del av det venstre atrium er synlige.
  5. Sett inn en 7-0 silke kirurgisk sutur under venstre koronar og tilstoppe arterien ved å ta godt knute sutur.
    MERK: Siden i de fleste mus kransarterien ikke er synlig, å bestemme posisjonen av ligaturen ved hjelp av atrium og alltid ligere kransarterien 2 mm under kanten på venstre atrium for å standardisere infarktstørrelse.
  6. Sjekk visuelt for vellykket induksjon av infarkt ved å bekrefte plankegjerde av venstre ventrikkel frie veggen. Når plankegjerde er ikke observert, utføre et ekstra forsøk på å tilstoppe LAD.
  7. Lukk brystet fast ved hjelp av en 6-0 silke kirurgisk sutur.
    MERK: Brystet skal være stengt lufttett slik at selvstendig puste etter utvinning.
  8. Rens såret med saltvann og lukke huden ved hjelpsilke suturer. Påfør sår spray på huden for å stimulere sårtilheling og hindre smitte.
  9. Slå av isofluran og vent til dyret begynner å puste av seg selv før du fjerner ventilasjonsrør. Plasser musen i et bur på en varmepute når du gjenoppretter.
    MERK: Ikke la et dyr uten tilsyn før det har gjenvunnet nok bevissthet til å opprettholde ventral recumbency. Ikke returner et dyr som har gjennomgått kirurgi i selskap med andre dyr før fullt restituert.
  10. Administrer flere doser av buprenorfin hver 8-12 timer etter operasjonen for post-kirurgi smertelindring. Administrer Buprenorfin (50 mikrogram / kg) intraperitonealt.
    MERK: Skann dyrene ved MicroCT (§ 3) 3-4 timer etter operasjonen for første skanningen og 6-7 timer etter operasjonen for den andre skanningen.

2. Injeksjon av MicroCT Contrast

  1. For å skaffe seg anatomisk, funksjonelt, og metabolsk informasjon på to successive MicroCT bildebehandling økter, bruke joderte kontrastmiddel.
  2. Avsløre og behandle gummi av proppen med 70% alkohol. Ved hjelp av et lite dødrom sprøyte trekkes et ønsket volum (5-10 ul / g kroppsvekt) av kontrastmidlet. For å forebygge risikoen for emboli under injeksjon, rense luftbobler, hvis noen, ved å fremføre stempelet frem og tilbake og / eller å banke lett på siden av sprøyten og langsomt å drive ut luften i sterilt absorberende vev inntil væsken kommer til syne på spissen av nål.
    Merk: Injeksjon av MicroCT kontrast kan utføres i bevisste eller bedøvet dyr. Fysisk tilbakeholdenhet bør utføres på bevisste dyr. For å minimere stress, vurdere lys sedasjon eller generell isoflurananestesi med en inhalasjonsanastesi system.
  3. Før injeksjon vattpinne halen med 70% alkohol. Varm opp halen med en lampe eller ved å nedsenke halen inn i varmt vann (40-45 ° C) for å tilveiebringe bedre dilatering. Injisere kontrastmiddel intravenously (for eksempel via en av de laterale halevenene) ved 5-10 pl / g kroppsvekt.
    Merk: Optimaliser den injiserte dose for en spesiell dyremodell eller MicroCT instrumentets innhentings innstillinger, som kontrastforbedringen som kan påvirkes av helse eller kosttilskudd status av dyret skal undersøkes, og graden av bildestøy.

3. MicroCT Imaging

  1. Før kontrast injeksjon, slå på MicroCT skanneren ved å trykke på datamaskinen strømknappen. Start MicroCT kontroll programvare, og varme opp X-ray tube ved å klikke på Warm-up knappen i programvaren kontrollvinduet.
  2. Tillat Live Mode-knappen vises i kontrollprogramvare som indikerer at oppvarmingen er fullført. Sett den lille boringen lokket og plasser små dyr seng.
  3. Opprett eller velg riktig database, studium og fag hvor bildedataene vil bli lagret. For å opprette en ny database klikker du på Ny database-knappen i Database-vinduet,inn et navn som ville spesifisere den nye databasen ved å klikke Bla gjennom-knappen i dialogboksen som vises, navigerer du til stasjonen der databasen skal lagres, og klikk på OK. Observer den nye databasen i databasevinduet. Slik kobler du til en eksisterende database, klikker du på Koble til database-knappen i Database-vinduet, og dobbeltklikk på databasenavn.
  4. Angi vilkårene for skanning ved å velge følgende parametere fra rullegardinmenyene av programvaren kontrollvinduet: X-ray tube spenning, 90 kV; CT X-ray tube strøm, 160 uA; Live-X-ray tube strøm, 80 uA; FOV, 20 mm; Gating teknikk, kardiorespiratorisk; Scan teknikk, 4,5 min.
    MERK: Denne avbildningsprotokollen muliggjør rekonstruksjon av ende-diastolisk og slutt-systoliske 3D datasett, hvert med en matrise av størrelse 512 x 512 x 512, med et rekonstruert isotrop voxel størrelse på 40 um.
  5. Etter injeksjon dyret med kontrastmidlet, bedøve det i en induksjons kammeret ved inhalering av 4% isofluran.Plasser dyret på dyret seng av skanneren med en nese kjegle levere 1,5-2,0% isofluran i en luftoksygenblanding. Om nødvendig, juster flyten av isofluran for å oppnå dyrets stabil respiratorisk aktivitet med ≤60 pust per minutt.
  6. Lukk instrumenter døren ved å skyve den til høyre for å engasjere sikkerhet sperre. Slå på Direktemodus ved å klikke på Live Mode-knappen vises på kontroll programvare vinduet for å se motivet i sanntid. Observer X-fangst vindu og dyret.
    Merk: Instrumentet genererer ikke røntgen med mindre døren er skikkelig lukket og sikkerhet sperre er aktivert.
  7. Flytt dyret seng å justere musen brystet innenfor synsfeltet (FOV) ved å trykke på scenen Z-aksen kontroll frem og tilbake knapper plassert på frontpanelet på instrumentet. Kontroller at brystet er midt inne i FOV. Bruk dyret seng kontroll Venstre og høyre piltast plassert på frontpanelet på instrumentet for å posisjonere tHan dyr inne i blå markeringsrammen.
    1. Roter gantry ved å velge "90" fra Rotasjon kontroll rullegardinlisten som vises på kontroll vinduet og klikke på Set. Pass på at dyret holder seg innenfor den blå markeringsrammen for X-fangstvinduet. Om nødvendig, juster dyret ved hjelp av dyr seng kontroll opp og ned pilene plassert på frontpanelet på instrumentet.
      Merk: Bare bildedataene inne i blå markeringsrammen vises på X-fangst vinduet vil bli brukt til å rekonstruere 3D-volumet.
  8. I Xcapture vinduet, endre størrelsen på kardio-respiratorisk region av interesse (ROI) med venstre museklikk og ved å dra ROI kantene med musepekeren, slik at cardio-åndedretts spor er godt synlig i synkroniseringsvisningen. Sørg for at avkastningen dekker membranen og den apikale delen av hjertet i alle portal stillinger. Roter portal 90 ° som beskrevet i trinn 3.6 for å være sikker på at cardio-respiratoriske spor er fortsatt godt synlig.
    NB: For å unngå unødvendig eksponering overfor ioniserende bestråling, minimere tiden i løpet av hvilken dyret posisjon og cardio-respiratorisk ROI justeres.
  9. Klikk på CT Scan-knappen som vises på kontrollprogramvare vinduet for å initialisere oppkjøpet. CT Scan bekreftelsesmelding vises. Klikk på JA knappen vises i CT Scan bekreftelsesmelding for å bekrefte. Klikk på NEI-knappen for å avbryte skanningen. Når YES-knappen, vil den røde X-ray energigivende indikasjon plassert på instrumentet tennes
    MERK: Indikasjonen vil også være synlig ved blink spenning ikonet av instrumentet status boksen for kontroll programvare vinduet. Skanningen vil være ferdig i 4,5 min. The X-ray tube slås av automatisk og den røde X-ray energigivende indikasjon plassert på apparatet og på kontrollpanelet på kontroll programvare vinduet vil dimme. Anslagene vil automatisk bli sortert og progress vil bli indikert av den grønne fremdriftsindikatorer som vises på GetSynchronizedRaw vinduet. Volum sett representerer end-diastolisk og slutt systolisk faser av hjertesyklusen vil automatisk bli rekonstruert innen 2-3 ekstra minutter.
    MERK: Hvis du vil avbryte skanningen klikk på nødstoppknappen i kontrollpanelet av programvaren vinduet kontroll eller skyve den mekaniske nødstoppknappen på frontpanelet på instrumentet.
  10. Observer transaksialtomografiscanner, koronale og sagittale visninger av rekonstruksjoner i 2D Viewer programvare. Ta et par sekunder for å vurdere kvaliteten på de oppkjøpte bildene. Se etter tegn på dyr bevegelse som kan være forårsaket av en utilstrekkelig nivå av anestesi. Om nødvendig, foreta nødvendige endringer og gjenta skanningen.
    MERK: Hvis strukturene i bildet er doblet, vist med doble kanter, eller vist med streker, da disse er de vanlige "røde flagg" som kan indikere at nivået av anestesi kan være utilstrekkelig, og atdyret har flyttet under skanningen. I slike tilfeller bør nivået av anestesi justeres og skanningen skal gjenervervet.
  11. Ta dyret fra skanneren og gir mulighet for full gjenoppretting fra anestesi under tilsyn.
  12. Erverve en ytterligere MicroCT skanning under metabolske fasen av kontrastopptak (3 til 6 timer etter kontrast injeksjon).
    MERK: Mer informasjon om gjennomsnitts hjerteinfarkt ekstrautstyr verdier for C57Bl / 6 og BALB / c mus ble publisert av Detombe et al og Ashton et al 22,23..

4. MicroCT Data Analysis

  1. Last begge ende-diastolisk og end-systolisk VOX filer til Analyze 12 programvare.
  2. Åpne hvert bilde lastet med Oblique §§ modulen og utføre kort aksial image reformasjon.
  3. For å minimere bildebehandlingstid vurdere beskjæring bildene ved hjelp av Øst-Timor / pad volum funksjon på bilde Kalkulator modulen. For begge volumer, vedlikeholde identisk SubRegion lav og høy X, Y, Z dimensjoner.
  4. Tilføy både volum og åpne med Volume redigeringsmodulen. For bedre visualisering av strukturer, justere bildeintensiteten om nødvendig.
  5. Utfør endokardial kontur segmentering. I kategorien halvautomatisk av Volume redigeringsmodulen velger Object Extractor, sett et frø punkt til venstre ventrikkel (LV) og justere terskelverdier, slik at venstre ventrikkel hulrom er avgrenset fra hjertemuskelen. For å bestemme terskelverdi, bruke automatiske Terskelverdier algoritmer eller full bredde halv max verdi (FWHM) bestemmes med linje profil modulen.
    1. Tegn en grense langs mitralklaffen pakningsvedlegget plan for å hindre regionen sprer seg til aorta, klikk på Extract Object-knappen for å fullføre segmentering. Begge end-diastolisk og end-systolisk volum vil bli behandlet automatisk. Navn regionen (f.eks LV Hulrom) og lagre objekt kartet til den tilsvarende filen katalogen.
  6. Perform epikardiell kontur segmentering. Legg et nytt objekt og utføre segmentering av epikardiell hjertet overflaten ved hjelp av enten halvautomatisk eller manuell segmentering verktøy av Volume redigeringsmodulen. Sørg for at både slutt-diastolisk og end-systolisk konturene er riktig identifisert. Hvis det er nødvendig, utføre manuell justering. Navn regionene (f.eks LV myokard) og lagre objekt kartet til den tilsvarende filen katalogen.
    Merk: Bilde filtrering med romfiltre modulen kan også utføres for å forbedre hastigheten og kvaliteten på segmentering.
  7. For å hente ut volumetriske målinger fra objekt kart (reddet) åpne vedlagte volum med aktuelle området modul. Sørg for at den korrigerte kartet er lastet, åpne Option vinduet prøven, sørg både LV hulen og LV myokard objekter er valgt, og klikk på Sample Images knappen. Lagre loggfilen.
  8. For regional analyse av hjertefunksjon og metabolisme, bruker Radial Dioperatøren redskap for det aktuelle området modul til ytterligere dele de segmenterte volumer.

5. Beregning av den globale og regionale Hjerte Parametere

  1. For å beregne venstre ventrikkel slagvolum (LVSV), trekke fra venstre ventrikkel ende-systolisk volum (LVESV) fra venstre ventrikkel ende-diastolisk volum (LVEDV):
    LVSV = LVEDV - LVESV;
  2. For å beregne venstre ventrikkel ejeksjonsfraksjon (LVEF), deles det venstre ventrikkel slagvolum (LVSV) av venstre ventrikkel ende-diastolisk volum (LVEDV) og multipliser med 100%:
    LVEF = LVSV / LVEDV * 100%;
  3. For å beregne minuttvolum (CO), multiplisere venstre ventrikkel slagvolum (LVSV) av hjertefrekvens (HR):
    CO = LVSV * HR;
  4. For å beregne venstre ventrikkel hjerteinfarkt masse (LVMM), trekke fra venstre ventrikkel hjerteinfarkt veggen volum bundet av endokardial overflaten (LVMV ENDO) fra venstre ventricular myokardial vegg volum bundet av den epikardiale overflaten (LVMV EPI), og multipliseres med den spesifikke vekt av myokard, 1,05 g / cm 3:
    LVMM = (LVMV EPI - LVMV ENDO) * 1,05;
  5. For å beregne venstre ventrikkel hjerteinfarkt mass index (LVMMI), deles det venstre ventrikkel hjerteinfarkt masse (LVMM) av musen kroppsvekt (BW):
    LVMMI = LVMM / BW;
  6. For å beregne hvor stor prosentandel av venstre ventrikkel hjerteinfarkt størrelse (% LVMIS), deles det venstre ventrikkel volum av infarkthjertemuskelen (LVMV MI) av den totale venstre ventrikkel hjerteinfarkt volum (LVMV TOTAL), og multipliser med 100%:
    % LVMIS = LVMV MI / LVMV TOTAL * 100%;
    Merk: For LVMM, LVMMI, og% LVMIS beregninger, bruker endo- og epikardiale volummålinger fra de tilsvarende end-diastolisk eller slutt systolisk datasett. Rapport gjennomsnittlig slutt systolisk og end-diastolic indekser.
  7. For å beregne segmental venstre ventrikkel veggen bevegelsesforstyrrelser (LVWM), trekker segmental venstre ventrikkel ende-systolisk vegg diameter (LVESWD) fra segmental venstre ventrikkel ende-diastolisk vegg diameter (LVEDWD):
    LVWM = LVEDWD - LVESWD;
    Vise resultatene som perifere polare kart (Bulls eye polare tomter).
  8. For å beregne segmental venstre ventrikkel fortykkede (% LVWTh), trekke fra segment venstre ventrikkel ende-diastolisk veggtykkelse (LVEDWTh) fra segmental venstre ventrikkel ende-systolisk veggtykkelse (LVESWTh), dele på segmental venstre ventrikkel ende-diastolisk vegg tykkelse (LVEDWTh), og multipliser med 100%:
    % LVWTh = (LVESWTh - LVEDWTh) / LVEDWTh * 100%;
    Vise resultatene som perifere polare kart (Bulls eye polare tomter).
  9. For å beregne den regionale ejeksjonsfraksjon (% rEF), trekke fra kvadratet av segmental venstre ventrikkel ende-systoliskvegg diameter (LVESWD) fra kvadratet av segmental venstre ventrikkel ende-diastolisk vegg diameter (LVEDWD), dividere med kvadratet av segmental venstre ventrikkel ende-diastolisk vegg diameter (LVEDWD), og multipliser med 100%:
    % ref = (LVEDWD 2 - LVESWD 2) / LVEDWD 2 * 100%;
    Vise resultatene som perifere polare kart (Bulls eye polare tomter).
  10. Å presentere regional myokardperfusjonen og kontrast opptak, konvertere de mener intensitetsverdier i CT tall (Hounsfield-enheter, HU). Konverter begge ende-diastolisk og slutt-systoliske datasett ved å omskalering luft er valgt fra den valgte utsiden av dyret til regionen - 1000 HU, og vann til 0 HU ved hjelp av en vannfylt liten radio-gjennomsiktig rør. Vise resultatene som perifere polare kart (Bulls eye polare tomter).

6. Statistisk analyse

  1. Representere alle polare plottet vise data som gjennomsnitt ± standardavvik (SD). Vurdere statistical forskjell ved hjelp av en-veis analyse av varians (ANOVA) eller en annen passende teknikk.

Representative Results

MicroCT Acquisition, Bilde Rekonstruksjon, og Image Quality Assessment.

Fire C57BL / 6 mus, tre med permanent LAD okklusjon og en humbug-opererte, gjenopprettet fra kirurgi og fullført bildeprotokollen som besto av en enkelt kontrastmiddel intravenøs bolusadministrering og to 4,5-min cardio-luft MicroCT oppkjøp. Gjennomsnittlig hjertefrekvens under MicroCT studiene var 385 ± 18 slag per minutt. End-diastolisk og slutt-systolisk bilde rekonstruksjon brukt proprietær iboende bildebaserte gating, hvor dedikert luftveis- og hjerteovervåkingsutstyr som for eksempel EKG-avledninger og luft pneumatisk sensor var ikke nødvendig. Etter rekonstruksjonen ble bildekvaliteten på begge ende-diastolisk og end-systolisk datasett forhåndsvises ved hjelp av 2D seer programvare. Bildekvaliteten ble funnet tilfredsstillende, og det var ikke nødvendigå utføre flere bilde oppkjøp. Dermed ble alle de rapporterte data hentet fra to skanninger per mus; den første scan tatt 10 minutter etter injeksjon i blodblandingen fase av kontrast, og den andre skanne ervervet 3-4 timer etter injeksjon i løpet av den metabolske opptaksfasen av kontrasten. Representant blod-pool kort aksiale end-diastolisk og end-systolisk tverrsnitt av en mus hjerte med hjerteinfarkt (figur 1) og en mus hjerte uten hjerteinfarkt (figur 2) viste utmerket venstre ventrikkel hulrom avgrensning med litt bakgrunnsstøy , slik at for nøyaktig anatomisk og funksjonell evaluering. Områder i motsetning vakuum, svarende til hjerteinfarkt ble godt avgrenset på korte aksiale bilder av hjertet mus underkastet LAD-koronararterien ligering (figur 1), men ikke i den sham-operere dyr (figur 2).

kvantitativ vurdering av venstre ventrikkelfunksjon.

Terskel-baserte 3D-segmentations ble utført på begge ende-diastolisk og slutt-systolisk volum for å bestemme venstre ventrikkel ende-diastolisk volum (LVEDV) og venstre ventrikkel ende-systolisk volum (LVESV) i hvert dyr. Venstre ventrikkel slagvolum (LVSV), venstre ventrikkel ejeksjonsfraksjon (LVEF) og minuttvolum (CO) ble beregnet fra LVEDV og LVESV i henhold til formlene som er beskrevet i del 5. Resultatene av volum og globale funksjonelle målinger er oppsummert i tabell 1 . Tre timer etter ligerings, normalisert for dyrets kroppsvekt bety LVEDV var ikke forskjellig mellom de myokardinfarkt gruppen og sham-opererte dyr (2,8 ± 0,23 vs. 2,3). Imidlertid kroppsvekten normaliserte midlere LVESV var høyere i den gruppe hjerteinfarkt (2,1 ± 0,31 vs. 0,92). tilsvar~~POS=TRUNCly, den midlere VVEF og hjerteminuttvolum (CO) i mus med LAD koronar okklusjon var lavere sammenlignet med sham-opererte mus (23,1% ± 7,1% vs. 60,5%, og 0,26 ml ± 0,08 ml vs. 0,55 ml hhv ).

Kvantitativ vurdering av LV Hjerteinfarkt Mass og Infarkt størrelse.

Både venstre ventrikkel hjerteinfarkt masse (LVMM) og venstre ventrikkel hjerteinfarkt mass index (LVMMI) ble fastsatt basert på epikardiell og endokardiale segmentations inkludert papillemusklene og trabeklene. Begge ende-diastolisk og slutt-systoliske rekonstruksjoner ble bearbeidet og verdiene for både hjerteinfarkt gruppen og sham-opererte dyr er oppsummert i tabell 1. Myokardinfarkt volumer ble bestemt basert på kontrasten vakuum, ved hjelp av terskel-baserte 3D-volumetri. Som vist i tabell 1, tre timer etter LAD coronary arterieunderbinding områdene i fare (AAR) i mus 1, 2 og 3 var henholdsvis 22,4%, 13,3% og 15,8% av LVMM.

Myokardperfusjonen Imaging (MPI).

Representant end-diastolisk og slutt-systolisk omkrets polardiagrammet til syne (Bulls Eye polare tomter) av myokardperfusjonen i en mus med hjerteinfarkt (Mouse 1) og en mus uten hjerteinfarkt (Mouse 4) er vist i figur 3 og 4. Bildene som brukes til å produsere tomtene ble kjøpt opp 10 minutter etter agenten administrasjon kontrast og 3 timer etter LAD ligering. Ende-diastolisk og end-systolisk homosegmental verdier hentet fra det samme dyret var ikke annerledes. Men hypoenhancement ble observert i midten av anterior, mid-Inferolaterale, mid-anterolaterale, apikal anterior, og apikale laterale deler av en mus med hjerteinfarkt ifarction, som viser svekkelser i koronar blodstrøm forårsaket av LAD arterie okklusjon (figur 3). Ingen slik svekkelse kunne observeres i sentrum av den narreopererte dyr (figur 4).

Myokardviabilitet Metabolism.

Representant end-diastolisk og slutt-systolisk omkrets polardiagrammet til syne (Bulls Eye polare tomter) av hjerteinfarkt metabolske opptak i en mus med hjerteinfarkt (Mouse 1) og en mus uten hjerteinfarkt (Mouse 4) er vist i figur 7 og 8. Bildene som brukes til å produsere tomtene ble kjøpt 3-4 timer etter administrering av kontrastmiddel og 5-6 timer etter LAD ligering. Ulike hjerteinfarkt kontrast opptak kan også visuelt observert i kort aksial tverrsnitt av en mus hjerte som gjennomgikk LAD koronar okklusjon ( (figur 6). Ende-diastolisk og end-systolisk homo-segment verdier hentet fra det samme dyret var ikke annerledes. Periferi polare plott viste segment-spesifikke abnormaliteter (figur 7) med tilsvarende mønster som er vist på myokardperfusjonen kart (figur 2). Det er ingen kontrastopptaks defekter ble observert på omkrets polare plott av sham-opererte mus (figur 8).

Kvantitativ vurdering av LV Regional funksjon.

Bildekvaliteten var tilfredsstillende å utføre visuell vurdering av venstre ventrikkel bevegelse og fortykkelse fra slutt-diastolisk og end-systolisk rekonstruksjoner i alle fotografert mus. LV veggbevegelse, jevning og regional ejeksjonsfraksjonen score for hvert segment av en mus med og uten min ocardial infarkt er angitt i figur 9 og figur 10. Som forventet, LAD-koronararterien ligering resulterte i markert reduksjon av LV regionale funksjonelle indekser (figur 9), mens ingen virkning ble observert i sham-opererte mus (figur 10).

Figur 1
Figur 1. Representant blod-pool kort aksial ende-diastolisk (A) og slutt systolisk (B) tverrsnitt av en mus hjerte med hjerteinfarkt (Mouse 1). Bilder ble kjøpt 3 timer etter LAD koronar okklusjon og 10 minutter etter kontrast administrasjon. Den negative kontrast bemerket av gule piler skyldes mangel på kontrast opasifikasjon i infarkt regionen.

/53603/53603fig2.jpg "/>
Figur 2. Representant blod-pool kort aksial ende-diastolisk (A) og slutt systolisk (B) tverrsnitt av en mus hjerte uten hjerteinfarkt (Mouse 4). Bilder ble kjøpt opp tre timer etter humbug-drift og 10 minutter etter kontrast administrasjon. Kontrast opasifikasjon er jevnt tilstede i alle hjerteinfarkt skiver.

Figur 3
Figur 3. Representant end-diastolisk og slutt-systolisk omkrets polardiagrammet til syne (Bulls Eye polare tomter) av myokardperfusjonen i en mus med hjerteinfarkt (mus 1). (A) Den venstre ventrikkel er delt inn i basal, mid-hulrom, og apikale kort aksiale deler i henhold til 17-segmentet AHA modell 25. Ulike perfusjon er godt synlig i midten av anterior, mid-Inferolaterale, mid-anterolaterale, apikale anterior, og apikale sidesegmentene. Verdier som vises representerer segmental betyr i Hounsfield-enheter ± standardavvik. (B) myokardperfusjonen kart er vist uten inndeling i 17 segmenter. Sentrum av plottet som svarer til den kardiale apex (segment 17) er ikke vist.

Figur 4
Figur 4. Representant end-diastolisk og slutt-systolisk omkrets polardiagrammet til syne (Bulls Eye polare tomter) av myokardperfusjonen i en mus uten hjerteinfarkt (Mus 4). (A) Den venstre ventrikkel er delt inn i basal, mid-hulrom, og apikale kort aksiale deler i henhold til 17-segmentet AHA modell 25. Ligner perfusjon er til stede i alle segmenter. Verdier som vises representerer segmental betyr i Hounsfield-enheter ± standardavvik. (B) myokardperfusjonen kart er vist uten inndeling i 17 segmenter. Sentrum av plottet som svarer til den kardiale apex (segment 17) er ikke vist.

Figur 5
Figur 5. Representant metabolske opptak kort aksial ende-diastolisk (A) og slutt systolisk (B) tverrsnitt av en mus hjerte med hjerteinfarkt (Mouse 1). Bilder ble kjøpt opp 6-7 timer etter LAD koronar okklusjon og 3-4 timer etter administrering av kontrastmiddel. Den negative kontrast bemerket av hvite piler er på grunn av mangel på kontrast metabolsk opptak i infarkt regionen.

Figur 6
Figur 6. Representant metabolske opptak kort aksial ende-diastolisk ( (B) tverrsnitt av en mus hjerte uten hjerteinfarkt (Mouse 4). Bilder ble kjøpt opp 6-7 timer etter humbug-drift og 3-4 timer etter administrering av kontrastmiddel. Hjerteinfarkt metabolske opptak av kontrast er jevnt representert i alle skiver.

Figur 7
Figur 7. Representative ende-diastolisk og end-systolisk omkrets polardiagrammet til syne (Bulls Eye polare tomter) av hjerteinfarkt metabolske opptak i en mus med hjerteinfarkt. (A) Den venstre ventrikkel er inndelt i basal, mid-hulrom, og apikale kort -axial deler i henhold til 17-segmentet AHA modell 25. Ulike metabolske opptaket er klart synlig i midten anterolaterale, apikal anterior, apikale dårligere, og apikale sidesegmentene. Verdier som vises representerer segment midler i Hounsfield units ± standardavvik. (B) Hjerteinfarkt metabolske opptaks kart er vist uten inndeling i 17 segmenter. Sentrum av plottet som svarer til den kardiale apex (segment 17) er ikke vist.

Figur 8
Figur 8. Representative ende-diastolisk og end-systolisk omkrets polardiagrammet til syne (Bulls Eye polare tomter) av hjerteinfarkt metabolske opptak i en mus uten hjerteinfarkt. (A) Den venstre ventrikkel er inndelt i basal, mid-hulrom, og apikale kort -axial deler i henhold til 17-segmentet AHA modell 25. Ulike metabolske opptaket er klart synlig i midten anterolaterale, apikal anterior, apikale dårligere, og apikale sidesegmentene. Verdier som vises representerer segmental betyr i Hounsfield-enheter ± standardavvik. (B) Hjerteinfarkt metabolic opptaks kart er vist uten inndeling i 17 segmenter. Sentrum av plottet som svarer til den kardiale apex (segment 17) er ikke vist.

Figur 9
Figur 9. Representant hjerteinfarkt vegg bevegelse (mm), fortykkede (%), og regionale ejeksjonsfraksjon (%) omkrets polardiagrammet til syne (Bulls Eye polare plott) av en mus med hjerteinfarkt. (A) Den venstre ventrikkel er inndelt i basal, mid-hulrom, og apikale kort aksiale deler i henhold til 17-segmentet AHA modell 25. Tilstedeværelsen av hypokinetisk, akinetiske og dyskinetic regioner i midten av hulrom og apikale deler betegne omfattende hjerteinfarkt defekt. (B) De regionale hjerteinfarkt målekart er vist uten inndeling i 17 segmenter. Sentrum av plottet som svarer til den kardiale apex (segment 17) erikke vist.

Figur 10
Figur 10. Representant hjerteinfarkt vegg bevegelse (mm), fortykkede (%), og regionale ejeksjonsfraksjon (%) omkrets polardiagrammet til syne (Bulls Eye polare plott) av en mus uten hjerteinfarkt. (A) Den venstre ventrikkel er inndelt i basal, mid-hulrom, og apikale kort aksiale deler i henhold til 17-segmentet AHA modell 25. Ingen åpen unormalt oppdages. (B) De regionale hjerteinfarkt målekart er vist uten inndeling i 17 segmenter. Sentrum av plottet som svarer til den kardiale apex (segment 17) er ikke vist.

Tabell 1
Tabell 1. venstre ventrikkel volum og globale funksjonelle indekser meas. figurert i tre mus 3 timer etter LAD koronar okklusjon og i en humbug-opererte mus * BPM, beats per minutt; LVEDV, venstre ventrikkel ende-diastolisk volum; LVESV, venstre ventrikkel ende-systolisk volum; LVSV, venstre ventrikkel slagvolum; LVEF, venstre ventrikkel ejeksjonsfraksjon; CO, minuttvolum; LVMV TOTAL, total venstre ventrikkel hjerteinfarkt volum; LVMM, venstre ventrikkel hjerteinfarkt massen; LVMMI, venstre ventrikkel hjerteinfarkt mass index; LVMV MI, venstre ventrikkel hjerteinfarkt volum; % LVMIS,% venstre ventrikkel hjerteinfarkt størrelse.

Discussion

I løpet av de siste årene MicroCT har blitt den modalitet mange forskere ansett for karakterisering av hjerte struktur og funksjon i små dyr 26-29,30. Imidlertid instrumenteringen anvendt i de tidligere arbeidet var enten tilpasset bygget eller ikke lenger er kommersielt tilgjengelige. Som sådan, ble denne studien forsøkte å gi en enkel og omfattende protokoll for bruk av high-speed MicroCT system med egen kardio-respiratorisk gating å bestemme hjerte global og regional funksjon sammen med myokardperfusjonen og levedyktighet i små dyr som modeller for menneskelige hjerte sykdom.

Ett av de viktigste krav for å studere hjerte struktur og funksjon er skannerens evne til å ta hensyn til fysiologiske hjerte bevegelser. For dette formål, EKG-baserte prospektive og retrospektive port teknikker kan anvendes. Men avhengig prospektiv (trinn og skyte) gating på en pre-spesifisert intervall av hjertesyklusen, for eksamenple under diastole, når hjertet bevegelse er minst. Med denne fremgangsmåten bare ett bilde pr hjertesyklus oppnås og bare en fase av hjertesyklusen kan rekonstrueres. Som sådan, i tillegg til å være tidkrevende å generere, prospektivt gated rekonstruksjoner produsere bare ett datasett, som er fratatt funksjonell informasjon. Retrospektiv gating, på den annen side, tillater rekonstruksjon av flere datasett ved hvert parti av hjertesyklusen, og dermed gir global og regional venstre ventrikulær funksjonell analyse.

Den nåværende arbeid ansatt Cardiorespiratory rekonstruksjoner med iboende retrospektiv gating. Intrinsic retrospektiv gating benytter proprietære image-basert programvare for å rekonstruere end-diastolisk og slutt-systolisk hjerte faser uten behov for dedikerte luftveiene og hjerteovervåkingsutstyr 29,31,32. En utmerket avtale av indre retrospektiv og ytre EKG-avhengige retrospektiv gating for studying hjertefunksjonen hos mus og rotter ble demonstrert ved Dinkel et al., 29. I løpet av denne nåværende arbeid, egenverdi retrospektiv gating ikke bare betydelig minimert den tiden som trengs for å sette opp søket, men også eliminert avhengighet overvåking maskinvare, for eksempel EKG-avledninger og luft pneumatisk sensor, samt ytterligere operatør ferdigheter du skal sette det opp.

Etter rekonstruksjonen ble bildekvaliteten på begge ende-diastolisk og end-systolisk datasett funnet tilfredsstillende for hjerte analyse. Under undersøkelse av bildene, ble det lagt særlig vekt på bevegelsesartefakter som kan oppstå under et utilstrekkelig nivå av anestesi, streaking gjenstander som kan skje som et resultat av manglende anslagene i dyr med høy pustefrekvens, lav-demping gjenstander som ofte forårsakes av benete strukturer og kan etterligne perfusjon defekter, og ringartifakter som kan oppstå fra mis-kalibrering eller svikt i en eller flere detektor elementer.

Evnen til å produsere MicroCT hjerte strukturell og funksjonell informasjon er også avhengig av tilgjengeligheten av passende intravaskulære kontrastmiddel. Mest for tiden kommersielt tilgjengelige MicroCT kontraster kan generelt deles inn i partikkelformede ikke-metaboliserbare makrofag-spesifikk og polydispers metaboliserbare jodbaserte kontrast 23,33-36. Selv om partikkelformede midler gir større røntgenstråle-opasifisering på grunn av deres høyere atomnummer (barium, Z = 56, og gull, Z = 79), kan de ikke anvendes for metabolske vurdering. Dessuten er disse midler betraktes som skadelig for organismen og fjernet av leveren makrofager (Kupffer-celler), spyle celler i det retikuloendoteliale system (RES). På grunn av deres ikke-metaboliserbar natur, disse midler induserer endringer i leveren mikrosirkulasjonen samtidig med leverskade 37.

Metaboliserbar jodbaserte kontrast, på den annen side, er ikke TARGEted for RES-spesifikke fjerning, og dermed bør tilby bedre sikkerhetsprofil og unngå levertoksisitet. I tillegg til deres bedre sikkerhetsprofil, er disse kontraster tas opp av metabolsk aktive vev, kan således anvendes for levedyktighet vurderings 22,23. For dette formål ble joderte kontrastmiddel valgt for denne studien. Kontrasten ble administrert i en dose på 5 eller 10 pl pr gram kroppsvekt av dyret som en enkel intravenøs bolusinjeksjon. Selv om begge doser produsert tilfredsstillende forbedringsresultatene, ble det observert en doseavhengig økning i venstre ventrikkel og myokardisk kontrastnivåer når 10 ul / g av kontrast ble injisert. Av interesse, sammen med den større dose, varigheten av blodblandingen ble forlenget og toppen av hjerteinfarkt opptak kontrast ble forsinket. Ett dyr (mus 1) ble fulgt opp i 10 uker etter operasjonen, og i løpet av denne perioden ble det fotografert hver andre uke. Av erfaring, ingen bivirkninger relatert til kontrasten (totalt 5 iskrivninger) eller relatert til X-ray eksponering (totalt 10 MicroCT skanninger) ble observert i denne musen i løpet av overvåking. En av de mest vanlige rapporterte bivirkningene effektene av langvarig eksponering jod er skjoldbruskkjertelen forstyrrelse som ikke ble observert makroskopisk på post-mortem undersøkelser. Mannheim et al. Studert tyroksin etter 3 påfølgende administrasjoner kontrast og fant ingen forskjell når nivåene ble sammenlignet med kontroller 37. Med bruk av de samme MicroCT datasettene, ble ingen tegn til strålings-induserte lungefibrose detektert i dette dyr (data ikke vist), i samsvar sikkerheten av prosedyren.

Vurdering av global og regional ventrikkel hjertefunksjon regnes som den sterkeste determinant av hjertefunksjon og viktig i forhold til prognose og valg av terapeutisk intervensjon 38,39. De globale venstre ventrikkel funksjonelle indeksene inkluderer venstre ventrikkel ende-diastolisk volum (LVEDV), venstre ventrikkel ende-systolisk volum (LVESV), venstre ventrikkel slagvolum (LVSV), venstre ventrikkel ejeksjonsfraksjon (LVEF), og minuttvolum (CO). Tidligere MicroCT studier bekreftet at kvantitativ evaluering av global hjertefunksjonen er gjennomførbart i murine kardiovaskulære sykdomsmodeller og at markant nedgang i global hjertefunksjon finner sted kort tid etter LAD arterie okklusjon. Disse funnene er i overensstemmelse med tidligere rapporter i det markert reduksjon i LVSV, LVEF, og CO skjedde allerede på dag 1 etter okklusjon 29,40-43. Det er bemerkelsesverdig å nevne at hjerte funksjonell ytelse er avhengig av type og grad av anestesi, og dermed for nøyaktige målinger av hjertefrekvens under bildet oppkjøpet bør holdes som fysiologisk mulig 44.

Kvantitativ vurdering av venstre ventrikkel hjerteinfarkt masse (LVMM) er viktig for evaluering av venstre ventrikkel hypertrofi og ble først og fremst gjennomført ved hjelp av MRJeg 11,43,45,46. LVMM er ofte korrigert for kroppsvekt og presenteres som venstre ventrikkel hjerteinfarkt mass index (LVMMI) for å tillate normalisering av hjertevekt hos mus med ulik alder og habitus. Nøyaktig beregning av disse parametrene er viktig, da musene med hjerteinfarkt utvikle betydelige LV hypertrofi 47. Vurdering av LVMM, LVMMI, og LV geometri er også viktig for diagnostikk av hjerte-hypertrofi og dysplasi 11. Som sådan, vil bestemmelsen av disse parametrene i tillegg være fordelaktig å differensiere tilstander som konsentrisk hypertrofi, eksentrisk hypertrofi eller konsentrisk ombygging. I dette arbeidet ble både LVMM og LVMMI verdier bestemmes i mus utsatt for gutten arterie ligation og i sham-opererte dyr. Deretter ble størrelsen av hjerteinfarkt identifisert og anvendt for å beregne prosentandelen av infarktstørrelse. Selv under operasjonen ligaturen til LAD koronar var ApplIED på samme nivå, at okklusjon generert infarkter med en viss variasjon: 13,3%, 15,8% og 22,4% (tabell 1). En mulig forklaring på denne variasjonen kan utgå fra forskjeller i koronaranatomi og deres territoriale blodtilførsel mellom dyrene, og etter avtale med tidligere rapporter 48. Den vanligste måten for infarktstørrelse vurdering i en musemodell av hjerteinfarkt er ved ex vivo-trifenyl-tetrazoliumklorid (TTC) farging, den teknikk som ikke ville tillate langsgående overvåking av sykdom i det samme dyr. I forbindelse med tidligere arbeider ved al., Ashton-et 22 og fra dette til stede, er det bemerkelsesverdig at MicroCT i forbindelse med jodholdige kontrastmidler kan gi en alternativ og ikke-destruktiv fremgangsmåte for å bestemme infarktstørrelsen i lengderetningen.

En ytterligere fordel av den MicroCT teknikk ligger i den meget nøyaktig bestemmelse av regional ischemi. Like hos mennesker venstre koronararterie av muse deler seg i en nedadgående arterie (LAD) og en septal gren (LCX). Imidlertid, i mus, er forskjellig anatomi av side greiner av LAD og LCX betydelig fra dyr 48. Store greiner av LCX noen ganger tett parallelt LAD og siden koronararteriene hos mus er intra-myokardial og derfor ikke er synlig, sidebukseseler av LCX er til tider ved et uhell, men uunngåelig inngår i koronar okklusjon i løpet av mus-infarkt prosedyre. Som sådan kan den circumferentional polare kartet oppnådd etter MicroCT anvendes for å bestemme nøyaktig hvilken kransarteriene ble okkludert, ettersom perfusjon og kontrast opptak i sektorene 2, 3, 8 og 9 påvirkes av LCX mens sektorene 7, 10, 11, 12 , 13, 15, 16 og 17 blir levert av LAD. Følgelig er den polare kartet til stor nytte for nøyaktig bestemmelse av de okkluderte arterier og følgelig hjelpemidler viktigere i riktig tolkning av virkningene av myocardial infarkt i hjertefunksjon og sykdomsutvikling.

Den myokardialt infarkt musemodell som brukes høyt etterligner den humane kliniske situasjon hvor koronarkar blir plutselig okkludert som et resultat av en akutt plaque ruptur og er som sådan av stor nytte for å studere utviklingen av sykdommen infarkthjerte 49. Mens i den utviklede vestlige land behandling av pasienter som lider av hjerteinfarkt er rettet mot å raskt gjenopprette resirkulering av koronar fartøy, i mange tilfeller, spesielt i mindre økonomisk utviklede land der forekomsten av hjerteinfarkt er raskt økende, kan okklusjonen ikke annulated i tid 1,50. Dette induserer i store ventrikkel infarkt som oftest vil føre til kronisk hjertesvikt og er en enorm belastning for folkehelsen. Derfor langsgående ikke-invasive diagnostiske metoder ved hjelp av et hjerteinfarkt modell med en permanent koronar OCClusion og et stort ventrikkel infarkt er av stor betydning for å utvikle nye behandlingsstrategier mot denne sykdommen.

Hjerteinfarkt CT perfusjonsbilleddannelse er en raskt utviklende teknikk som gjør at kvantitativ vurdering av regionale koronar blodstrøm abnormiteter og deres relevans for hjertefunksjon og levedyktighet. Nyere små dyrestudier redusert gapet mellom MicroCT og SPECT, den modalitet av valget for perfusjon og levedyktighet vurdering 22. Med mål om å vurdere graden av regional blodstrøm svekkelse forårsaket av LAD koronar okklusjon ble MicroCT data også evaluert for myokardperfusjonen informasjon. Den ligert LAD arterien er kjent for å tilveiebringe blodtilførsel til den frie vegg, en del av skilleveggen, og den apikale området av venstre ventrikkel. Myokardperfusjonen defekter (hypoenhanced områder) av mus 1 er vist i en polar koordinatsystem og opplagt i midten anterior, mid-Inferolaterale, mid-anterolaterale, apikalanterior, og apikale sidesegmentene, funnene er i samsvar med de samme koronar fordeling (figur 3). Ingen forskjell mellom perfusjon defekter som stammer fra slutt-diastolisk og end-systolisk bildene ble funnet i homosegments. De ende-diastolisk og slutt-systoliske myokardial perfusjon polare kartfremvisninger av den narreopererte dyr er vist i figur 4. Små forskjeller i myokardial blodstrøm mellom segmentene i kontrolldyret er ubetydelig på begge ende-diastolisk og slutt-systoliske representasjoner . Interessant, kan de områdene av hypoenhancement visuelt ses på korte aksiale tverrsnittsbilder (figur 1), og kan lett kvantifiseres som vist i figur 3. Dette var ikke mulig i studien ved Befeda et al., Og kan forklares ved større støyen fra MicroCT instrument som brukes 22. For å bli visuelt skjelnes, må signalforskjellene være i det minste tre til fem ganger størreenn den støy (standardavvik) i bildet 51. Lav støy av MicroCT brukt i denne studien tillates deteksjon av et lite signal forskjell mellom nedsatt og normalt perfusert hjertemuskelen (127HU ± 23HU vs. 217HU ± 29HU), slik at vellykket vurdering av myokardial perfusjon mønster defekter.

En av de store fordelene ved å bruke joderte kontrastmiddel er evnen til å vurdere myokardviabilitet metabolismen på grunn av den kontrast relaterte myokardial forbedring. Så vidt vi vet, ble kontrasten evne til å forbedre myokard først beskrevet av Detombe et al. 23 og første gangs bruk for hjerteinfarkt avbildning ble rapportert av Ashton et al. 22. Selv om gruppen indikert at perfusert hjertemuskelen i musene med hjerteinfarkt viste forbedring i likhet med kontrollene, og det infarkt myokardium viste ingen forbedring, kvantitativ vurdering av den segment myokardialt enhancement ble ikke rapportert. For ytterligere å undersøke om hjerteinfarkt ekstrautstyr kan kvantitativt vurdert, ble alle musene reimaged bruker samme bilde protokoll 3 - 4 timer etter administrering av kontrastmiddel, når hjerteinfarkt forbedring i forhold til hulrom var maksimal.

Myokardiale kontrast opptaks defekter ble observert visuelt på kort aksial ende-diastolisk og slutt-systoliske tverrsnittsbilder av et mus hjerte med hjerteinfarkt (figur 5), men ikke i den narreopererte dyr (figur 6). Hjerteinfarkt opptaket ble kvantitativt vurderes i hvert hjerteinfarkt segmentet fra både slutt-diastolisk og end-systolisk rekonstruksjoner og presentert i en polar koordinatsystem (figur 7 og 8). Ende-diastolisk og end-systolisk homosegmental verdier hentet fra det samme dyret var ikke annerledes. Men de omkretspolarplottene viste segment-spesifikke abnormaliteter (figure 7) med lignende mønstre som de som er vist på myokardperfusjonen kart (figur 2). Det er ingen kontrastopptaks defekter ble observert på omkrets polare plott av sham-opererte mus (figur 8). Den myokardiale opptaksdata var av tilstrekkelig kvalitet til å utføre global funksjonell analyse og kvantitativ vurdering av myokardial LV masse og infarktstørrelse (ikke vist). Selv om det ikke relevant for tiden brukes modell med permanent LAD koronar okklusjon, tror vi at kontrasten hjerteinfarkt utvinning kan relateres ikke bare til endringer i regional hjerteinfarkt blodstrøm, men også til status for cardiomyocytes (f.eks arrete, lamslått og dvalemodus myokard) . For å teste denne hypotesen, vil det videre arbeidet ansette modellen med midlertidig myokardiskemi og reperfusjon.

Aktiv sammentrekning av myokard resulterer i hjerteinfarkt veggen bevegelse og fortykkelse som fungerer som viktige markører for systolisk fsalvelse og myokardviabilitet. Vurdering av regional veggen bevegelse, jevning, og ejeksjonsfraksjon bidrar til å skjelne passiv systolisk veggen bevegelse fra aktiv hjerteinfarkt sammentrekning. For å muliggjøre standardisert kvantifisering av omfanget og graden av lesjon, vegg bevegelse, fortykkede, og regionale utstøtnings fraksjonene blir vanligvis kartlagt i polare kart. Unormalt av regional ventrikkel veggen bevegelse er viktige markører for myokardiskemi som oftest vurderes av MR 52. LV veggbevegelse, jevning og regional ejeksjonsfraksjonen score for hvert segment av en mus med og uten hjerteinfarkt er presentert i Figur 9 og Figur 10. Som forventet, LAD koronar ligation resulterte i markert nedgang på LV regionale funksjonelle indekser ( figur 9), mens ingen virkning ble observert i sham-opererte mus (figur 10). Disse resultatene er i samsvar medtidligere rapportert data.

I konklusjonen, har dette arbeidet vist den første vellykkede bruken av en høyhastighets MicroCT system for omfattende bestemmelse av hjerteinfarkt globale og regionale funksjonelle parametre sammen med vurdering av myokardperfusjonen og levedyktighet hos friske og i en musemodell for hjerteinfarkt. Dette arbeidet kan bli ytterligere utvidet mot karakterisering av andre modeller av hjerte- og karsykdommer, noe som åpner for nøyaktig og ikke-destruktiv vurdering av hjerte funksjonelle og patofysiologiske endringer, og for evaluering av nye forebyggende og terapeutiske strategier.

Disclosures

ED van D., RR, JE erklærer at de ikke har noen konkurrerende økonomiske interesser. SB er en betalt ansatt i PerkinElmer, som produserer imaging instrumenter. Publiseringskostnadene for denne videoen artikkelen ble betalt av PerkinElmer.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av Stichting Lijf en Leven, prosjekt strekke versus stenosing arteriell sykdom.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Quantum FX MicroCT Imaging System PerkinElmer, Hopkinton, MA, USA Micro Computed Tomography System
XGI-8 Anesthesia System PerkinElmer, Hopkinton, MA, USA Cat. No. 118918 Gas Anesthesia System
Analyze 12.0 Software Analyze Direct, Overland Park, KS, USA Visualization and Analysis Software for Imaging
eXIA160 MicroCT Contrast Binitio Biomedical, Ottawa, ON, CANADA Cat. No. eXIA160-01; eXIA160-02; eXIA160-03; eXIA160-04; eXIA160-05 Iodine based Radiocontrast for MicroCT Imaging
Isoflurane Pharmachemie BV,
Haarlem, Netherlands
Cat. No. 45.112.110 inhalation anesthesia
1/2CC U-100 28G1/2 Insulin Syringe Becton Dickinson and Company,
USA
Cat. No. 329461 Insulin syringes with sterile interior
Leica microscope type M80 Leica Microsystems BV, Eindhoven, Netherlands Stereo zoom microscope

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Finegold, J. A., Asaria, P., Francis, D. P. Mortality from ischaemic heart disease by country, region, and age: statistics from World Health Organisation and United Nations. Int J Cardiol. 168, 934-945 (2013).
  2. Briaud, S. A., et al. Leukocyte trafficking and myocardial reperfusion injury in ICAM-1/P-selectin-knockout mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 280, H60-H67 (2001).
  3. Heymans, S., et al. Inhibition of plasminogen activators or matrix metalloproteinases prevents cardiac rupture but impairs therapeutic angiogenesis and causes cardiac failure. Nat Med. 5, 1135-1142 (1999).
  4. Kaijzel, E. L., et al. Multimodality imaging reveals a gradual increase in matrix metalloproteinase activity at aneurysmal lesions in live fibulin-4 mice. Circ Cardiovasc Imaging. 3, 567-577 (2010).
  5. MacLellan, W. R., Schneider, M. D. Genetic dissection of cardiac growth control pathways. Annu Rev Physiol. 62, 289-319 (2000).
  6. Michael, L. H., et al. Myocardial ischemia and reperfusion: a murine model. Am J Physiol. 269, H2147-H2154 (1995).
  7. Zhang, D., et al. TAK1 is activated in the myocardium after pressure overload and is sufficient to provoke heart failure in transgenic mice. Nat Med. 6, 556-563 (2000).
  8. Feldman, M. D., et al. Validation of a mouse conductance system to determine LV volume: comparison to echocardiography and crystals. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 279, H1698-H1707 (2000).
  9. Kolwicz, S. C., Tian, R. Assessment of cardiac function and energetics in isolated mouse hearts using 31P NMR spectroscopy. J Vis Exp. (2010).
  10. Kubota, T., et al. End-systolic pressure-dimension relationship of in situ mouse left ventricle. J Mol Cell Cardiol. 30, 357-363 (1998).
  11. Lorell, B. H., Carabello, B. A. Left ventricular hypertrophy: pathogenesis, detection, and prognosis. Circulation. 102, 470-479 (2000).
  12. Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Batkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3, 1422-1434 (2008).
  13. Buckberg, G. D., et al. Some sources of error in measuring regional blood flow with radioactive microspheres. J Appl Physiol. 31, 598-604 (1971).
  14. Krueger, M. A., Huke, S. S., Glenny, R. W. Visualizing regional myocardial blood flow in the mouse. Circ Res. 112, e88-e97 (2013).
  15. Vivaldi, M. T., Kloner, R. A., Schoen, F. J. Triphenyltetrazolium staining of irreversible ischemic injury following coronary artery occlusion in rats. Am J Pathol. 121, 522-530 (1985).
  16. Johnson, K. Introduction to rodent cardiac imaging. ILAR J. 49, 27-34 (2008).
  17. Buonincontri, G., et al. MRI and PET in mouse models of myocardial infarction. J Vis Exp. e50806 (2013).
  18. Respress, J. L., Wehrens, X. H. Transthoracic echocardiography in mice. J Vis Exp. (2010).
  19. Gao, S., Ho, D., Vatner, D. E., Vatner, S. F. Echocardiography in Mice. Curr Protoc Mouse Biol. 1, 71-83 (2011).
  20. Stillman, A. E., Wilke, N., Jerosch-Herold, M. Myocardial viability. Radiol Clin North Am. 37, 361-378 (1999).
  21. Lahoutte, T. Monitoring left ventricular function in small animals. J Nucl Cardiol. 14, 371-379 (2007).
  22. Ashton, J. R., et al. Anatomical and functional imaging of myocardial infarction in mice using micro-CT and eXIA 160 contrast agent. Contrast Media Mol Imaging. 9, 161-168 (2014).
  23. Detombe, S. A., Dunmore-Buyze, J., Drangova, M. Evaluation of eXIA 160 cardiac-related enhancement in C57BL/6 and BALB/c mice using micro-CT. Contrast Media Mol Imaging. 7, 240-246 (2012).
  24. Prajapati, S. I., Keller, C. Contrast enhanced vessel imaging using microCT. J Vis Exp. (2011).
  25. Cerqueira, M. D., et al. Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart. A statement for healthcare professionals from the Cardiac Imaging Committee of the Council on Clinical Cardiology of the American Heart Association. Circulation. 105, 539-542 (2002).
  26. Badea, C. T., Fubara, B., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. 4-D micro-CT of the mouse heart. Mol Imaging. 4, 110-116 (2005).
  27. Bartling, S. H., et al. Retrospective motion gating in small animal CT of mice and rats. Invest Radiol. 42, 704-714 (2007).
  28. Clark, D., Badea, A., Liu, Y., Johnson, G. A., Badea, C. T. Registration-based segmentation of murine 4D cardiac micro-CT data using symmetric normalization. Phys Med Biol. 57, 6125-6145 (2012).
  29. Dinkel, J., et al. Intrinsic gating for small-animal computed tomography: a robust ECG-less paradigm for deriving cardiac phase information and functional imaging. Circ Cardiovasc Imaging. 1, 235-243 (2008).
  30. Drangova, M., Ford, N. L., Detombe, S. A., Wheatley, A. R., Holdsworth, D. W. Fast retrospectively gated quantitative four-dimensional (4D) cardiac micro computed tomography imaging of free-breathing mice. Invest Radiol. 42, 85-94 (2007).
  31. Boileau, C., et al. TGFB2 mutations cause familial thoracic aortic aneurysms and dissections associated with mild systemic features of Marfan syndrome. Nat Genet. 44, 916-921 (2012).
  32. Kachelriess, M., Sennst, D. A., Maxlmoser, W., Kalender, W. A. Kymogram detection and kymogram-correlated image reconstruction from subsecond spiral computed tomography scans of the heart. Med Phys. 29, 1489-1503 (2002).
  33. Boll, H., et al. Comparison of Fenestra LC, ExiTron nano 6000, and ExiTron nano 12000 for micro-CT imaging of liver and spleen in mice. Acad Radiol. 20, 1137-1143 (2013).
  34. Ford, N. L., et al. Time-course characterization of the computed tomography contrast enhancement of an iodinated blood-pool contrast agent in mice using a volumetric flat-panel equipped computed tomography scanner. Invest Radiol. 41, 384-390 (2006).
  35. Hainfeld, J. F., Smilowitz, H. M., O'Connor, M. J., Dilmanian, F. A., Slatkin, D. N. Gold nanoparticle imaging and radiotherapy of brain tumors in mice. Nanomedicine (Lond). 8, 1601-1609 (2013).
  36. Willekens, I., et al. Time-course of contrast enhancement in spleen and liver with Exia 160, Fenestra LC, and VC. Mol Imaging Biol. 11, 128-135 (2009).
  37. Mannheim, J. G., Schlichthärle, T., Pichler, B. J. Possible toxicological side effects after i.v. administration of iodine CT contrast agents. World Molecular Imaging Conference. Dublin, P400 (2012).
  38. White, H. D., et al. Left ventricular end-systolic volume as the major determinant of survival after recovery from myocardial infarction. Circulation. 76, 44-51 (1987).
  39. Sheehan, F. H., et al. Advantages and applications of the centerline method for characterizing regional ventricular function. Circulation. 74, 293-305 (1986).
  40. Nahrendorf, M., et al. High-resolution imaging of murine myocardial infarction with delayed-enhancement cine micro-CT. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 292, H3172-H3178 (2007).
  41. Sheikh, A. Y., et al. Micro-CT for characterization of murine CV disease models. JACC Cardiovasc Imaging. 3, 783-785 (2010).
  42. Young, A. A., Barnes, H., Davison, D., Neubauer, S., Schneider, J. E. Fast left ventricular mass and volume assessment in mice with three-dimensional guide-point modeling. J Magn Reson Imaging. 30, 514-520 (2009).
  43. Young, A. A., et al. Reperfused myocardial infarction in mice: 3D mapping of late gadolinium enhancement and strain. J Cardiovasc Magn Reson. 8, 685-692 (2006).
  44. Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., Ross, J. Jr Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282, H2134-H2140 (2002).
  45. Dall'Armellina, E., et al. Improved method for quantification of regional cardiac function in mice using phase-contrast MRI. Magn Reson Med. 67, 541-551 (2012).
  46. Shapiro, E. P. Evaluation of left ventricular hypertrophy by magnetic resonance imaging. Am J Card Imaging. 8, 310-315 (1994).
  47. Michael, L. H., et al. Myocardial infarction and remodeling in mice: effect of reperfusion. Am J Physiol. 277, 660-668 (1999).
  48. Salto-Tellez, M., et al. Myocardial infarction in the C57BL/6J mouse: a quantifiable and highly reproducible experimental model. Cardiovasc Pathol. 13, 91-97 (2004).
  49. van Deel, E. D., et al. Extracellular superoxide dismutase protects the heart against oxidative stress and hypertrophy after myocardial infarction. Free Radic Biol Med. 44, 1305-1313 (2008).
  50. Forouzanfar, M. H., et al. Assessing the global burden of ischemic heart disease, part 2: analytic methods and estimates of the global epidemiology of ischemic heart disease in 2010. Glob Heart. 7, 331-342 (2012).
  51. Rose, A. The sensitivity performance of the human eye on an absolute scale. J Opt Soc Am. 38, 196-208 (1948).
  52. Befera, N. T., Badea, C. T., Johnson, G. A. Comparison of 4D-microSPECT and microCT for murine cardiac function. Mol Imaging Biol. 16, 235-245 (2014).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics