In vivo כמותי הערכת מבנה שריר הלב, תפקוד, זלוף ואת הכדאיות שימוש טומוגרפיה לב מיקרו שחושב

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

מחלת לב איסכמית (IHD) ממשיכה להיות הגורם הגדול ביותר של תחלואה ותמותה לגברים ונשים ברחבי העולם 1. בגלל המורכבות ויחסי הגומלין הקיימים בין איברים ומערכות ברמת האורגניזם, השימוש של החיה כולו כמודל של IHD נשאר רלוונטי לא רק עבור הבנה טובה יותר שלנו של פתופיזיולוגיה המחלה, אלא גם המתיר הערכת אסטרטגיות הרומן למנוע ולרפא אותן . מודלים עכבר, בפרט, תרמו את הידע שלנו על פיתוח הלב, בפתוגנזה של אוטם שריר הלב, היפרטרופיה שריר הלב, דלקת שריר הלב, ונגעים aneurysmal 2-7. הפרמטרים הקובעים ביצועי הלב והם שימושיים מבחינת הפרוגנוזה ובחירה של התערבות טיפולית הם בעלי מסה הלב וגיאומטריה, פונקציה גלובלית ואזורית, הפריסה המרחבית של זרימת דם בשריר הלב ואת הכדאיות שריר הלב.

עם זאת, רוב traditional שיטות מחקר השתמשו במודלים של עכברים של מחלת לב כרוכה מדידות פולשנית הדורשים שעות להשלמה, ובכך החיה לא יכולה לשמש מדידות חוזרות, או השיטה תדרוש חיה להקריב 8-12. לדוגמה, כדי למדוד זלוף אזורי שריר הלב, רדיואקטיבית או fluorescently microspheres שכותרתו משמשים בו ספירת רדיואקטיבי או אותות ניאון מזוהים על לב גזור פיזית או באתרו 13,14.

בדומה לכך, הערכת גודל האוטם במודלים של בעלי חיים של אוטם שריר הלב מבוצע לרוב על ידי כלוריד triphenyltetrazolium (TTC) מכתים, ועל מנת לקבוע את מהלך הזמן של התפתחות האוטם וההשפעה של התערבויות טיפוליות, טכניקה זו דורשת כי בעלי החיים צריכים להקריבו לבדיקת histopathological לב בנקודות הזמן שונה 15. כמו טכניקות כאלה, שאינם הרסניים ואנושיים שייאפשרו quantitativדואר וניתוח אורך של מורפולוגיה לב, תפקוד, חילוף חומרים ואת הכדאיות הם בעלי חשיבות עליונה. בהקשר זה, הדמיה פרה-קלינית חשובה ורלוונטית במיוחד. בין שיטות הדמית תהודה מגנטית הזמינות כרגע (MRI) אקו הם הנפוצים ביותר 16,17,18.

עם זאת, ועל אף העובדה כי MRI נחשב באופנות של התייחסות גם עבודה קלינית פרה-קליניים, העלות הגבוהה לרכישת ולתחזק מערכות MRI ייעודי קטן-חיה, כמו גם את המורכבות של הטכנולוגיה הזו עבור משתמשים שאינם מתקדמים לפעול , לעשות MRI יקר מדי לשימוש שגרתי. באשר אקוקרדיוגרפיה, קיימים חסרונות מהותיים באופן שבו תפקוד הלב נמדד. הנתונים המיוצר על ידי רוב בדיקות אקו הם דו ממדים, ועל מנת להפיק כרכים, הנחות גיאומטריות צריכות להתבצע 19. בנוסף, repr תוך והבין-משקיף עניoducibility עוד מגבלה משמעותית של טכניקה זו. הדמיה רדיואיזוטופיים עם טומוגרפיה ממוחשבת פליטת פוטונים בודדת (SPECT) ו טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) משמשת בעיקר לצורך ההערכה של זלוף שריר לב וחילוף חומרי 17,20,21. עם זאת, ברזולוציה מרחבית מוגבלת של שיטות הדמיה אלה עושה הדמיה של לב בעכברים מאתגר.

מצד שני, עם הופעת טכנולוגית גלאים שטוחה, אשר מאפשרת רגישות רנטגן טובה יותר פעמי readout מהר, מצב נוכחי של האמנות מערכות microCT יכולות עכשיו לספק מגודר לב-ריאה תלת ממדי (3D) וארבעה-ממדים ( 4D) תמונות באיכות MRI כיתה. הם עלות תחזוקה כמעט בחינם וקלים לתפעול על ידי משתמשים שאינם מתקדמים. לפיכך, מכשירי microCT כזה יכול להיות מתאים גם עבור בדיקה שיגרתית של חיות קטנות כמודלים של מחלות אנושיות. והכי חשוב, עם פיתוח של חומר ניגוד עם יוד פרה-רומן, sהערכה תפקודית ומטבוליות imultaneous של לב התאפשרה 22-24.

חומר ניגוד זה מכיל ריכוז גבוה של יוד (160 מ"ג / מ"ל), בהפקת בניגוד דם-הבריכה חזקה לאחר מתן תוך ורידי שלה המאפשר in vivo הדמיה של כלי הדם ואת חדרי הלב. תוך שעה לאחר נטילתו, גידול מתמשך בניגוד שריר הלב קשורה ספיגת מטבולית שלה ניתן לצפות, ולכן אותו חומר ניגוד יכול לשמש לצורך הערכה של מהממת ואת הכדאיות שריר הלב.

מטרת הטכניקה המתוארת בכתב היד הזה היא לאפשר לחוקרים להשתמש במערכת microCT במהירות הגבוהה עם gating לב-ריאה מהותי, בשיתוף עם חומר ניגוד עם יוד דם-ברכה, לקביעת פונקציה הגלובלית ואזורי שריר לב יחד עם זלוף שריר הלב הכדאיות בעכברים בריאים במודל של עכברים איסכמיה לבבית המושרה על ידי חסימה קבועהשל הקדמי השמאלי היורד לב כלילית (LAD). באמצעות טכניקת מודל והדמית החיה הזאת, הערכה מהירה של פרמטרי הלב החשובים ביותר יכולה להתבצע שוב ושוב עם שיטת הדמיה יחידה וללא צורך בהליכים פולשניים או הצורך להקריב את החיות. הטכניקה ניתן לבצע כדי להעריך אסטרטגיות מניעה טיפוליות חדשניות.

Protocol

כל העבודה חיה במחקר זה אושר על ידי ועדת האתיקה במחקר בבעלי החיים ארסמוס MC. במהלך הניסויים, חיות נשמרו בהתאם לתקנות מוסדיות ארסמוס MC. בסוף חי הניסוי היו מורדם באמצעות מנת יתר של isoflurane הרדמה נשימתית. אנא מחפשים טיפול בבעלי חיים מוסדיים ולהשתמש אישור הוועדה לפני תחילת עבודתם זו.

1. הכנת לב איסכמיה דגם

  1. להרדים את העכבר (C57BL6, 12 שבועות) על ידי שאיפה של isoflurane 4%. לצנרר החיה באמצעות צינורית G 20 respirate העכבר ב 100 נשימות לדקה עם הלחץ inspiratory שיא של 18 ס"מ H 2 O הלחץ הנשיפה הקצה החיובי של 4 ס"מ H 2 O.
    1. השתמש תערובת גז של O 2 / N 2 (v / v = 1/2) המכיל isoflurane 2.5% כדי לשמור על הרדמה ולהחיל טיפות עיניים כדי למנוע התייבשות של העיניים בזמן בהרדמה. PlaCe העכבר על כרית חימום ולמדוד טמפרטורת הגוף rectally כדי לשמור על טמפרטורת הגוף על 37 מעלות צלזיוס במהלך הניתוח.
  2. להזריק עצירות (0.05-0.2 מ"ג / ק"ג) תת עורי רק לפני הניתוח ולבדוק את רפלקס קמצוץ הבוהן כדי להבטיח עומק מספיק של הרדמה לפני תחילת ההליך הכירורגי. את שער החזה העכבר באמצעות קרם להסרת שיער ולהחיל יוד על העור.
  3. בצע חתך על ידי ביצוע חתך קטן עם מספריים בעור בין קומה 2 צלעות שמאל ה -3. משוך קטין pectoralis ושריר xiphihumeralis וכן שריר הגב הרחיב לצד באמצעות ווים קטנים כדי לאפשר גישה אל שרירים צלעי.
  4. בזהירות חותך את שריר 3rd צלע מבלי לפגוע הריאות באמצעות מספרי אביב להב מעוקלים 2 מ"מ. דחוף את הריאות הצידה באמצעות פיסה קטנה של גזה רטובה לקרוע את קרום הלב.
    הערה: היזהר שלא לפגוע בעצב הסרעפת השמאלית.
    1. Repositiעל ווים קטנים שמחזיקים את השריר בתוך החזה למקם אותם כך כי חלק גדול של החדר השמאלי (LV) הקיר החלק החופשי של אטריום שמאל גלויים.
  5. הכנס תפר כירורגי משי 7-0 מתחת העורק הכלילי השמאלי לחסום את העורק על ידי קושר תפר בתקיפות.
    הערה: מכיוון שברוב עכברים העורק הכלילי אינה גלויה, לקבוע את המיקום של המיתר באמצעות אטריום ותמיד ולקשור מ"מ כלילית עורק 2 מתחת לקצה של הפרוזדור השמאלי כדי לתקנן גודל האוטם.
  6. ראייה לבדוק לזירוז המוצלח של האוטם על ידי המאשר את מחוויר של הקיר בחינם החדר השמאלי. כאשר מחוויר לא הוא ציין, לבצע ניסיון נוסף כדי לחסום את LAD.
  7. סגור את החזה בחוזקה באמצעות תפר כירורגי משי 6-0.
    הערה: החזה צריך להיות סגור אטום כדי לאפשר נשימה עצמאית לאחר ההחלמה.
  8. יש לנקות את הפצע עם מי מלח ולסגור את העור באמצעותתפרי משי. החל ספריי פצע על העור כדי לעורר ריפוי הפצע ולמנוע זיהום.
  9. סובבו את isoflurane את ולחכות עד שהחיה להתחיל לנשום בכוחות עצמו לפני הסרת צינור אוורור. מניחים את העכבר בכלוב על כרית חימום בעודו מחלים.
    הערה: אל תשאיר חיה ללא השגחה עד שהוא שב להכרתו מספיק כדי לשמור שכיבה הגחון. אל תחזור בעל חיים אשר עבר ניתוח לחברה של בעלי חיים אחרים עד התאושש לחלוטין.
  10. נהל מנות נוספות של עצירות כל 8-12 שעות לאחר הניתוח על שיכוך כאבים שלאחר ניתוח. נהל עצירות (50 מיקרוגרם / ק"ג) intraperitoneally.
    הערה: סרוק את בעלי החיים באמצעות microCT (סעיף 3) 3-4 שעות לאחר הניתוח עבור הסריקה הראשונה 6-7 שעות לאחר הניתוח עבור הסריקה השנייה.

2. הזרקה של ניגודיות microCT

  1. על מנת להשיג מידע אנטומי, פונקציונליים, חילוף חומרים בשני successivפגישות הדמית דואר microCT, השתמש חומר ניגוד עם יוד.
  2. לחשוף ולטפל גומי של פקק הבקבוקון באמצעות אלכוהול 70%. באמצעות מזרק שטח מת נמוך, למשוך נפח נדרש (5-10 μl / גרם של משקל גוף) של חומר הניגוד. כדי למנוע את הסיכון של תסחיף במהלך הזרקה, לטהר בועות אוויר, אם בכלל, על ידי קידום הבוכנה קדימה ואחורה ו / או נוגע קלות בצד של המזרק באיטיות לגרש את האוויר אל תוך רקמות סופגות סטרילי עד הנוזל מופיע בחלק הקצה מַחַט.
    הערה: הזרקה של ניגוד microCT יכול להתבצע בחיות מודעות או מסוממות. יש לבצע ריסון פיזי על חיות בהכרה. כדי להקטין את הלחץ, שקול תרופת הרגעה קלה או הרדמה isoflurane כללית עם מערכת הרדמה משאיפת.
  3. לפני הזריקה, ספוגית הזנב עם 70% אלכוהול. לחמם את הזנב עם מנורה או על ידי טבילת הזנב לתוך מים חמים (40-45 מעלות צלזיוס) לספק התרחבות כלי טובה יותר. להזריק את חומר ניגוד intravenously (למשל דרך אחד הוורידים הזנב לרוחב) בשעה 5-10 μl / גרם של משקל הגוף.
    הערה: מטב מהחומר מוזרק עבור במודל חיה מסוים או הגדרות רכישה של מכשיר microCT, כמו שיפור הניגודיות יכול להיות מושפע בריאות או מצב תזונתי של חיה נחקרת ורמת רעש בתמונה.

3. הדמיה microCT

  1. לפני לעמת ההזרקה, להפעיל סורק microCT ידי לחיצה על לחצן ההפעלה במחשב. הפעל את תוכנת בקרת microCT, לחמם את שפופרת רנטגן על ידי לחיצה על כפתור התחממות מוצג בחלון שליטה בתוכנות.
  2. אפשר עבור כפתור במצב חי להופיע תוכנות שליטה המציין כי החימום הושלם. הכנס את הכיסוי נשא הקטן ומניח מיטת החיה הקטנה.
  3. צור או בחר את מסד נתונים, המחקר המתאים, ובכפוף שבו נתוני תמונה יישמר. כדי ליצור מסד נתונים חדש לחץ על כפתור המאגר החדש בחלון מסד הנתונים,הזן שם היה לציין את מסד הנתונים החדש, ולחץ על כפתור עיון בתיבת הדו-שיח שמופיעה, נווט אל הכונן שבו מסד הנתונים יישמרו, ולחץ על אישור. שים את מסד הנתונים החדש בחלון מסד הנתונים. כדי להתחבר למסד נתונים קיים, לחץ על Connect to כפתור מסד בחלון מסד הנתונים, ולחץ לחיצה כפולה על שם מסד נתונים.
  4. הגדר את תנאי סריקה על ידי בחירת הפרמטרים הבאות מהתפריטים הנפתחים של חלון בקרת התוכנה: מתח שפופרת רנטגן, 90 ק; CT רנטגן צינור הנוכחי, 160 מיקרו-אמפר; רנטגן עדכניות צינור, 80 מיקרו-אמפר; FOV, 20 מ"מ; טכניקת Gating, לב-ריאה; טכניקת סריקה, 4.5 דקות.
    הערה: פרוטוקול הדמיה זו מאפשרת שחזור של סוף-דיאסטולי וסוף-סיסטולי מערכי נתונים 3D, כל אחד עם גודל מטריצה ​​של 512 x 512 x 512, עם גודל voxel איזוטרופיים המשוחזר של 40 מיקרומטר.
  5. לאחר הזרקת החיה עם חומר ניגוד, להרדים אותו בתא אינדוקציה על ידי שאיפה של isoflurane 4%.מניחים את חיה על המיטה חיה של הסורק עם חרטומו באספקת isoflurane 1.5-2.0% בתערובת חמצן באוויר. במידת הצורך, להתאים את זרימת isoflurane כדי להשיג את פעילות הנשימה היציבה של חיה עם ≤60 נשימות לדקה.
  6. סגור את דלת המכשירים ידי החלקתו זכותה להפעיל את משתלב הבטיחות. הפעל במצב חי על ידי לחיצה על הכפתור במצב החי לראות על חלון בקרת תוכנה כדי להציג את הנושא בזמן אמת. שים את חלון X-ללכוד את החיה.
    הערה: המכשיר אינו יוצר רנטגן אלא אם הדלת סגורה כראוי ואת משתלב הבטיחות עוסקת.
  7. הזיזו את המיטה מן החי כדי ליישר את החזה העכבר בתוך שדה הראייה (FOV) על ידי לחיצה על שליטה Z ציר הבמה הלוך ושוב כפתורים ממוקם בלוח הקדמי של המכשיר. ודא כי החזה הוא במרכז בתוך FOV. השתמש יצא משליטת המיטה חיה וימינה ממוקם בלוח הקדמי של המכשיר למצב Tהוא חי בתוך התיבה התוחמת הכחולה.
    1. סובב את gantry על ידי בחירה "90" מהרשימה הנפתחת בקרת הסיבוב לראות על החלון השליט בתוכנות והלחיצה על הלחצן הגדר. ודא החיה נשארת בתוך התיבה התוחמת הכחולה של חלון X-ללכוד. במידת הצורך, ליישר את החיה באמצעות UP המלא במיטת חיה וחצי DOWN שבלוח הקדמי של מכשיר.
      הערה: רק נתוני תמונה בתוך התיבה התוחמת הכחולה לראות על חלון X-הלכידה תשמש לשחזר את נפח 3D.
  8. בחלון Xcapture, גודל האזור לב-ריאה של עניין (ROI) בלחיצת העכבר השמאלי על ידי גרירת ROI קצוות עם סמן העכבר, כך עקבות לב-ריאה גלויים לעין בתצוגת סנכרון. ודא כי ההחזר על ההשקעה מכסה את הסרעפת ואת חלק הפסגה של לב בכל עמדות gantry. סובב את gantry 90 ° כמתואר בשלב 3.6 לוודא כי Cardiעקבות o-הנשימה עדיין נראה בבירור.
    הערה: על מנת למנוע חשיפה מיותרת לקרינה מייננת, לצמצם את הזמן שבמהלכו עמדת החיה ו- ROI לב-ריאה מותאמת.
  9. לחץ על כפתור ה CT הסריקה לראות על החלון השליט בתוכנות כדי לאתחל את הרכישה. CT סריקת הודעת אישור יופיע. לחצו על כפתור ה YES לראות בהודעת האישור CT סריקה כדי לאשר. לחץ על המקש של לא להפיל את הסריקה. לאחר כפתור YES נלחץ, אינדיקציה ממריצה האדום רנטגן ממוקם על המכשיר יהיה מואר
    הערה: הסימן יהיה גלוי גם על ידי סמל מהבהב המתח של תיבת מצב המכשיר של חלון תוכנות השליטה. הסריקה תושלם 4.5 דקות. צינור רנטגן יהיה כבוי אוטומטי לבי ההוריה האדום רנטגן ממריץ ממוקם על המכשיר בלוח בקרה של חלון בקרת התוכנה יהיה עמום. התחזיות תמוינה אוטומטית ואת פרוגress יסומן על ידי הפסים ההתקדמות הירוקים שמופיעים על חלון GetSynchronizedRaw. סטי נפח המייצגים שלבים סוף-דיאסטולי והסוף-סיסטולי של מחזור לב ישוחזרו באופן אוטומטי תוך 2-3 דקות נוספות.
    הערה: כדי לבטל את הסריקה לחץ על לחצן עצירת החירום בלוח הבקרה של חלון הבקרה תוכנה או לדחוף את כפתור עצירת חירום מכני ממוקם בלוח הקדמי של המכשיר.
  10. שימו את הדעות transaxial, העטרה, ועל sagittal של שחזורים בתוכנה Viewer 2D. קח כמה שניות כדי לסקור את איכות התמונות רכשה. חפש את השלטים של תנועת בעלי חיים שיכולים להיגרם על ידי רמת הרדמה מספקת. במידת הצורך, לבצע שינויים מתאימים וחזור על הסריקה.
    הערה: אם המבנים בתמונה מוכפלות, לראות עם קצוות כפול, או לראות עם פסים, אז אלה הם הדברים הרגילים "דגלים אדומים" העשוי להצביע כי רמת הרדמה עלול להיות לקוי וכיהחיה עברה במהלך הסריקה. במקרים כאלה, רמת הרדמה צריך להיות מותאם והסריקה ראויה לעיין מחדש רכש.
  11. הסר את החיה מהסורק לאפשר התאוששות מלאה מן ההרדמה בהשגחה.
  12. רוכש סריקת microCT נוספת בשלב המטבולי של ספיגת ניגודיות (3 עד 6 שעות לאחר הזרקה לעומת זאת).
    הערה: עוד פרטים על ערכי שיפור שריר לב ממוצעים עבור C57Bl / 6 ועכברי BALB / ג פורסמו על ידי אל Detombe et ואשטון ואח 22,23..

4. ניתוח נתונים microCT

  1. טען את שני הקבצים סוף-דיאסטולי וסוף-סיסטולי VOX לתוך לנתח 12 תוכנה.
  2. פתח כל תמונה טעונה עם מודול סעיפים האלכסוניים ולבצע הרפורמציה תמונה קצרת צירית.
  3. על מנת לצמצם את זמן עיבוד תמונה לשקול חיתוך את התמונות באמצעות פונקציית נפח אזור משנה / כרית של מודול מחשבון תמונה. עבור אמצעי אחסון שניהם, לשמור S זההubRegion נמוך וגבוה X, Y, Z ממדים.
  4. צרף בשני כרכים ולפתוח עם מודול הערוך נפח. עבור ויזואליזציה טובה יותר של המבנים, להתאים את עוצמת תמונה במידת הצורך.
  5. בצעו פילוח קונטור endocardial. מלשונית חצי אוטומטי של מחלץ אובייקט בחר מודול ערוך נפח, לקבוע נקודת זרע לתוך החדר השמאלי (LV) ולהתאים את ערכי הסף, כך חלל החדר השמאלי מותווה מתוך שריר הלב. כדי לקבוע את ערך הסף, משתמשים באלגוריתמים thresholding אוטומטי או הערך מקסימום חצי רוחב מלא (FWHM) נקבע עם מודול קו בפרופיל.
    1. צייר גבול לאורך מטוס עלון המסתם המיטרלי למנוע באזור מתפשט אל אב העורקים, לחץ על כפתור Object חלץ כדי להשלים את הפילוח. שני כרכים סוף-דיאסטולי וסוף-סיסטולי יעובדו באופן אוטומטי. שם האזור (למשל חלל LV) ולשמור את מפת האובייקט לספריית הקובץ המתאימה.
  6. perfoפילוח קונטור rm epicardial. הוספת אובייקט חדשה ולבצע את הפילוח של משטח לב epicardial או באמצעות חצי אוטומטי או ידני וכלי פילוח של מודול עריכת נפח. ודא ששני הקווים מתארים סוף-דיאסטולי חזות הסיסטולי מזוהים כראוי. במידת הצורך, לבצע התאמה ידנית. תן שם האזורים (למשל LV שריר הלב) ולשמור את מפת האובייקט לספריית הקובץ המתאימה.
    הערה: תמונה סינון עם מודול מסננים מרחביים יכול להתבצע גם כדי לשפר את המהירות והאיכות של פילוחים.
  7. על מנת לחלץ מדידות נפח ממפות האובייקט (הציל) לפתוח את הנפח המצורף עם מודול האזור של העניין. ודא מפת התיקן נטענת, לפתוח את חלון אפשרות מדגם, להפוך את שני בטוחי חפצי LV חלל LV שריר לב נבחרים, ולחץ על כפתור תמונות לדוגמא. שמור את קובץ היומן.
  8. לניתוח האזורי של תפקוד חילוף החומרים לב, השתמש Di רדיאליכלי וידר של המחוז של מודול הריבית לחלק את הכרכים המפולחים יותר.

5. חישוב של העולמי פרמטרי לב אזוריים

  1. כדי לחשב את נפח הפעימה של חדר שמאל (LVSV), להפחית את נפח סוף-סיסטולי של חדר שמאל (LVESV) מהכרך סוף-דיאסטולי של חדר שמאל (LVEDV):
    LVSV = LVEDV - LVESV;
  2. כדי לחשב את מקטע הפליטה של ​​חדר שמאל (LVEF), לחלק את נפח הפעימה של חדר שמאל (LVSV) על פי היקף סוף-דיאסטולי של חדר שמאל (LVEDV) ולהתרבות על ידי 100%:
    LVEF = LVSV / LVEDV * 100%;
  3. כדי לחשב את תפוקת לב (CO), להכפיל את נפח הפעימה של חדר שמאל (LVSV) על ידי קצב הלב (HR):
    CO = * LVSV HR;
  4. כדי לחשב את מסת שריר הלב של חדר שמאל (LVMM), להפחית את נפח הקיר שריר הלב של חדר שמאל מחויב פני השטח endocardial (LVMV ENDO) מן ventr שמאלנפח הקיר שריר הלב icular מחויב פני השטח epicardial (LVMV EPI), ולהתרבות על ידי משקל סגולי של שריר הלב, 1.05 גר '/ ס"מ 3:
    LVMM = (LVMV EPI - LVMV ENDO) * 1.05;
  5. כדי לחשב את מדד מסת שריר לב של חדר שמאל (LVMMI), לחלק את מסת שריר הלב של חדר שמאל (LVMM) לפי משקל גוף העכבר (BW):
    LVMMI = LVMM / BW;
  6. כדי לחשב את אחוז גודל האוטם בשריר הלב של חדר שמאל (% LVMIS), לחלק את נפח החדר השמאלי של שריר הלב אוטם (LVMV MI) על פי היקף שריר הלב הכולל של חדר שמאל (LVMV TOTAL), ומכפילים ב -100%:
    % LVMIS = LVMV MI / LVMV TOTAL * 100%;
    הערה: LVMM, LVMMI, ו% חישובים LVMIS, השתמש מדידות נפח פְּנִים ו epicardial מן מערכי נתונים מקצה הדיאסטולי או סוף-סיסטולי המקביל. מדווח קצה סיסטולי סוף-di ממוצעיםמדדי astolic.
  7. כדי לחשב את תקינות תנועה קיר החדר השמאלי סגמנטלי (LVWM), להפחית את המגזרי עזב קוטר קיר סוף-סיסטולי חדרית (LVESWD) מן המגזרי עזב קוטר קיר סוף-דיאסטולי חדרית (LVEDWD):
    LVWM = LVEDWD - LVESWD;
    הצגת התוצאות כמו מפות קוטב היקפיות (מגרשי קוטב עין בולס).
  8. כדי לחשב את עיבוי קיר החדר השמאלי סגמנטלי (% LVWTh), להפחית את המגזרי עזב עובי דופן סוף-דיאסטולי חדרית (LVEDWTh) מן המגזרי עזב עובי דופן סוף-סיסטולי חדרית (LVESWTh), ומחלקים אותו המגזרי עזב קיר סוף-דיאסטולי חדרית עובי (LVEDWTh), ומכפילים ב -100%:
    =% LVWTh (LVESWTh - LVEDWTh) / LVEDWTh * 100%;
    הצגת התוצאות כמו מפות קוטב היקפיות (מגרשי קוטב עין בולס).
  9. כדי לחשב את מקטע הפליטה האזורית (% נ"צ), לחסר לריבוע-סיסטולי סוף החדר שמאלי מגזריקוטר קיר (LVESWD) מהכיכר של מגזרי עזב קוטר קיר הסוף-דיאסטולי חדרית (LVEDWD), לחלק לריבוע מגזרי עזב קוטר קיר הסוף-דיאסטולי חדרית (LVEDWD), ומכפילים ב -100%:
    נ"צ% = (LVEDWD 2 - LVESWD 2) / LVEDWD 2 * 100%;
    הצגת התוצאות כמו מפות קוטב היקפיות (מגרשי קוטב עין בולס).
  10. כדי להציג ספיגת זלוף והניגודיות שריר לב אזורית, להמיר את ערכי עצמה מתכוון לתוך מספרי CT (יחידות Hounsfield, HU). ההמרה הוא מערכי נתונים מהקצה הדיאסטולי וסוף-סיסטולי ידי rescaling אוויר נבחר מהאזור שנבחר מחוץ החיה - 1000 HU, ומי 0 HU באמצעות צינור רדיו-שקוף קטן מלא מים. הצגת התוצאות כמו מפות קוטב היקפיות (מגרשי קוטב עין בולס).

6. ניתוח סטטיסטי

  1. מייצג את כל נתוני תצוגת עלילת הקוטב כממוצע ± סטיית תקן (SD). להעריך את statהבדל istical באמצעות ניתוח חד סטרי השונה (ANOVA) או אחר טכניקה מתאימה.

Representative Results

MicroCT רכישה, תמונה שחזור, ו Image Quality Assessment.

ארבעה C57Bl / 6 עכברים, שלוש עם חסימת LAD קבועה דמה מופעלים אחד, התאושש בהצלחה מהניתוח והשלים את פרוטוקול ההדמיה שכלל חומר ניגוד יחיד ממשל בולוס תוך ורידים ושתי 4.5-דקות רכישות microCT לב-ריאה. קצב הלב הממוצע במהלך מחקרי microCT היה 385 ± 18 פעימות לדקה. סוף-דיאסטולי ושחזור בתמונה סופית-סיסטולי בשימוש gating מבוסס תמונה מהותי קניינים, שבו מוקדש נשימה וניטור לב התקנים כגון מוביל אק"ג חיישן פנאומטי נשימה לא היו נחוצים. בעקבות השחזור, איכות תמונה של שני מערכי נתונים מהקצה הדיאסטולי חזות הסיסטולי הייתה בתצוגה מקדימה באמצעות תוכנת צופת 2D. איכות התמונה נמצאה משביע רצון ולא היה צורך לביצוע רכישות דמות נוספת. לפיכך, כל הנתונים המדווחים נגזרו שתי סריקות לכל עכבר; בסריקה הראשונה לקחה 10 דקות לפרסם הזרקה בשלב ברכת דם של ניגוד והסריקה השנייה רכשה לאחר הזרקת 3-4 שעות במהלך שלב ספיגת המטבולית של הניגוד. דם-ברכת נציג קצר ציריים סוף-דיאסטולי והסוף-סיסטולי בחיתוכים של לב עכבר עם אוטם שריר לב (איור 1) ושל לב עכבר ללא אוטם שריר לב (איור 2) הפגין תיחום חלל חדר שמאל מעולה עם מעט רעשי רקע , המאפשר הערכה אנטומיים ותפקודית מדויקת. התחומים בניגוד דִבלוּל המתאימים אוטם שריר לב הוגדרו היטב על תמונות קצרות ציריות של לב העכבר נתון קשירת העורקים כלילית LAD (איור 1), אך לא את חית דמה פעולה (איור 2).

ether.within-page = "1"> הערכה כמותית של תפקוד השמאל חדרית.

סף מבוסס בפילוחי 3D בוצעו בשני כרכים סוף-דיאסטולי והסוף-סיסטולי לקבוע נפח סוף-דיאסטולי של חדר שמאל (LVEDV) ונפח הסוף-סיסטולי של חדר שמאל (LVESV) כל חיה. נפח חדרית שבץ שמאל (LVSV), משמאל מקטע פליטה חדרית (LVEF), ותפוקת לב (CO) חושבו מתוך LVEDV ו LVESV פי הנוסחות בסעיף 5. תוצאות נפח מדידות תפקודיות העולמיות מסוכמים בטבלת 1 שלוש. שעות לאחר הקשירה, את המנורמל עבור משקל גוף החיה אומר LVEDV לא היה שונה בין קבוצת אוטם שריר לב ואת החיה מופעלת הדמה (2.8 ± 0.23 לעומת 2.3). עם זאת, את משקל הגוף מנורמל מתכוון LVESV היה גבוה יותר בקבוצת אוטם שריר הלב (2.1 ± 0.31 לעומת 0.92). תוֹאֵםly, ממוצע LVEF ותפוקת הלב (CO) בעכברים עם חסימה בעורק LAD כלילית היו נמוכים יותר כשמשווים את העכבר המופעל דמה (23.1% ± 7.1% לעומת 60.5%, ו 0.26 מ"ל ± 0.08 מ"ל לעומת 0.55 מ"ל בהתאמה ).

הערכה כמותית של Mass שריר הלב LV גודל אוטם.

שניהם מסת שריר הלב של חדר שמאל (LVMM) ומדד מסת שריר לב של חדר שמאל (LVMMI) נקבעו בהתבסס על epicardial ו בפילוחי endocardial כולל שרירי papillary ואת trabeculae. סוף-דיאסטולי וסוף-סיסטולי שני שחזורים עובדו וערכי הן קבוצת אוטם שריר הלב ואת חיה המופעל באמצעות אחיזת עיניים מסוכמים בטבלה 1. כרכים אוטם שריר הלב נקבעו בהתבסס על דִבלוּל בניגוד באמצעות volumetry 3D מבוססי הסף. כפי שניתן לראות בטבלה 1, שלוש שעות לאחר LAD קורונהר"י קשירת עורק באזורים בסיכון (AAR) עכבר 1, 2, ו -3 היו 22.4%, 13.3%, ו -15.8% של LVMM בהתאמה.

שריר הלב זלוף הדמיה (MPI).

נציג סוף-דיאסטולי ומציג העלילה הקוטב ההיקפי-סיסטולי סוף (בולס מגרשים קוטב Eye) של זלוף שריר הלב עכבר עם אוטם שריר הלב (עכבר 1) ועכבר ללא אוטם שריר הלב (עכבר 4) מוצגים איורים 3 ו -4. התמונות עשויות לשמש ליצירת החלקות נרכשו 10 דקות לאחר מתן חומר הניגוד ו -3 שעות לאחר קשירת LAD. סוף-דיאסטולי וערכי homosegmental סוף-סיסטולי מתקבל החיה אותו לא היו שונים. עם זאת, hypoenhancement נצפתה באמצע קדמי, באמצע inferolateral, אמצע anterolateral, קדמי פסגה, ומגזרי לרוחב פסגה של עכבר עם שריר לבfarction, ליקויי מפגיני זרימת דם הכליליים נגרמים על ידי חסימה בעורק LAD (איור 3). אין ליקוי כזה יכול להיבחן בלב החיה דמה המופעל (איור 4).

כדאיות שריר לב ומטבוליזם.

נציג סוף-דיאסטולי ומציג העלילה הקוטב ההיקפי-סיסטולי סוף (בולס מגרשים קוטב Eye) של ספיגת מטבולית שריר הלב עכבר עם אוטם שריר הלב (עכבר 1) ועכבר ללא אוטם שריר הלב (עכבר 4) מוצגים איורים 7 ו -8. התמונות עשויות לשמש ליצירת החלקות נרכשו 3-4 שעות לאחר מתן ניגודיות 5-6 שעות לאחר קשירת LAD. ספיגת בניגוד שריר הלב שונה יכול להיות גם ציין חזותית בחיתוכים קצר צירית של הלב העכבר כי עברו חסימה של העורקים הכליליים LAD ( (איור 6). סוף-דיאסטולי וסוף-סיסטולי בערכים הומו-סגמנטלי המתקבל החיה אותו לא היו שונים. מגרשי הקוטב ההיקפיים הראו ליקויים ספציפי קטע (איור 7) עם דפוס דומה לאלה שהופיעו במפות זלוף שריר הלב (איור 2). אין פגמים ספיגים בניגוד נראו על מגרשי קוטב ההיקפיים של עכבר הדמה המופעל (איור 8).

הערכה כמותית של תפקוד אזורי LV.

איכות התמונה הייתה משביעת רצון לבצע הערכה חזותית של תנועת חדר שמאלית והתעבות מ שחזורים סוף-דיאסטולי והסוף-סיסטולי בכל העכברים צלמו. הצעת קיר LV, עיבוי מקטע פליטה האזורית הניקוד עבור כל קטע של עכבר עם ובלי שלי אוטם ocardial ניתן איור 9 ו איור 10. כצפוי, קשירת העורקים כלילית LAD הביאה לירידה ניכרת של מדדים תפקודיים האזוריים LV (איור 9), בעוד אין כל ההשפעה נצפתה העכבר מופעל הדמה (איור 10).

איור 1
איור 1. הסוף-דיאסטולי (א) נציג-ברכת דם קצרת צירי-סיסטולי סוף (B) בחתכים של לב עכבר עם אוטם שריר לב (עכבר 1). תמונות נרכשו 3 שעות לאחר חסימה בעורק LAD כלילית ו -10 דקות לאחר מתן הניגוד. הניגוד השלילי שצוין על ידי חצים צהובים בשל חוסר opacification בניגוד באזור האוטם.

/53603/53603fig2.jpg "/>
איור 2. קצה הדיאסטולי (א) נציג-ברכת דם קצרת צירי-סיסטולי סוף (B) בחתכים של לב עכבר ללא אוטם שריר לב (עכבר 4). תמונות נרכשתי 3 שעות לאחר פעולת דמה ו -10 דקות לאחר מתן ניגוד. ניגודיות opacification נוכחת באופן אחיד בכל פרוסות שריר הלב.

איור 3
איור 3. נציגים סוף-דיאסטולי ומציג עלילת קוטב היקפי-סיסטולי סוף (בולס מגרשי קוטב Eye) של זלוף שריר לב עכבר עם אוטם שריר לב (עכבר 1). (א) החדר שמאלי מחולק הבזליים, באמצע חלל, מנות קצרות ציריות פסגה פי מודל 17-קטע AHA 25. זלוף שונה נראה בבירור באמצע הקדמי, באמצע inferolateral, באמצעהקדמי anterolateral, הפסגה, ומגזרי לרוחב הפסגה. הערכים המוצגים מייצגים את המגזרי אומר ביחידות Hounsfield ± סטיית התקן. (ב) מפות זלוף שריר לב מוצגות ללא חלוקה ל -17 מקטעים. במרכז העלילה המתאים חוד הלב (קטע 17) אינו מוצג.

איור 4
איור 4. נציגים סוף-דיאסטולי ומציג עלילת קוטב היקפי-סיסטולי סוף (בולס מגרשי קוטב Eye) של זלוף שריר לב עכבר ללא אוטם שריר לב (עכבר 4). (א) החדר שמאלי מחולק הבזליים, באמצע חלל, מנות קצרות ציריות פסגה פי מודל 17-קטע AHA 25. זלוף דומה קיים בכל המגזרים. הערכים המוצגים מייצגים את המגזרי אומר ביחידות Hounsfield ± סטיית התקן. (Bמפות שריר לב זלוף) מוצגות ללא חלוקה ל -17 מקטעים. במרכז העלילה המתאים חוד הלב (קטע 17) אינו מוצג.

איור 5
איור 5. ספיגת נציג מטבולית קצר צירי סוף-דיאסטולי (א) והסוף-סיסטולי (B) בחתכים של לב עכבר עם אוטם שריר לב (עכבר 1). תמונות נרכשו 6-7 שעות לאחר חסימה בעורק LAD כלילית 3-4 שעות לאחר מתן הניגוד. הניגוד השלילי שצוין על ידי חצים לבנים הוא בשל חוסר ספיגה מטבולים בניגוד באזור האוטם.

איור 6
איור 6. מטבולית נציג ספיג קצר צירי סוף-דיאסטולי ( (B) בחתכים של לב עכבר ללא אוטם שריר לב (עכבר 4). תמונות נרכשתי 6-7 שעות לאחר פעולת זיוף ו 3-4 שעות לאחר מתן ניגוד. ספיגת מטבולית שריר לב של ניגוד נוכחת באופן אחיד בכל הפרוסות.

איור 7
איור 7. נציגים סוף-דיאסטולי והסוף-סיסטולי מציג עלילת קוטב היקפית (בולס עין מגרשים קוטביים) של ספיגת מטבולית שריר לב עכבר עם אוטם שריר לב. (א) החדר שמאלי מחולק הבזליים, באמצע החלל, פסגה קצרה חלקי -axial פי מודל 17-קטע AHA 25. ספיגת מטבוליים שונים נראה בבירור באמצע anterolateral, הקדמי הפסגה, הפסגה נחות, ומגזרי לרוחב הפסגה. ערכים מוצגים מייצגים את האמצעי המגזרי ב Hounsfield חדts ± סטיית התקן. (ב) מפות ספיגות מטבולית שריר לב מוצגות ללא חלוקה ל -17 מקטעים. במרכז העלילה המתאים חוד הלב (קטע 17) אינו מוצג.

איור 8
איור 8. נציגים סוף-דיאסטולי והסוף-סיסטולי מציג עלילת קוטב היקפית (בולס עין מגרשים קוטביים) של ספיגת מטבולית שריר לב עכבר ללא אוטם שריר לב. (א) החדר שמאלי מחולק הבזליים, באמצע החלל, פסגה קצרה חלקי -axial פי מודל 17-קטע AHA 25. ספיגת מטבוליים שונים נראה בבירור באמצע anterolateral, הקדמי הפסגה, הפסגה נחות, ומגזרי לרוחב הפסגה. הערכים המוצגים מייצגים את המגזרי אומר ביחידות Hounsfield ± סטיית התקן. (ב) metaboli שריר הלבמפות ספיגות ג מוצגות ללא חלוקה ל -17 מקטעים. במרכז העלילה המתאים חוד הלב (קטע 17) אינו מוצג.

איור 9
איור 9. תנועת נציג שריר לב קיר (מ"מ), עיבוי קיר (%), ואת מקטע פליטה אזורית (%) מציג עלילת קוטב היקפית (בולס מגרשי קוטב Eye) של עכבר עם אוטם שריר לב. (א) החדר השמאלי חולק הבזליים, באמצע החלל, וכן חלקים קצרים צירי פסגה פי מודל 17-קטע AHA 25. הנוכחות של hypokinetic, akinetic, ואזורים dyskinetic באמצע חלל חלקים הפסגה לציין פגם לבבי נרחב. (ב) מפות מדידת שריר לב האזוריות מוצגות ללא חלוקה ל -17 מקטעים. במרכז העלילה המתאים חוד הלב (קטע 17) הואלא מוצג.

איור 10
איור 10. תנועת נציג שריר לב קיר (מ"מ), עיבוי קיר (%), ואת מקטע פליטה אזורית (%) מציג עלילת קוטב היקפית (בולס מגרשי קוטב Eye) של עכבר ללא אוטם שריר לב. (א) החדר השמאלי חולק הבזליים, באמצע החלל, וכן חלקים קצרים צירי פסגה פי מודל 17-קטע AHA 25. אין חריגות לכאורה מזוהות. (ב) מפות מדידת שריר לב האזוריות מוצגות ללא חלוקה ל -17 מקטעים. במרכז העלילה המתאים חוד הלב (קטע 17) אינו מוצג.

שולחן 1
טבלת 1. כרכים חדרית שמאל MEAs מדדים תפקודיים העולמי. ured בשלושה עכברים 3 שעות לאחר חסימה כלילית עורק LAD וב עכבר דמה המופעל * BPM, פעימות לדקה; LVEDV, עזב נפח סוף-דיאסטולי חדרית; LVESV, עזב נפח סוף-סיסטולי חדרית; LVSV, נפח הפעימה של חדר שמאל; LVEF, עזב חדרית מקטע הפליטה; CO, תפוקת לב; LVMV TOTAL, נפח שריר הלב השמאלי הכולל חדרית; LVMM, חדר שמאל מסת שריר לב; LVMMI, חדר שמאל מדד מסת שריר הלב; LVMV MI, חדר שמאל נפח אוטם שריר הלב; % LVMIS, גודל האוטם בשריר הלב של חדר שמאל%.

Discussion

במהלך השנים האחרונות microCT הפכה מחקרי אפנות רבים נחשבים לאפיון של מבנה לב ותפקודו בחיות קטנות 26-29,30. עם זאת, המכשור המשמש ביצירה המוקדמת או נבנה בהתאמה אישית או כבר לא זמין מסחרי. ככזה, המחקר נועד לספק פרוטוקול פשוט ומקיף עבור השימוש במערכת microCT במהירות גבוהה עם gating לב-ריאה מהותי לקבוע פונקציה הגלובלית ואזורי לב יחד עם זלוף שריר לב ואת הכדאיות בחיות קטנות כמודלים של לב אנושי מַחֲלָה.

אחת הדרישות החשובות ביותר ללימוד מבנה הלב ותפקודו היא היכולת של סורק לתת דין וחשבון על תנועות הלב פיזיולוגיים. לשם כך, א.ק.ג. מבוסס טכניקות gating פוטנציאליות רטרוספקטיבי ניתן להשתמש. עם זאת, צופה פני עתיד (שלב ו לירות) gating מסתמך על מרווח מוגדר מראש של מחזור הלב, לבחינהple במהלך דיאסטולה, כאשר תנועת הלב היא לפחות. עם גישה זו רק תמונה אחת לכל מחזור לב מתקבלת ורק בשלב אחד של מחזור לב ניתן לשחזר. ככזה, בנוסף להיות זמן רב כדי לייצר, שחזורים מגודרים באופן פרוספקטיבי לייצר מערך נתונים אחד בלבד, הוא משולל מידע פונקציונלי. gating רטרוספקטיבה, ומצד שני, מאפשר שחזור של מערכי נתונים מרובים בו כל מנה של מחזור לב, ובכך מאפשר אנליזה פונקציונלית של חדר שמאלי הגלובלית ואזורית.

העבודה הנוכחית מועסקים שחזורים קרדיו עם gating רטרוספקטיבי מהותי. Gating רטרוספקטיבי פנימי עושה שימוש בתוכנה מבוססת תמונת קניינית לשחזר סוף-דיאסטולי וסוף-סיסטולי שלבי לב ללא צורך נשימה ייעודית והתקני ניטור לב 29,31,32. הסכם מצוין של רטרוספקטיבה וחיצוני המהותי א.ק.ג. תלוי gating רטרוספקטיבי עבור studyiתפקוד הלב ng בעכברים וחולדות הודגם על ידי דינקל et al. 29. במהלך העבודה נוכחית, gating רטרוספקטיבי המהותי לא רק משמעותי למזער את הזמן הדרוש כדי להגדיר את הסריקה, אלא הוא גם מנע את תלות חומרת ניטור, כגון מוביל אק"ג חיישן פנאומטי נשימה, כמו גם מיומנויות מפעיל נוסף שצריך להגדיר אותו.

בעקבות שחזור, איכות התמונה של שני מערכי נתונים מקצה הדיאסטולי חזות הסיסטולי נמצאה משביע רצון עבור ניתוח לב. במהלך הבדיקה של התמונות, תשומת לב מיוחדת הוקדשה ממצא תנועה שעלולה להתרחש במהלך רמה מספקת של הרדמה, פסים חפצים שיכול לקרות כתוצאת תחזיות חסרות בחיות עם קצב נשימה גבוהה, חפצים נמוכים הנחתה אשר נגרמים בדרך כלל על ידי מבנים גרמיים יכול לחקות פגמים זלוף, וממצאי טבעת שיכול לנבוע כיול mis או כישלון של ele גלאי אחד או יותרמפעלים.

היכולת של microCT לייצר מידע מבני ותפקודי לב הוא גם תלויה בזמינות של חומר ניגוד תוך-המתאים. רוב כרגע זמינים מסחרי ניגודי microCT אפשר לחלק באופן כללי לתוך מקרופאג הלא מטבולית החלקיקים ספציפי polydisperse ניגודים מטבולית מבוסס יוד 23,33-36. למרות סוכני חלקיקים להציע opacification רנטגן יותר בשל המספר האטומי הגבוה שלהם (בריום, Z = 56; וזהב, Z = 79), הם לא יכולים לשמש לצורך ההערכה מטבולית. יתר על כן, סוכנים אלה נתפסים מזיקים לאורגניזם והוציאו ידי מקרופאגים הכבדים (התאים Kupffer), תאי ההדחה של מערכת reticuloendothelial (RES). בגלל האופי שלהם שאינם מטבולית, סוכנים אלה לגרום שינויים במקביל מיקרו הכבד עם נזק כבד 37.

ניגודים מטבולית מבוססי יוד, מצד שני, הם לא targeטד להסרת RES ספציפי, ולכן צריך להציע פרופיל בטיחות טוב יותר ולהימנע רעילות בכבד. בנוסף לפרופיל הבטיחות הטוב יותר שלהם, הניגודים אלה נתפסים על ידי רקמות פעילות מבחינה מטבולית, ולכן יכולים לשמש להערכה כדאית 22,23. לשם כך, חומר ניגוד עם יוד נבחרה למחקר הנוכחי. הניגוד היה מנוהל במינון של 5 או 10 μl לגרם של משקל גוף חי כמו הזרקה תוך ורידית בולוס היחיד. למרות המינונים הן הניבו תוצאות שיפור משביע רצון, עלייה תלויה-מינון שמאל-חדרית ורמות שריר לב של ניגוד נצפתה כאשר 10 μl / g של ניגוד שהוזרקו. מעניין, עם המינון גבוה יותר, משך ברכת דם היה ממושך והפסגה ספיג בניגוד שריר לב התעכבה. חיה אחת (עכבר 1) הייתה במעקב במשך 10 שבועות לאחר הניתוח ובמהלך תקופה זו הוא צלם כל שבוע שני. מניסיון, ללא תופעות לוואי הקשורות הניגוד (סה"כ 5 בjections) או קשור לחשיפה רנטגן (בסך הכל 10 סריקות microCT) נצפה העכבר הזה בתקופת הניטור. אחת מתופעות הלוואי הנפוצות ביותר שדווחו החשיפה יוד לטווח ארוך היא הפרעה בבלוטת התריס אשר לא נצפתה macroscopically על בדיקות שלאחר המוות. מנהיים et al. רמות תירוקסין למדו לאחר 3 ממשלים בניגוד רצופים לא מצאו הבדל כאשר הרמות הושוו לקבוצת ביקורת 37. עם השימוש של אותו מערכי הנתונים microCT, ללא סימני פיברוזיס ריאתי מושרה קרינה אותרו חיה הזאת (מידע לא מוצג), העומד על ביטחונם של הליך.

הערכת תפקוד לב חדרית הגלובלי והאזורי נחשבת הקובע החזק של ביצועי לב וחשוב מבחינת הפרוגנוזה והבחירה של התערבות טיפולית 38,39. המדדים הפונקציונליים שמאל העולמיים חדרית כוללים חדר שמאל נפח סוף-דיאסטולי (LVEDV), נפח סוף-סיסטולי של חדר שמאל (LVESV), נפח הפעימה של החדר השמאלי (LVSV), מקטע פליטה של ​​חדר שמאל (LVEF), ותפוקת הלב (CO). המחקרים קודמים microCT אשרו כי ההערכה כמותית של תפקוד לב העולמי אינה ריאלית במודלי מחלה בעכברי לב וכלי דם וכי הירידה משמעותית בתפקוד לב העולמי מתרחשת זמן קצר לאחר החסימה בעורק LAD. ממצאים אלה עולים בקנה אחד עם דיווחים קודמים כי ירידה ניכרת LVSV, LVEF, ו- CO התרחשה כבר ביום 1 לאחר חסימה 29,40-43. ראוי לציין להזכיר כי ביצוע תפקוד לב תלוי בסוג ומידת ההרדמה, ובכך עבור מדידות מדויקות את קצב לב בזמן רכישת התמונה צריכה להישמר כפי פיסיולוגי כמו 44 אפשריים.

הערכה כמותית של מסת שריר לב החדר שמאלי (LVMM) חשובה להערכה של היפרטרופיה של החדר השמאלי והתנהלה בעיקר באמצעות MRאני 11,43,45,46. LVMM מתוקן לעתים קרובות עבור משקל גוף ומוצג אינדקס מסת שריר לב חדר שמאלי (LVMMI) כדי לאפשר נורמליזציה של משקל לב בקרב עכברים לגיל ולמצב habitus השונים. הערכה מדויקת של פרמטרים אלה חשוב, כמו עכברים שסבלו מאוטם שריר הלב לפתח 47 LV היפרטרופיה משמעותית. הערכת LVMM, LVMMI, וגיאומטריה LV חשוב גם לאבחון של היפרטרופיה לב דיספלזיה 11. ככזה, קביעת פרמטרים אלה יהיו גם מועיל להבחין במצבים כגון היפרטרופיה קונצנטריים, היפרטרופיה אקסצנטרי, או שיפוץ קונצנטריים. בעבודה נוכחית, הוא LVMM וערכי LVMMI נקבעו בעכברים נתונים LAD קשירת עורק החיה מופעל באמצעות אחיזת העיניים. בהמשך לכך, בגודל של אוטם שריר הלב זוהה והשתמש לחשב את אחוז גודל האוטם. אמנם במהלך הניתוח המייתר אל עורק LAD כלילית היה ApplIED באותה רמה, את אוטמים שנוצר חסימה עם השתנות כמה: 13.3%, 15.8%, ו 22.4% (טבלה 1). אחד ההסברים האפשריים השתנות זו עשויה לנבוע מהבדלים האנטומיה של העורקים הכליליים ואת אספקת הדם הטריטוריאליים שלהם בין החיות, וזאת בהסכמה עם דיווחים קודמים 48. הדרך הנפוצה ביותר של הערכת גודל האוטם במודל של עכברים של אוטם שריר הלב הוא על ידי כלוריד vivo לשעבר triphenyl tetrazolium (TTC) מכתים, הטכניקה כי לא תאפשר ניטור האורך של המחלה החיה אותו. בהקשר של עבודה קודמת של אשטון et al. 22 ושל נוכחי, ראוי לציין כי microCT בשיתוף עם חומר ניגוד עם יוד יכול לספק אלטרנטיבה ושיטה שאינה הרסנית של קביעת גודל אוטם longitudinally.

יתרון נוסף של טכניקת microCT טמון בקביעה מאוד מדויקת של איסכמיה האזורי. like בבני אדם העורק הכלילי השמאלי של פיצולים העכבר לתוך עורק יורד (LAD) וסניף במחיצה (LCX). עם זאת, בעכברים, האנטומיה של braches צדי LAD ו LCX שונה באופן משמעותי בין בעלי חיים 48. braches הגדול של LCX לפעמים מקרוב מקבילי LAD ומאז העורקים הכליליים של עכברים הם תוך-לבביים ולכן אינם גלוי, פלטות צד של LCX הן לעתים בטעות אך בלתי נמנע כלולי החסימה כלילית במהלך הליך העכבר אוטם. ככזה, מפת הקוטב circumferentional המתקבל לאחר microCT יכול לשמש כדי לקבוע בדיוק אילו העורקים הכליליים היו האפילו, מאז ספיגת זלוף והניגודיות במגזרים 2, 3, 8 ו -9 מושפעים LCX בעוד סקטורים 7, 10, 11, 12 13,, 15, 16 ו -17 מסופקים על ידי LAD. לפיכך, מפת הקוטב הוא תועלת רבה עבור קביעה מדויקת של עורקים המוסתרים ובהתאם מסייע חשוב בפרשנות הנכונה של שפעות myocaאוטם rdial של תפקוד לב התקדמות מחלה.

מודל העכבר האוטם שריר לב בשימוש מאוד מחק את המצב הקליני בבני האדם שבו הכליליים הופכים האפיל פתאום כתוצאת קרע פלאק אקוטי הוא ככזה תועלת רב ללמוד את התפתחות המחלה של לב אוטם 49. בעוד בטיפול במדינות מערביות מפותחות של חולים הסובלים מאוטם שריר הלב המכוונים להשבת סחרור במהירות של כלי כלילית, בהזדמנויות רבות, במיוחד במדינות פחות מפותחות מבחינה כלכלית שבו שכיחות אוטם שריר הלב גדל במהירות, על חסימת לא ניתן annulated ב זמן 1,50. זה גורם ב אוטמים חדרית גדול כי לרוב יוביל לאי ספיקת לב כרונית הם נטל עצום על בריאות הציבור. כתוצאה מכך, שיטות אבחון אורך לא פולשנית באמצעות מודל אוטם שריר לב עם OCC עורק כלילי קבעlusion ו אוטם חדרית גדולים הם בעלי חשיבות רבה לפתח אסטרטגיות חדשות נגד מחלה זו.

הדמית שריר לב זלוף CT היא טכניקה המתפתח במהירות מאפשרת הערכה כמותית של מומי זרימת דם אזוריים כליליים והשפענו על תפקוד כדאיות לב. חדשים יותר במחקרים בבעלי חיים קטנים הקטינו את הפער בין microCT ו- SPECT, באופנות של בחירה להערכה זלוף כדאית 22. במטרה להעריך את מידת הפגיעה זרימת הדם האזורית נגרמת על ידי חסימה של העורקים הכליליים LAD, הנתונים microCT הוערכו גם למידע זלוף שריר הלב. עורק LAD ligated ידוע לספק אספקת הדם אל הקיר בחינם, חלק מחצה, ובאזור הקודקוד של החדר השמאלי. פגמי זלוף שריר לב (אזורי hypoenhanced) של עכבר 1 מוצגים בתוך קוטב מערכה קואורדינטות וברורה באמצע קדמי, באמצע inferolateral, אמצע anterolateral, פסגהקדמי, ומגזרי לרוחב פסגה, הממצאים עולים בקנה אחד עם אותה ההתפלגות הכליליים (איור 3). לא נמצא הבדל בין פגמים זלוף נגזר סוף דיאסטולי ותמונות-סיסטולי סוף נמצאה homosegments. סוף-דיאסטולי והסוף-סיסטולי מציג מפת קוטב זלוף שריר הלב של חית דמה מופעלים מוצגים באיור 4. הבדלים קלים בזרימת דם בשריר לב בין מגזרים של חית השליטה אינם משמעותיים בשני ייצוגים סוף-דיאסטולי חזות הסיסטולי . מעניין, בתחומי hypoenhancement ניתן לראות ויזואלית על תמונות קצרות ציריות חתך (איור 1) וניתן לכמת בקלות כפי שמוצג באיור 3. זה לא היה אפשרי במחקר ידי Befeda et al. ויכול להיות מוסבר על ידי רעש גדול של מכשיר microCT בשימוש 22. על מנת להבחין חזותי, הבדלי האות חייבים להיות לפחות שלושה עד חמש פעמים יותרמאשר רעש (סטיית התקן) בתמונה 51. רעש נמוך של microCT השתמש במחקר זה מותר זיהוי של הבדל אות קטן בין שריר לב הפגום perfused בדרך כלל (127HU ± 23HU לעומת 217HU ± 29HU), המאפשר הערכה מוצלחת של פגמי דפוס זלוף שריר לב.

אחד היתרונות העיקריים של שימוש חומר ניגוד עם יוד היא היכולת להעריך כדאיות ומטבוליזם שריר הלב עקב שיפור שריר הלב הקשורים הניגוד. למיטב ידיעתנו, היכולת של בניגוד לשפר שריר הלב תוארה לראשונה על ידי Detombe et al. 23 והשימוש הראשון שלה הדמיה אוטם שריר הלב נמסר על ידי אשטון et al. 22. למרות שהקבוצה עולה כי שריר הלב perfused בעכברים עם אוטם שריר הלב הראו שיפור דומה הבקרות, וכי שריר הלב אוטם לא הראו שיפור, הערכה כמותית של דואר שריר הלב המגזריnhancement לא דווח. כדי להמשיך לחקור האם שיפור שריר הלב ניתן להעריך כמותית, כל העכברים היו reimaged שימוש באותו פרוטוקול הדמיה 3 - 4 שעות לאחר מתן לעומת זאת, כאשר ביחס שיפור שריר הלב כדי חלל היה מקסימלי.

פגמים ספיגים בניגוד שריר לב נצפו חזותיים על קצרים ציריים סוף-דיאסטולי וסוף-סיסטולי תמונות חתך של לב עכבר עם אוטם שריר לב (איור 5), אך לא את החיה מופעלת הדמה (האיור 6). ספיגת שריר לב היה להעריך כמותית בכל מגזר לבבי משני השחזורים סוף-דיאסטולי והסוף-סיסטולי ומוצגת קואורדינטות קוטביות (איור 7 ו -8). סוף-דיאסטולי וערכי homosegmental סוף-סיסטולי מתקבל החיה אותו לא היו שונים. עם זאת, חלקות קוטב ההיקפיות הראו ליקויים ספציפי קטע (Figurדואר 7) עם דפוסים דומים לאלו שהופיעו במפות זלוף שריר הלב (איור 2). אין פגמים ספיגים בניגוד נראו על מגרשי קוטב ההיקפיים של עכבר הדמה המופעל (איור 8). הנתונים הספיגים שריר הלב היו באיכות מספק לביצוע אנליזה פונקציונלית עולמית הערכה כמותית של מסת LV שריר לב וגודל אוטם (לא מוצג). אמנם לא רלוונטי למודל המשמש כיום עם חסימה בעורק קבעה LAD כלילית, אנו מאמינים כי מיצוי שריר לב בניגוד יכול להיות קשור לא רק שינויים בזרימת דם אזורי שריר לב, אלא גם למעמד של cardiomyocytes (למשל מצולק, מום שריר לב החורף) . כדי לבחון השערה זו, לעבוד בעתיד יעסיק את המודל עם איסכמיה ו reperfusion שריר הלב זמני.

התכווצות פעילות של תוצאות שריר לב בתנועת קיר שריר לב עיבוי המשמשים סמנים חשובים כמו של f הסיסטולימשיחת כדאיות שריר לב. הערכת תנועת קיר אזורית, עיבוי, ואת מקטע פליטה עוזרת להבחין בתנועת קיר סיסטולי פסיבית מהתכווצות שריר לב פעילה. על מנת לאפשר כימות סטנדרטית של ההיקף וחומרת הנגע, תנועת קיר, עיבוי קיר, מקטע הפליטה אזורית ממופות נפוצות למפות קוטב. חריגות של תנועת קיר חדר אזורית מצויים סמנים חשובים של איסכמיה לבבית שרוב מוערכות בדרך כלל על ידי 52 MRI. הצעת קיר LV, עיבוי מקטע פליטה האזורית הניקוד עבור כל קטע של עכבר עם ובלי אוטם שריר לב מוצג באיור 9 ואיור 10. כצפוי, קשירת עורק LAD כלילית הביאה לירידה ניכרת של מדדים תפקודיים האזוריים LV ( איור 9), בעוד אין כל ההשפעה נצפה עכבר הדמה המופעל (איור 10). תוצאות אלו עולות הקונקורדנציה עםשדווח בעבר נתונים.

לסיכום, עבודה זו הוכיחה את השימוש המוצלח הראשונה של מערכת microCT מהירה לקביעה מקיפה של פרמטרים פונקציונליים הגלובליים והאזוריים שריר לב יחד עם הערכה של זלוף שריר לב כדאי בריאים במודל של עכברים של אוטם שריר לב. עבודה זו ניתן להאריך עוד יותר לקראת אפיון של מודלים אחרים של מחלות לב וכלי דם, המאפשרת הערכה מדויקת ולא הרסני של שינויים פונקציונליים pathophysiological לב, ועל הערכה של אסטרטגיות מניעה הטיפוליות חדשניות.

Disclosures

ED ואן דאן, RR, JE מצהירים כי אין להם שום אינטרסים כלכליים מתחרים. SB הוא עובד בתשלום של PerkinElmer, המייצרת את מכשירי הדמיה. עלויות פרסום עבור במאמר זה וידאו זה שולמו על ידי PerkinElmer.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי Stichting Lijf en לוון, פרויקט מתרחבים לעומת stenosing מחלת עורקים.

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