In vivo kwantitatieve beoordeling van myocard structuur, functie, perfusie en levensvatbaarheid Met behulp van Cardiac Micro-computertomografie

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

Ischemische hartziekte (IHD) blijft de enige grootste oorzaak van morbiditeit en mortaliteit voor mannen en vrouwen wereldwijd 1 zijn. Door complexiteit en onderlinge relaties die bestaan ​​tussen de organen en systemen op organismaal niveau, het gebruik van het gehele dier als een model van IHD relevant niet alleen voor een beter begrip van de ziekte pathofysiologie blijft, maar ook toelaat evaluatie van nieuwe preventieve en therapeutische strategieën . Muismodellen name hebben bijgedragen tot de kennis van ontwikkeling van het hart, pathogenese van myocardiale infarct, myocardiale hypertrofie, myocarditis en aneurysmatische letsels 2-7. De parameters die de prestaties van hart te bepalen en zijn nuttig in termen van de prognose en de keuze van therapeutische interventie zijn cardiale massa en geometrie, globale en regionale functie, ruimtelijke verdeling van het myocard bloedstroom en myocard levensvatbaarheid.

De meeste van traditional experimentele methoden in muismodellen van hartziekten omvatten invasieve metingen die uren nodig voor de voltooiing, waardoor het dier kan niet worden gebruikt voor herhaalde metingen of methode vereist dier offeren 8-12. Bijvoorbeeld, regionale myocardiale perfusie meten, radioactief of fluorescent gelabelde microsferen worden gebruikt wanneer radioactieve telling of fluorescentiesignalen gedetecteerd op een fysisch ontleed hart of in situ 13,14.

Evenzo wordt de evaluatie van infarctgrootte in diermodellen van myocardiale infarct meestal uitgevoerd door trifenyltetrazoliumchloride (TTC) kleuring en om het tijdsverloop van infarct evolutie en het effect van therapeutische interventies bepalen, deze techniek vereist dat de dieren moeten worden opgeofferd voor het hart histopathologisch onderzoek op verschillende tijdstippen 15. Als zodanig, niet-destructief en humane technieken die het mogelijk maken quantitative en longitudinale analyse van cardiale morfologie, functie, het metabolisme en de levensvatbaarheid van het allergrootste belang. Hierbij preklinische beeldvorming van groot belang. Onder de huidige beschikbare beeldvormingsmodaliteiten magnetic resonance imaging (MRI) en echocardiografie zijn de meest gebruikte 16,17,18.

Echter, en ondanks het feit dat MRI wordt beschouwd als de modaliteit van referentie zowel klinisch en preklinisch werk, de hoge kosten voor speciale dierenverblijf MRI systemen verkrijgen en behouden, evenals de complexiteit van deze technologie voor niet-gevorderde gebruikers te bedienen zorg MRI onbetaalbaar voor routinematig gebruik. Met betrekking tot echocardiografie, bestaan ​​er significante nadelen voor de manier waarop hartfunctie gemeten. De door meest echocardiografische onderzoeken gegevens tweedimensionaal, en om volumes leiden, moeten geometrische aannames 19. Bovendien, slechte intra- en inter-observer reproducibility is een belangrijke beperking van deze techniek. Radio-isotoop beeldvorming met SPECT-scan (SPECT) en positron emissie tomografie (PET) worden voornamelijk gebruikt voor het meten van myocard perfusie en metabolisme 17,20,21. Echter, beperkte ruimtelijke resolutie van deze beeldvormende technieken maakt cardiale beeldvorming bij muizen uitdagend.

Anderzijds, met de komst van flat panel detector technologie die betere röntgen- gevoeligheid en snellere uitleestijden, stand van de techniek MicroCT systemen bieden nu cardiorespiratoire gated driedimensionale (3D) en vierdimensionale (toestaat 4D) beelden van MRI-grade kwaliteit. Ze zijn vrijwel onderhoudsvrij kosteloos en eenvoudig te bedienen door niet-ervaren gebruikers. Zo kan een dergelijke MicroCT instrumenten goed geschikt zijn voor routine onderzoek van kleine dieren als modellen van ziekten bij de mens. Belangrijker, de ontwikkeling van een nieuwe preklinische jodiumhoudende contrastmiddelen, simultaneous functionele en metabolische evaluatie van het hart werd het mogelijk 22-24.

Dit contrastmiddel bevat een hoge concentratie van jodium (160 mg / ml), tot sterke bloed-pool contrast na intraveneuze toediening mogelijk in vivo beeldvorming van vasculatuur en de hartkamers. Binnen een uur na toediening, kan een voortdurende toename van myocardiale contrast geassocieerd met metabole opname worden waargenomen, dus dezelfde contrastmiddel kan worden gebruikt voor de evaluatie van myocardiale bedwelmen en levensvatbaarheid.

Het doel van de in dit manuscript techniek is om onderzoekers in staat om de high-speed MicroCT systeem te gebruiken met een intrinsieke cardio-respiratoire gating, in combinatie met bloed-zwembad gejodeerd contrastmiddel, voor het bepalen van het myocard globale en regionale functie, samen met myocardperfusie en levensvatbaarheid bij gezonde muizen en in een cardiale ischemie muismodel opgewekt door permanente occlusievan de linker voorste dalende kransslagader (LAD). Via dit diermodel en beeldvormende techniek, kan snelle evaluatie van de belangrijkste cardiale parameters herhaaldelijk worden uitgevoerd met een beeldvormende modaliteit en zonder de noodzaak van invasieve procedures of de noodzaak om de dieren te offeren. De techniek kan worden uitgevoerd om nieuwe preventieve en therapeutische strategieën te evalueren.

Protocol

Alle dierlijke werk in deze studie werd goedgekeurd door het Erasmus MC onderzoek dier ethische commissie. Gedurende de experimenten werden de dieren overeenkomstig Erasmus MC institutionele regels gehouden. Aan het eind van het experiment werden de dieren gedood met een overdosis aan inhalatie- anestheticum isofluraan. Gelieve te zoeken institutionele verzorging van dieren en het gebruik van goedkeuring commissie vóór de aanvang van dit werk.

1. Bereiding van cardiale ischemie Model

  1. Verdoven van de muis (C57Bl6, 12 weken oud) door inademing van 4% isofluraan. Intuberen het dier met behulp van een 20 G canule en respirate de muis 100 ademhalingen per minuut met een piek inspiratoire druk van 18 cm H2O en een positieve uitademingsdruk van 4 cm H2O
    1. Gebruik een gasmengsel van O 2 / N 2 (v / v = 1/2) met 2,5% isofluraan anesthesie te handhaven en oogdruppels uitdroging van de ogen te vermijden terwijl onder verdoving. Place de muis op een verwarmingselement en meet lichaamstemperatuur rectale lichaamstemperatuur te handhaven op 37 ° C tijdens de operatie.
  2. Injecteren buprenorfine (0,05-0,2 mg / kg) subcutaan juist voor de operatie en controleer de teen knijpen reflex voldoende diepte van de anesthesie garanderen voor het begin van de chirurgische procedure. Ontharen met de muis op de borst met behulp van ontharingscrème en jodium op de huid.
  3. Voer een incisie door een kleine knippen met een schaar in de huid tussen de 2e en 3e links ribben. Trek de pectoralis minor en xiphihumeralis spier en de latissimus dorsi opzij behulp haakjes toegang tot de intercostale spieren mogelijk.
  4. Knip voorzichtig door de 3e intercostale spier zonder nadelige gevolgen voor de longen met behulp van een gebogen 2 mm bladveer schaar. Duw de long opzij met behulp van een klein stukje natte gaas en scheuren het hartzakje.
    LET OP: Wees voorzichtig de linker diafragma zenuw niet te beschadigen.
    1. Repositide kleine haken die de spier vasthouden binnen de thorax en herplaatsbaar zodat een groot deel van de linker ventrikel (LV) vrije wand en een deel van het linker atrium zichtbaar.
  5. Plaats een 7-0 zijden chirurgisch hechtdraad onder de linker kransslagader en af ​​te sluiten van de slagader door stevig knopen de hechtdraad.
    Opmerking Omdat in de meeste muizen de kransslagader niet zichtbaar is, bepaalt de positie van de ligatuur met het atrium en ligeren altijd de kransslagader 2 mm onder de rand van het linker atrium om infarctgrootte te standaardiseren.
  6. Visueel te controleren voor een succesvolle inductie van het infarct door het bevestigen van de paling van de linker ventrikel vrije wand. Wanneer paling is niet waargenomen, het uitvoeren van een extra poging om de LAD af te sluiten.
  7. Sluit de borst stevig vast met behulp van een 6-0 zijden chirurgisch hechtdraad.
    LET OP: De borst moet luchtdicht worden gesloten om zelfstandig ademen na herstel mogelijk te maken.
  8. Reinig de wond met een zoutoplossing en sluit de huid met behulpzijden hechtdraden. Toepassen wondspray op de huid om wondgenezing te stimuleren en besmetting te voorkomen.
  9. Schakel de isofluraan uit en wacht tot het dier begint te ademen op zichzelf voordat u de ventilatiebuis. Plaats de muis in een kooi op een verwarmingselement terwijl u herstelt.
    LET OP: Wees niet een dier onbeheerd achter, totdat het voldoende bewustzijn heeft herwonnen om ventrale decubitus te handhaven. Heeft een dier dat een operatie heeft ondergaan om het gezelschap van andere dieren tot volledig hersteld niet meer terug.
  10. Dien extra doses van buprenorfine elke 8-12 uur na de operatie voor postoperatieve analgesie. Dien Buprenorfine (50 ug / kg) intraperitoneaal.
    LET OP: Scan de dieren door MicroCT (hoofdstuk 3) 3-4 uur na de operatie voor de eerste scan en 6-7 uur na de operatie voor de tweede scan.

2. Injectie van MicroCT Contrast

  1. Om anatomische, functionele en metabole informatie te verkrijgen in twee successive MicroCT beeldvorming sessies, gebruik gejodeerd contrastmiddel.
  2. Bloot te leggen en de behandeling van de rubber van het flesje stop met alcohol 70%. Met behulp van een lage dode ruimte spuit, trekken een vereiste volume (5-10 pl / g lichaamsgewicht) van het contrastmiddel. Om het risico van embolie tijdens de injectie te voorkomen, zuiveren luchtbellen, indien van toepassing, door het bevorderen van de zuiger heen en weer en / of het zachtjes de zijkant van de spuit te tikken en langzaam het verdrijven van de lucht in steriele absorberende weefsel tot de vloeistof op het puntje van de weergegeven naald.
    Noot: Injectie van MicroCT contrast kan worden uitgevoerd in bewuste of gesedeerd dieren. Fysieke fixatie moet worden uitgevoerd op dieren bij bewustzijn. Om stress te minimaliseren, overweeg lichte sedatie of algemene isofluraananesthesie met een inhalatie-anesthesie-systeem.
  3. Voorafgaand aan de injectie, zwabberen de staart met 70% alcohol. Opwarmen van de staart met een lamp of door onderdompeling van de staart in warm water (40-45 ° C) voor een betere vat dilatatie te bieden. Injecteert het contrastmiddel intravenously (bijvoorbeeld via een van de laterale staartaders) 5-10 gl / g lichaamsgewicht.
    Opmerking: Optimaliseren van de geïnjecteerde dosis voor een bepaald diermodel of verwerving instellingen MicroCT instrument, zoals de contrastverbetering kan worden beïnvloed door de gezondheid of de voeding van een dier bestudeerd en het niveau van beeldruis.

3. MicroCT Imaging

  1. Voorafgaand aan injectie contrast, zet MicroCT scanner door op de computer uit-knop. Start de MicroCT besturingssoftware en opwarmen van de X-ray tube door te klikken op de Warm-up knop in de software controle venster.
  2. Houd rekening met de Live-modus knop om te verschijnen in de besturingssoftware aan te geven dat warm-up is voltooid. Steek de kleine boring deksel en plaats het kleine dier bed.
  3. Maak of selecteer de geschikte databank, studie, en het onderwerp waar het beeld data wordt opgeslagen. Voor het maken van een nieuwe database klikt u op de knop Database Nieuw in het data base venster,voer een naam die de nieuwe database zou opgeven, klikt u op de knop Bladeren in het dialoogvenster dat verschijnt, navigeert u naar het station waar de database wordt opgeslagen, en klik op OK. Let op de nieuwe database in het Database venster. Om verbinding te maken met een bestaande database, klikt u op de verbinding met de database-knop in het data base venster en dubbelklik op de naam van de database.
  4. Stel de scan voorwaarden door de volgende parameters te selecteren in het drop-down menu's van de software controle venster: X-ray tube spanning, 90 kV; CT röntgenbuis stroom 160 uA; Live-X-ray tube huidige, 80 uA; FOV, 20 mm; Gating techniek, cardio-respiratoire; Scantechniek, 4,5 min.
    Opmerking: Deze beeldvorming protocol maakt reconstructie eind-diastolische en eind systolische 3D datasets, elk met een matrix van 512 x 512 x 512, met een isotrope gereconstrueerde voxel grootte van 40 urn.
  5. Na het injecteren van het dier met het contrastmiddel, verdoven in een inductie kamer door inademing van 4% isofluraan.Plaats het dier op het dier bed van de scanner met een neus toevoeren 1,5-2,0% isofluraan in een lucht-zuurstof mengsel. Pas indien nodig de stroom van isofluraan om een ​​stabiele respiratoire activiteit van het dier te bereiken met ≤60 ademhalingen per minuut.
  6. Sluit de instrumenten deur door te schuiven naar rechts om de veiligheid interlock grijpen. Schakel de Live-modus door te klikken op de Live-modus knop op de control software-venster om het onderwerp in real-time te bekijken. Let op de X-capture-venster en het dier.
    Opmerking: Het instrument genereert geen X-stralen, tenzij de deur is dat goed wordt gesloten en de veiligheidsvergrendeling is ingeschakeld.
  7. Beweeg het dier bed om de muis borst binnen het gezichtsveld (FOV) uitgelijnd door heen en weer op de besturingstoets Z-as stage knoppen op het voorpaneel van het instrument. Controleer of de borst is in het centrum binnen de FOV. Gebruik het dier bed controle links en rechts pijlen zich op het voorpaneel van het instrument in de stand tHij dier in de blauwe rechthoek.
    1. Draai de gantry door "90" te selecteren in de Rotatie Controle drop-down lijst getoond op de besturingssoftware raam en klik op de knop Set. Zorg ervoor dat het dier binnen de blauwe selectiekader van de X-capture-venster blijft. Lijn indien nodig het dier met behulp van het dier bed controle omhoog en omlaag op het frontpaneel van het instrument.
      Opmerking: alleen de beelddata in de blauwe rechthoek weergegeven op de X-opnamevenster wordt gebruikt om het 3D volume te reconstrueren.
  8. In het venster Xcapture, het formaat van de cardio-respiratoire regio van belang (ROI) met de linker muisknop en de ROI te slepen randen met de muis, zodat de cardio-respiratoire sporen zijn duidelijk zichtbaar in de synchronisatie-weergave. Zorg ervoor dat de ROI dekt het middenrif en de apicale deel van het hart in alle gantry posities. Draai de gantry 90 ° zoals beschreven in stap 3.6 om ervoor te zorgen dat de Cardio-respiratoire sporen nog duidelijk zichtbaar.
    LET OP: Om onnodige blootstelling aan ioniserende straling te voorkomen, het minimaliseren van de tijd waarin het dier positie en cardio-respiratoire ROI worden aangepast.
  9. Klik op de knop CT-scan die op de besturingssoftware venster om de overname te initialiseren. CT-scan bevestigingsbericht verschijnt. Klik op de YES knop getoond in de CT-scan Bevestiging bericht te bevestigen. Klik op de NO knop om de scan af te breken. Zodra de YES-knop wordt ingedrukt, zal de rode X-ray stimulerend indicatie zich op het instrument branden
    NB: De aanduiding is ook zichtbaar door het knipperen spanning icoon van de status instrument doos van de besturingssoftware raam. De scan wordt in 4,5 minuten worden voltooid. De X-ray tube wordt automatisch uitgeschakeld en de rode X-ray stimulerend indicatie op het instrument en op het bedieningspaneel van de besturingssoftware venster dimmen. De projecties worden automatisch gesorteerd en de progruk wordt aangegeven door de groene voortgangsbalken weergegeven op GetSynchronizedRaw venster. De volumesets die eind-diastolische en eind systolische fase van de hartcyclus automatisch gereconstrueerd binnen 2-3 extra minuten.
    OPMERKING: Om af te breken de scan op de noodstopknop in het regelpaneel van de besturingssoftware raam of druk op de mechanische noodstop knop op het voorpaneel van het instrument.
  10. Let op de transaxiale, coronale en sagittale uitzicht op de reconstructies in 2D Viewer software. Neem een ​​paar seconden om de kwaliteit van de verkregen beelden te beoordelen. Kijk voor de tekenen van dierlijke beweging die kan worden veroorzaakt door een onvoldoende niveau van anesthesie. Indien nodig, passende wijzigingen en herhaal de scan.
    OPMERKING: Indien de structuren in het beeld worden verdubbeld, getoond met dubbele randen of getoond met stroken, dan zijn de gebruikelijke "rode vlaggen" die aangeven dat het niveau van anesthesie onvoldoende kan zijn en dathet dier is bewogen tijdens de scan. In dergelijke gevallen moet het gehalte van de anesthesie worden aangepast en de scan moet opnieuw worden verkregen.
  11. Verwijder het dier uit de scanner en zorgen voor volledig herstel van de anesthesie onder toezicht.
  12. Verwerven extra MicroCT scan in de metabolische fase van het contrast opname (3 tot 6 uur na de contrastinjectie).
    OPMERKING: Meer informatie over myocardiale gemiddelde waarden voor versterking C57BL / 6 en BALB / c muizen werden gepubliceerd door Detombe et al en Ashton c.s. 22,23..

4. MicroCT Data Analysis

  1. Laad zowel eind-diastolische en eind-systolische VOX bestanden in het analyseren van 12 software.
  2. Open elke geladen afbeelding met de scheve secties module en het uitvoeren van korte-axiale afbeelding reformatie.
  3. Met het oog op een minimum te beperken image-verwerkingstijd overwegen bijsnijden van de beelden met behulp van de subregio / pad volume functie van het beeld Calculator module. Voor beide volumes, behouden identieke SubRegion lage en hoge X, Y, Z dimensies.
  4. Voegt zowel volumes en open met de module Volume Bewerken. Voor een betere visualisatie van de structuren aan te passen afbeelding intensiteit indien nodig.
  5. Voer endocardiale contour segmentatie. Vanuit de Semi-automatische tab van het Volume module bewerken selecteert u Object Extractor, stel dan een zaadje punt in de linker ventrikel (LV) en stel drempelwaarden, zodat de linker ventrikel holte afgebakend van het myocard. Om de drempelwaarde te bepalen, gebruikt automatische drempelwaarden algoritmes of de volledige breedte half maximum waarde (FWHM) bepaald met Line Profile module.
    1. Trek een grens langs de mitralisklep folder vliegtuig naar de regio verspreiden naar de aorta te voorkomen, klikt u op de knop Extract object om de segmentering te voltooien. Zowel de eind-diastolische en eind-systolische volumes wordt automatisch verwerkt. Naam van de regio (bijv LV Cavity) en sla de kaart om het bijbehorende bestand directory object.
  6. Perform epicardiale contour segmentatie. Voeg een nieuw object en het uitvoeren van de segmentering van de epicardiale hart oppervlak met behulp van semi-automatische of handmatige segmentatie instrumenten van de module Volume Bewerken. Zorg ervoor dat zowel de eind-diastolische en eind-systolische contouren correct worden geïdentificeerd. Voer eventueel handmatige aanpassing. Naam van de regio (bijv LV myocard) en sla de kaart om het bijbehorende bestand directory object.
    Opmerking: Afbeelding filtering met de ruimtelijke filters module kan bovendien worden uitgevoerd om de snelheid en kwaliteit van de segmentatie te verbeteren.
  7. Om volumetrische metingen van het object maps extract (opgeslagen) opent de bijgevoegde volume met het van belang zijnde module. Zorg ervoor dat de gecorrigeerde kaart wordt geladen, opent het monster Option venster, zorg ervoor dat zowel LV Cavity en LV myocard objecten zijn geselecteerd, en klik op de knop Afbeeldingen Sample. Sla het logbestand.
  8. Voor de regionale analyse van de hartfunctie en de stofwisseling, gebruik maken van de Radial Diprovider instrument van de regio van belang module verder te verdelen de gesegmenteerde volumes.

5. Berekening van de Global en Regional Parameters Heart

  1. De linker ventrikel slagvolume (Liberaal Vlaams Studentenverbond), trek de linker ventriculaire eind-systolisch volume (LVESV) vanaf het linker ventriculaire eind-diastolische volume (LVEDV) te berekenen:
    Liberaal Vlaams Studentenverbond = LVEDV - LVESV;
  2. Aan de linkerkant ejectiefractie (LVEF) te berekenen, verdeel de linker ventrikel slagvolume (Liberaal Vlaams Studentenverbond) door de linker ventrikel eind-diastolisch volume (LVEDV) en vermenigvuldig met 100%:
    LVEF = Liberaal Vlaams Studentenverbond / LVEDV * 100%;
  3. Om cardiac output (CO) te berekenen, vermenigvuldig het linker ventrikel slagvolume (Liberaal Vlaams Studentenverbond) door de hartslag (HR):
    CO = Liberaal Vlaams Studentenverbond * HR;
  4. Om de linker ventrikel myocard massa (LVMM) te berekenen, aftrekken van de linker ventrikel myocard muur volume gebonden door de endocardiale oppervlak (LVMV ENDO) vanaf de linkerkant ventricular hartspier volume bindend epicardiale oppervlak (LVMV EPI), en vermenigvuldigen met het soortelijk gewicht van het myocardium, 1,05 g / cm 3:
    LVMM = (LVMV EPI - LVMV ENDO) * 1,05;
  5. Om de linker ventrikel myocard mass index (LVMMI) te berekenen, verdeel de linker ventrikel myocard massa (LVMM) door de muis lichaamsgewicht (BW):
    LVMMI = LVMM / BW;
  6. Het percentage van de linker ventriculaire myocardiale infarctgrootte (% LVMIS) berekenen, verdelen de linkerventrikelvolume van geïnfarceerd myocardium (LVMV MI) van het totale linker ventrikel myocard volume (LVMV TOTAL) en vermenigvuldigen met 100%:
    % LVMIS = LVMV MI / LVMV TOTAAL * 100%;
    Opmerking: Voor LVMM, LVMMI en% LVMIS berekeningen gebruiken endo- en epicardiale volume metingen van het overeenkomstige eind-diastolische of end-systolische datasets. Rapporteren gemiddeld end-systolische en end-diastolic indices.
  7. Om de gesegmenteerde linker ventrikel wandbeweging afwijkingen (LVWM) te berekenen, aftrekken van de gesegmenteerde linker ventrikel eind-systolische muur diameter (LVESWD) van de gesegmenteerde linker ventrikel eind-diastolische wall diameter (LVEDWD):
    LVWM = LVEDWD - LVESWD;
    Toon de resultaten als de omtrek polaire kaarten (Bulls eye polaire percelen).
  8. Om de gesegmenteerde linker ventrikel wand verdikking (% LVWTh) te berekenen, aftrekken van de gesegmenteerde linker ventrikel eind diastolische wanddikte (LVEDWTh) van de gesegmenteerde linker ventrikel eind-systolische wanddikte (LVESWTh), gedeeld door de gesegmenteerde linker ventrikel eind-diastolische wall dikte (LVEDWTh), en vermenigvuldig met 100%:
    % LVWTh = (LVESWTh - LVEDWTh) / LVEDWTh * 100%;
    Toon de resultaten als de omtrek polaire kaarten (Bulls eye polaire percelen).
  9. Om de regionale ejectiefractie (% REF) te berekenen, trekt het plein van gesegmenteerde linker ventrikel eind-systolischewall diameter (LVESWD) van het plein van gesegmenteerde linker ventrikel eind-diastolische wall diameter (LVEDWD), delen door het kwadraat van gesegmenteerde linker ventrikel eind-diastolische wall diameter (LVEDWD), en vermenigvuldig met 100%:
    % rEF = (LVEDWD 2 - LVESWD 2) / LVEDWD 2 * 100%;
    Toon de resultaten als de omtrek polaire kaarten (Bulls eye polaire percelen).
  10. Om regionale myocardperfusie en contrast opname presenteren, zet de gemiddelde intensiteit waarden in CT nummers (Hounsfield eenheden, HU). Converteren zowel eind-diastolische en eind systolische datasets door herschalen lucht gekozen uit het gebied buiten het geselecteerde dier - 1000 HU en water 0 HU met een met water gevulde kleine FM-transparant. Toon de resultaten als de omtrek polaire kaarten (Bulls eye polaire percelen).

6. Statistische analyse

  1. Vertegenwoordigen alle polaire plot display data als gemiddelde ± standaarddeviatie (SD). Beoordeel de statsche verschil met behulp van one-way variantie-analyse (ANOVA) of een andere geschikte techniek.

Representative Results

MicroCT Acquisition, beeldreconstructie, en Image Quality Assessment.

Vier C57BL / 6 muizen, drie met permanente LAD occlusie en een schijn-geopereerde, met succes hersteld van de operatie en de voltooide beeldvormende protocol bestond uit een contrastmiddel intraveneuze bolustoediening en twee 4,5-min cardiorespiratoire MicroCT acquisities. De gemiddelde hartslag tijdens de MicroCT studies was 385 ± 18 slagen per minuut. Eind-diastolische en eind-systolische beeldreconstructie gebruikt proprietary intrinsieke image-based gating, waarin speciale ademhaling en hartbewaking apparaten zoals ECG leads en respiratoire pneumatische sensor waren niet nodig. Na de reconstructie, beeldkwaliteit van zowel de eind-diastolische en eind-systolische datasets werd bekeken met behulp van 2D-viewer software. De beeldkwaliteit werd bevredigend gevonden en er was geen noodzaakextra afbeelding acquisities uit te voeren. Zo werden alle gerapporteerde gegevens uit twee scans per muis; de eerste scan genomen 10 minuten na de injectie in het bloed pool fase van het contrast en de tweede scan verworven 3-4 uur na injectie in de metabole opnamefase van het contrast. Representatieve bloed-pool korte axiale eind diastolische en eind systolische dwarsdoorsneden van een muis hart met myocardiaal infarct (figuur 1) en een muizenhart zonder myocardinfarct (figuur 2) toonden uitstekende linker ventriculaire holte afbakening met weinig achtergrondgeluid , waardoor accurate anatomische en functionele evaluatie. Gebieden van contrast verdunning overeenkomend met myocardiaal infarct waren goed afgebakend op korte axiale beelden van de muizenhart onderworpen aan de LAD coronaire ligatie (figuur 1), maar niet in de sham werken dieren (figuur 2).

kwantitatieve beoordeling van linkerventrikelfunctie.

Drempelwaarde gebaseerde 3D segmentatie werd uitgevoerd op zowel eind-diastolische en eind systolische volumina linker ventriculaire eind-diastolische volume (LVEDV) en linker ventriculaire eind-systolisch volume (LVESV) in elk dier bepaald. Linker ventrikel slagvolume (Liberaal Vlaams Studentenverbond), linker ventriculaire ejectiefractie (LVEF) en cardiale output (CO) werden berekend uit LVEDV en LVESV volgens de in hoofdstuk 5. De resultaten van het volume en globale functionele metingen formules zijn samengevat in Tabel 1 . Drie uur na ligatie, de genormaliseerde het dierenlichaam gewichtsgemiddelde LVEDV verschilde niet tussen myocardinfarct groep en de schijn-geopereerde dieren (2,8 ± 0,23 versus 2,3). Echter, het lichaamsgewicht genormaliseerde gemiddelde LVESV hoger in de myocardinfarct groep (2,1 ± 0,31 versus 0,92). overeenkomstigly, de gemiddelde LVEF en cardiale output (CO) in muizen met LAD coronaire occlusie waren lager in vergelijking met de schijn-geopereerde muizen (23,1% ± 7,1% vs. 60,5%, respectievelijk 0,26 ml ± 0,08 ml 0,55 ml vs. ).

Kwantitatieve beoordeling van LV myocard Massa en infarct.

Beide linker ventrikel myocard massa (LVMM) en linker ventrikel myocard mass index (LVMMI) werden bepaald op basis van epicardiale en endocardiale segmentaties waaronder papillairspieren en trabekels. Zowel eind-diastolische en eind systolische reconstructies werden verwerkt en de waarden voor beide myocardiaal infarct groep en de schijn-geopereerde dieren worden samengevat in tabel 1. Myocardinfarct volumina werden bepaald op basis van contrast verdunning gebruikt drempelwaarde gebaseerde 3D ​​volumetrie. Zoals getoond in Tabel 1, drie uur na LAD coronary slagader ligatie de bedreigde gebieden (AAR) bij muizen 1, 2 en 3 waren respectievelijk 22,4%, 13,3% en 15,8% van de LVMM.

Myocardperfusie Imaging (MPI).

Representatieve eind diastolische en eind systolische omtrek polaire plot displays (Stierenoog pooldiagrammen) van myocardiale perfusie in een muis met myocardiaal infarct (Mouse 1) en een muis zonder myocardinfarct (Mouse 4) getoond in figuren 3 en 4. De beelden worden gebruikt om de percelen te produceren waren 10 minuten na de agent administratie contrast en 3 uur na de LAD ligatie verworven. Eind-diastolische en eind systolische homosegmental waarden verkregen uit hetzelfde dier niet verschilden. Echter, werd hypoenhancement waargenomen medio anterior, mid-inferolateral, mid-anterolaterale, apicale anterior, en apicale laterale segmenten van een muis met myocard infarction, waaruit stoornissen in coronaire bloedstroom veroorzaakt door LAD occlusie (figuur 3). Dergelijke stoornissen kunnen worden waargenomen in het hart van de schijn-geopereerde dieren (Figuur 4).

Myocard levensvatbaarheid en Metabolisme.

Representatieve eind diastolische en eind systolische omtrek polaire plot displays (Stierenoog pooldiagrammen) van myocardiale metabole opname in een muis met myocardiaal infarct (Mouse 1) en een muis zonder myocardinfarct (Mouse 4) getoond in figuren 7 en 8. De beelden worden gebruikt om de percelen te produceren werden 3-4 uur na toediening contrast en 5-6 uur verkregen is na de LAD ligatie. Ongelijke myocardiaal contrast opname kan ook visueel worden waargenomen in korte axiale doorsneden van een muizenhart dat LAD-coronaire arterie occlusie ondergingen ( (Figuur 6). Eind-diastolische en eind systolische homo-segmentale waarden verkregen uit hetzelfde dier niet verschilden. Omtreksrichting pooldiagrammen toonde segment-specifieke abnormaliteiten (Figuur 7) met soortgelijk patroon als de waarden op de myocardiale perfusie kaarten (figuur 2). Geen contrast opname gebreken werden gezien op de omtrek polaire grafieken van de schijn-geopereerde muizen (Figuur 8).

Kwantitatieve beoordeling van LV regionale functie.

De beeldkwaliteit was bevredigend visuele bepaling van de linker ventriculaire beweging en verdikking van eind-diastolische en eind systolische reconstructies uitgevoerd in alle muizen afgebeeld. De LV wandbeweging, verdikking en regionale ejectiefractie scores voor elk segment van een muis met en zonder mijn ocardial infarct zijn aangegeven in figuur 9 en figuur 10. Zoals verwacht werd de LAD coronaire ligatie resulteerde in opmerkelijke afname van LV regionale functionele indices (figuur 9), terwijl geen effect in de schijn-geopereerde muizen (figuur 10) waargenomen.

Figuur 1
Figuur 1. Representatieve blood-pool korte axiale einde-diastolische (A) en eind-systolische (B) doorsneden van een muis hart met myocardiaal infarct (Mouse 1). Beelden werden 3 uur na LAD coronaire occlusie en 10 minuten na het contrast toediening verworven. De negatieve contrast opgemerkt gele pijlen is door een gebrek aan contrast opacificatie in het geïnfarceerde gebied.

/53603/53603fig2.jpg "/>
Figuur 2. Representatieve blood-pool korte axiale einde-diastolische (A) en eind-systolische (B) doorsneden van een muizenhart zonder myocardinfarct (Mouse 4). Beelden werden 3 uur na sham-operatie en 10 minuten na het contrast toediening verworven. Contrast vertroebeling uniform aanwezig in alle myocard plakjes.

figuur 3
Figuur 3. Representatieve eind diastolische en eind systolische omtrek polaire plot displays (Stierenoog pooldiagrammen) van myocardiale perfusie in een muis met myocardiaal infarct (Mouse 1). (A) De linker ventrikel is onderverdeeld in basale, mid-holte, en apicale korte axiale gedeelten volgens de 17-segment AHA model 25. Ongelijke perfusie is duidelijk zichtbaar in het midden van anterior, mid-inferolateral, mid-anterolaterale, apicale anterior, en apicale laterale segmenten. Getoonde waarden vertegenwoordigen de gesegmenteerde betekent in Hounsfield eenheden ± standaarddeviaties. (B) myocardperfusie kaarten worden getoond zonder onderverdeling in 17 segmenten. Het centrum van de plot correspondeert met de cardiale apex (segment 17) niet weergegeven.

figuur 4
Figuur 4. Representatieve eind diastolische en eind systolische omtrek polaire plot displays (Stierenoog pooldiagrammen) van myocardiale perfusie in een muis zonder myocardinfarct (Mouse 4). (A) De linker ventrikel is onderverdeeld in basale, mid-holte, en apicale korte axiale gedeelten volgens de 17-segment AHA model 25. Vergelijkbare perfusie is aanwezig in alle segmenten. Getoonde waarden vertegenwoordigen de gesegmenteerde betekent in Hounsfield eenheden ± standaarddeviaties. (B) Myocardperfusie kaarten worden getoond zonder onderverdeling in 17 segmenten. Het centrum van de plot correspondeert met de cardiale apex (segment 17) niet weergegeven.

figuur 5
Figuur 5. Representatieve metabole opname korte axiale einde-diastolische (A) en eind-systolische (B) doorsneden van een muis hart met myocardiaal infarct (Mouse 1). Beelden werden 6-7 uur na de LAD coronaire occlusie en 3-4 uur na toediening contrast verworven. De negatieve contrast opgemerkt door witte pijlen is door gebrek aan contrast metabolische opname in het geïnfarceerde gebied.

figuur 6
Figuur 6. Vertegenwoordiger metabole opname korte axiale einde-diastolische ( (B) doorsneden van een muizenhart zonder myocardinfarct (Mouse 4). Beelden werden 6-7 uur na sham-operatie en 3-4 uur na toediening contrast verworven. Myocardiale metabole opname van contrast is uniform in alle segmenten.

figuur 7
Figuur 7. Representatieve eind diastolische en eind systolische omtrek polaire plot displays (Stierenoog pooldiagrammen) van myocardiale metabole opname in een muis met myocardiaal infarct. (A) De linker ventrikel is onderverdeeld in basale, mid-holte en apicale korte -axial gedeelten volgens de 17-segment AHA model 25. Ongelijke metabole opname is duidelijk zichtbaar medio anterolaterale, apicale anterior inferior apicale en laterale apicale segmenten. Getoonde waarden vertegenwoordigen de gesegmenteerde middelen in Hounsfield units ± standaarddeviaties. (B) het myocard metabole opname kaarten worden getoond zonder onderverdeling in 17 segmenten. Het centrum van de plot correspondeert met de cardiale apex (segment 17) niet weergegeven.

Figuur 8
Figuur 8. Representatieve eind diastolische en eind systolische omtrek polaire plot displays (Stierenoog pooldiagrammen) van myocardiale metabole opname in een muis zonder myocardinfarct. (A) De linker ventrikel is onderverdeeld in basale, mid-holte en apicale korte -axial gedeelten volgens de 17-segment AHA model 25. Ongelijke metabole opname is duidelijk zichtbaar medio anterolaterale, apicale anterior inferior apicale en laterale apicale segmenten. Getoonde waarden vertegenwoordigen de gesegmenteerde betekent in Hounsfield eenheden ± standaarddeviaties. (B) myocard Metabolic opname kaarten worden getoond zonder onderverdeling in 17 segmenten. Het centrum van de plot correspondeert met de cardiale apex (segment 17) niet weergegeven.

figuur 9
Figuur 9. Representatieve hartspier beweging (mm), wandverdikking (%) en regionale ejectiefractie (%) omtreksrichting polaire plot displays (Stierenoog polaire plots) van een muis met myocardiaal infarct. (A) De linker ventrikel verdeeld in basale, mid-holte, en apicale korte axiale gedeelten volgens de 17-segment AHA model 25. De aanwezigheid van hypokinetisch, akinetisch en dyskinetische regio's in het midden van holte en apicale delen duiden uitgebreide myocard defect. (B) De regionale myocard meting kaarten worden getoond zonder onderverdeling in 17 segmenten. Het centrum van de plot correspondeert met de cardiale apex (segment 17) isniet laten zien.

figuur 10
Figuur 10. Representatieve hartspier beweging (mm), wandverdikking (%) en regionale ejectiefractie (%) omtreksrichting polaire plot displays (Stierenoog polaire plots) van een muis zonder myocardinfarct. (A) De linker ventrikel verdeeld in basale, mid-holte, en apicale korte axiale gedeelten volgens de 17-segment AHA model 25. Geen duidelijke afwijking geconstateerd. (B) De regionale myocard meting kaarten worden getoond zonder onderverdeling in 17 segmenten. Het centrum van de plot correspondeert met de cardiale apex (segment 17) niet weergegeven.

tafel 1
Tabel 1. linker ventrikel volumes en globale functionele indices MMO. gureerd in drie muizen 3 uur na LAD kransslagader occlusie en in een schijn-geopereerde muis * BPM, slagen per minuut; LVEDV, linker ventrikel eind diastolische volume; LVESV, linker ventrikel eind-systolisch volume; Liberaal Vlaams Studentenverbond, linker ventrikel slagvolume; LVEF, linker ventrikel ejectiefractie; CO, cardiale output; LVMV TOTAL, totale linker ventrikel myocard volume; LVMM, linker ventrikel myocard massa; LVMMI, linker ventrikel myocard mass index; LVMV MI, linker ventrikel myocardiaal infarct volume; % LVMIS,% linker ventrikel myocard infarct.

Discussion

In de afgelopen jaren MicroCT is uitgegroeid tot de modaliteit vele onderzoeken overwogen voor de karakterisering van cardiale structuur en functie in kleine dieren 26-29,30. Echter, de instrumentatie gebruikt in de stand werkzaamheden zowel maatwerk of niet meer commercieel verkrijgbaar. Als zodanig is dit onderzoek gericht op een eenvoudige en uitgebreide protocol voor het gebruik van high-speed MicroCT systeem met intrinsieke cardio-respiratoire gating cardiale globale en regionale functie te bepalen samen met myocardperfusie en leefbaarheid in kleine dieren als modellen van het menselijk hart te bieden ziekte.

Een van de belangrijkste vereisten voor het bestuderen hart structuur en functie is het vermogen van de scanner te verantwoorden hart fysiologische bewegingen. Daartoe ECG-prospectieve en retrospectieve gating technieken kunnen worden gebruikt. Echter, prospectieve (stap en schieten) gating is gebaseerd op een vooraf bepaald interval van de cardiale cyclus, voor examenple tijdens diastole, wanneer het hart beweging is minimaal. Met deze benadering slechts één beeld per hartcyclus wordt verkregen en slechts één fase van de hartcyclus kan worden gereconstrueerd. Als zodanig naast zijn tijdrovend om, prospectief gated reconstructies produceren slechts één gegevensset, die verstoken van functionele informatie. Retrospectieve gating, daarentegen, maakt reconstructie van meerdere gegevenssets bij elk gedeelte van de hartcyclus, zodat globale en regionale linker ventrikel functionele analyse.

De huidige werkzaamheden in dienst cardiorespiratory reconstructies met intrinsieke retrospectieve gating. Intrinsieke retrospectieve gating maakt gebruik van gepatenteerde image-based software om eind-diastolische en eind-systolische cardiale fases te reconstrueren zonder noodzaak van speciale ademhaling en hartbewaking apparaten 29,31,32. Een uitstekende overeenstemming tussen intrinsieke en extrinsieke retrospectieve ECG-afhankelijke retrospectieve gating voor studying hartfunctie bij muizen en ratten werd aangetoond door Dinkel et al. 29. Tijdens deze huidige werk, intrinsieke retrospectieve gating niet alleen aanzienlijk beperkt de tijd die nodig is voor het opzetten van de scan, maar ook geëlimineerd afhankelijkheid van controle hardware, zoals ECG leads en respiratoire pneumatische sensor, evenals aanvullende operator vaardigheden om goed te zetten het op.

Na de reconstructie werd de beeldkwaliteit van zowel de eind-diastolische en eind-systolische datasets bevredigend voor cardiale analyse gevonden. Tijdens het onderzoek van de beelden, werd bijzondere aandacht besteed aan beweging artefacten die kunnen optreden tijdens een onvoldoende niveau van anesthesie, het wegschieten van artefacten die kan gebeuren als gevolg van ontbrekende projecties bij dieren met een hoge ademhalingsfrequentie, lage demping artefacten die vaak worden veroorzaakt door botstructuren en kan perfusiedefecten nabootsen en ring artefacten die kunnen voortvloeien uit onjuiste kalibratie of falen van een of meer detectorelementgen.

Het vermogen van MicroCT cardiale structurele en functionele informatie te produceren, is ook afhankelijk van de beschikbaarheid van geschikte intravasculaire contrastmiddel. De meeste momenteel in de handel verkrijgbaar MicroCT contrasten kunnen in het algemeen worden onderverdeeld in fijnverdeelde niet-metaboliseerbare macrofaag specifiek en polydisperse metaboliseerbare jodium gebaseerde contrasten 23,33-36. Hoewel deeltjesvormige middelen bieden meer X-ray troebelingen vanwege de hogere atoomnummer (barium, Z = 56, en goud, Z = 79), kunnen ze niet gebruikt worden voor metabolische beoordeling. Bovendien zijn deze middelen beschouwd als schadelijk voor het organisme en verwijderd door de lever macrofagen (Kupffer cellen), de scavenging cellen van het reticulo-endotheliale systeem (RES). Vanwege hun niet-metaboliseerbare aard, deze middelen veroorzaken modificaties aan de lever microcirculatie kleeft leverbeschadiging 37.

Metaboliseerbare jodium gebaseerde contrasten, daarentegen, zijn niet targeted voor RES-specifieke verwijdering, moet dus beter veiligheidsprofiel te bieden en te voorkomen lever toxiciteit. Naast hun beter veiligheidsprofiel worden deze contrasten opgenomen door metabolisch actief weefsel en kan worden gebruikt voor levensvatbaarheidsbeoordeling 22,23. Hiertoe werd gejodeerd contrastmiddel geselecteerd voor deze studie. Het contrast werd toegediend in een dosis van 5 of 10 pl per gram lichaamsgewicht van het dier als een enkele intraveneuze bolusinjectie. Hoewel beide doses bevredigende verbetering resultaten geleid, werd een dosisafhankelijke toename van linker ventriculaire myocardiale en contrastniveaus waargenomen wanneer 10 gl / g contrast werd geïnjecteerd. Van belang, met de grotere dosis, de duur van het bloed zwembad was langdurig en de piek van het myocard contrast opname werd vertraagd. Één dier (Mouse 1) werd gevolgd gedurende 10 weken na de operatie en gedurende deze periode werd in beeld gebracht om de twee weken. Uit ervaring, geen nadelige gevolgen met betrekking tot het contrast (totaal van 5 inuitsteeksels) of gerelateerd aan röntgenopname (totaal 10 MicroCT scans) werden waargenomen in deze muizen tijdens de controle. Een van de meest frequent gemelde bijwerkingen van blootstelling aan jodium op lange termijn is schildklier stoornis die niet macroscopisch werd waargenomen op de post-mortem onderzoek. Mannheim et al. Bestudeerden thyroxine na 3 opeenvolgende toedieningen contrast en vonden geen verschil wanneer de spiegels vergeleken met de controles 37. Met het gebruik van dezelfde MicroCT datasets werden geen tekenen van door straling geïnduceerde longfibrose gedetecteerd in deze dieren (gegevens niet getoond), conform de veiligheid van de procedure.

Beoordeling van globale en regionale ventriculaire hartfunctie wordt beschouwd als de sterkste determinant van hartfunctie en belangrijk voor de prognose en de keuze van therapeutische interventie 38,39. De wereldwijde linker ventrikel functionele indices omvatten linker ventrikel eind-diastolische volume (LVEDV), linker ventrikel eind-systolisch volume (LVESV), linker ventrikel slagvolume (Liberaal Vlaams Studentenverbond), linker ventrikel ejectiefractie (LVEF), en cardiale output (CO). Eerder MicroCT studies bevestigd dat de kwantitatieve evaluatie van de wereldwijde hartfunctie is haalbaar in muizen cardiovasculaire ziekte-modellen en die uitgesproken daling van de globale hartfunctie vindt plaats kort na de LAD slagader occlusie. Deze bevindingen zijn in overeenstemming met eerdere rapporten in die duidelijke daling van de Liberaal Vlaams Studentenverbond, LVEF en CO opgetreden al op dag 1 na occlusie 29,40-43. Het is vermeldenswaard dat de cardiale functionele prestaties afhankelijk van het type en de anesthesie, waardoor voor nauwkeurige metingen van de hartslag tijdens beeldverwerving moet zo fysiologische mogelijk worden gehouden 44.

Kwantitatieve beoordeling van de linker ventriculaire myocardiale massa (LVMM) belangrijk voor de evaluatie van linker ventriculaire hypertrofie en werd voornamelijk uitgevoerd met MRIk 11,43,45,46. LVMM wordt vaak gecorrigeerd voor lichaamsgewicht en gepresenteerd als linker ventrikel myocard mass index (LVMMI) mogelijk te maken voor normalisering van de cardiale gewicht tussen de muizen van verschillende leeftijd en habitus. Nauwkeurige schatting van deze parameters is van belang, omdat de muizen met hartinfarct ontwikkelen significante LV hypertrofie 47. Beoordeling van LVMM, LVMMI en LV geometrie is ook belangrijk voor de diagnose van cardiale hypertrofie en dysplasie 11. Als zodanig zullen bepalen van deze parameters bovendien gunstig voor aandoeningen zoals concentrische hypertrofie, excentrische hypertrofie of concentrisch remodelleren differentiëren. In het huidige werk, zowel LVMM en LVMMI waarden werden bepaald in muizen blootgesteld aan slagader ligatie LAD en in de schijn-geopereerde dieren. Vervolgens bepalen de omvang van myocardiaal infarct werd geïdentificeerd en gebruikt om het percentage van infarctgrootte te berekenen. Hoewel tijdens de operatie de ligatuur aan de LAD kransslagader was applIED op hetzelfde niveau occlusie gegenereerde infarcten met enige variabiliteit: 13,3%, 15,8% en 22,4% (Tabel 1). Een mogelijke verklaring voor deze variabiliteit vloeien voort uit verschillen in coronaire anatomie en hun territoriale bloedtoevoer tussen de dieren, en in overeenstemming met eerdere rapporten 48. De meest gebruikelijke manier om infarctgrootte evaluatie in een muismodel van myocardiale infarct is de ex vivo trifenyltetrazoliumchloride (TTC) kleuring, de techniek die niet het longitudinaal volgen van de ziekte bij hetzelfde dier zou toestaan. In de context van eerder werk van Ashton et al. 22 en dit moment is opmerkelijk dat MicroCT in samenhang met jodiumhoudende contrastmiddelen alternatief en niet-destructieve werkwijze voor het bepalen infarctgrootte langsrichting kan voorzien.

Een bijkomend voordeel van de MicroCT techniek ligt in de zeer nauwkeurige bepaling van regionale ischemie. Like bij de mens de linker kransslagader van de muis splitst in een afdalende arterie (LAD) en een septale tak (LCX). Echter, in muizen, de anatomie van de kant takken van de LAD en LCX aanzienlijk verschilt tussen dieren 48. Grote takken van de LCX soms nauw parallel aan de LAD en aangezien de kransslagaders van muizen zijn intra-myocard en dus niet zichtbaar is, kant beugels van de LCX zijn soms per ongeluk, maar onvermijdelijk in de coronaire occlusie tijdens de muis-infarct procedure. Als zodanig kan de circumferentional polaire kaart verkregen na MicroCT worden gebruikt om precies te bepalen welke kransslagaders werden afgesloten, omdat perfusie en contrast opname in sectoren 2, 3, 8 en 9 worden beïnvloed door de LCX terwijl sectoren 7, 10, 11, 12 , 13, 15, 16 en 17 worden door de LAD. Dienovereenkomstig, de polaire kaart is van groot voordeel voor nauwkeurige bepaling van de afgesloten bloedvaten en dus helpt belangrijker in de correcte interpretatie van de effecten van de myocardial infarct van de hartfunctie en ziekteprogressie.

Myocardiale infarct muismodel gebruikt zeer bootst de klinische situatie waarin coronairvaten ineens geoccludeerd als gevolg van een acute plaquebreuk en is als zodanig van groot voordeel voor de ziekteontwikkeling van het infarct hart 49 bestuderen. Terwijl in de ontwikkelde westerse landen behandeling van patiënten met myocardiaal infarct is gericht op snel herstel recirculatie van de kransslagader, in vele gevallen, met name in minder economisch ontwikkelde landen waar de incidentie van myocardinfarct snel toeneemt, kan de afsluiting niet ringsluitingsreactie in tijd 1,50. Dit veroorzaakt in grote ventriculaire infarcten die het vaakst zal leiden tot chronisch hartfalen en zijn een enorme last op de volksgezondheid. Bijgevolg longitudinale niet-invasieve diagnostische werkwijzen onder toepassing van een myocardiaal infarct model met een vaste kransslagader occlusion en een grote ventriculaire infarct van groot belang om nieuwe behandelingsstrategieën tegen deze ziekte te ontwikkelen.

Myocard perfusie CT-beeldvorming is een snel evoluerende techniek die kwantitatieve beoordeling van de regionale coronaire bloedstroom afwijkingen en hun relevantie voor de hartfunctie en de levensvatbaarheid mogelijk maakt. Nieuwer kleine dierstudies verminderde de kloof tussen MicroCT en SPECT, de modaliteit van de keuze voor perfusie en levensvatbaarheid assessment 22. Met het doel de mate van doorbloeding stoornis veroorzaakt door de LAD-coronaire arterie occlusie evalueren, werden de gegevens MicroCT ook geëvalueerd voor myocardiale perfusie informatie. De geligeerde LAD slagader bekend bloedtoevoer naar de vrije wand, een deel van het septum en het apicale gebied van de linker ventrikel te verschaffen. Myocardperfusie defecten (hypoenhanced gebieden) van de muis 1 worden getoond in een polaire assenstelsel en duidelijke medio anterior, mid-inferolateral, mid-anterolateral, apicaleanterieure en laterale apicale segmenten, de bevindingen komen overeen met dezelfde coronaire verdeling (figuur 3). Geen verschil tussen perfusiedefecten afgeleid van eind-diastolische en eind systolische beelden werd gevonden in homosegments. Eind-diastolische en eind systolische myocardiale perfusie polaire kaart toont van de schijn-geopereerde dieren worden getoond in Figuur 4. Kleine verschillen in myocardiale bloedstroom tussen de segmenten van de controledier verwaarloosbaar zowel eind-diastolische en eind systolische representaties . Interessant is dat de gebieden hypoenhancement visueel gezien op korte axiale doorsnede beelden (figuur 1) en kan gemakkelijk worden gekwantificeerd zoals getoond in figuur 3. Dit was niet mogelijk in de studie van Befeda et al. En kon worden verklaard door meer lawaai van de MicroCT instrument gebruikt 22. Teneinde visueel te onderscheiden, moet de signaalverschillen ten minste 3-5 maal groterdan de ruis (standaarddeviatie) in de opname 51. Laag geluidsniveau van de MicroCT die in deze studie is toegestaan ​​detectie van een klein signaal verschil tussen een gestoorde en normaal doorbloed hartspier (127HU ± 23HU vs. 217HU ± 29HU), waardoor succesvolle evaluatie van de myocardperfusie patroon gebreken.

Een van de grote voordelen van het gebruik van gejodeerd contrastmiddel is de mogelijkheid om myocardiale levensvatbaarheid en metabolisme beoordelen omdat het contrast myocardiale verbetering. Voor zover wij weten, is het vermogen van het contrast om myocardium verbeteren eerst beschreven door Detombe et al. 23 en het eerste gebruik myocardinfarct beeldvorming werd gemeld door Ashton et al. 22. Hoewel de groep aangegeven dat geperfundeerde myocardium in de muizen met myocardiaal infarct vertoonden verbetering vergelijkbaar met de controles, en dat het infarct myocardium toonde geen verbetering, kwantitatieve beoordeling van het segmentale myocardiale enhancement werd niet gemeld. Te onderzoeken of myocardiale verbetering kwantitatief kan worden bepaald, werden alle muizen reimaged met hetzelfde beeldvormingsprotocol 3-4 uur na toediening van het contrastmiddel bij myocardiale verbetering ten opzichte holte was maximaal.

Myocardiale contrast opname defecten werden visueel waargenomen op korte axiale eind diastolische en eind systolische dwarsdoorsnede beelden van een muis hart met myocardiaal infarct (figuur 5), maar niet in de schijn-geopereerde dieren (figuur 6). Myocardopname werd kwantitatief bepaald in elk myocardiale segment van zowel eind-diastolische en eind systolische reconstructies en gepresenteerd in een polair coördinatensysteem (figuur 7 en 8). Eind-diastolische en eind systolische homosegmental waarden verkregen uit hetzelfde dier niet verschilden. Echter, de omtrek polaire plots toonde segment-specifieke afwijkingen (Figure 7) met gelijke patronen die op het myocardiale perfusie kaarten (figuur 2). Geen contrast opname gebreken werden gezien op de omtrek polaire grafieken van de schijn-geopereerde muizen (Figuur 8). De myocardopname gegevens waren voldoende kwaliteit globale functionele analyse en kwantitatieve bepaling van LV myocardiale massa en infarctgrootte te voeren (niet getoond). Hoewel niet relevant voor de momenteel gebruikte model met permanente LAD coronaire occlusie, geloven wij dat contrast myocardiale extractie kan worden niet alleen betrekking op veranderingen in plaatselijke myocardiale bloedstroom, maar ook de status van cardiomyocyten (bijvoorbeeld littekens, verdoofd en overwinterende myocardium) . Om deze hypothese te testen, zal de toekomstige werkzaamheden het model met tijdelijke ischemie en reperfusie in dienst.

Actieve inkrimping van de hartspier leidt tot hartspier beweging en verdikking die zo belangrijk markers van de systolische f dienenzalving en myocard levensvatbaarheid. Beoordeling van de regionale wandbeweging, verdikking, en ejectiefractie helpt om passieve systolische wandbeweging van actieve myocardiale contractie onderscheiden. Met het oog op gestandaardiseerde kwantificering van de omvang en de ernst van het letsel, wandbeweging, wand verdikking en regionale ejectiefracties in staat worden meestal toegewezen aan polaire kaarten. Afwijkingen van de regionale ventriculaire wandbeweging zijn belangrijke markers van ischemie van de hartspier die het meest worden beoordeeld door MRI 52. De LV wandbeweging, verdikking en regionale ejectiefractie scores voor elk vak van een muis met en zonder myocardinfarct zijn weergegeven in figuur 9 en figuur 10. Zoals verwacht werd de LAD coronaire ligatie resulteerde in opmerkelijke afname van LV regionale functionele indices ( figuur 9), terwijl geen effect werd waargenomen in de schijn-geopereerde muizen (figuur 10). Deze resultaten zijn in overeenstemming meteerder gerapporteerde gegevens.

Tot slot, heeft dit werk de eerste succesvolle gebruik van een high-speed MicroCT systeem voor een uitgebreide bepaling van het myocard mondiale en regionale functionele parameters, samen met de beoordeling van de myocard perfusie en levensvatbaarheid in gezonde en in een muismodel van een myocardinfarct aangetoond. Dit werk kan verder worden uitgebreid richting karakterisering andere modellen van cardiovasculaire ziekte, waardoor nauwkeurig en niet-destructieve analyse van cardiale functionele en pathofysiologische veranderingen, en evaluatie van nieuwe preventieve en therapeutische strategieën.

Disclosures

Ed van D., RR, JE verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen. SB is een betaalde werknemer van PerkinElmer, waarvan de beeldvormende instrumenten produceert. Publicatie kosten hiervoor deze video artikel werden betaald door PerkinElmer.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door de Stichting Lijf en Leven, project verwijden versus stenose arterieel vaatlijden.

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