In Vivo quantitative Bewertung der myokardialen Struktur, Funktion, Perfusion und Lebensfähigkeit Mit Herz Micro-Computertomographie

Bioengineering
 

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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).

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Abstract

Introduction

Ischämische Herzkrankheit (KHK) ist weiterhin für Männer und Frauen weltweit 1 die häufigste Einzelursache für Morbidität und Mortalität zu sein. Aufgrund der Komplexität und Zusammenhänge, die zwischen den Organen und Systemen auf der organismischen Ebene vorhanden ist, die Nutzung des ganzen Tieres als ein Modell der IHD bleibt relevant nicht nur für unsere besseren Verständnis der Krankheit Pathophysiologie, sondern auch ermöglicht Evaluierung neuer Präventions- und Therapiestrategien . Mausmodelle, insbesondere, haben zu unserem Wissen über Herzentwicklung beigetragen, Pathogenese von Myokardinfarkt, Herzhypertrophie, Myokarditis, und aneurysmatische Läsionen 2-7. Die Parameter, die die Herzleistung zu bestimmen und sind nützlich im Hinblick auf die Prognose und die Wahl der therapeutischen Intervention sind Herzmasse und Geometrie, globalen und regionalen Funktion, die räumliche Verteilung der Herzmuskeldurchblutung und Myokardvitalität.

Jedoch sind die meisten traditional Untersuchungsmethoden in Mausmodellen von Herzerkrankungen verwendet beinhalten invasive Messungen, die Stunden für die Fertigstellung erfordern, damit das Tier kann nicht für Wiederholungsmessungen verwendet werden, oder das Verfahren wird Tier erfordern 8-12 opfern. Zum Beispiel, regionalen myokardialen Perfusion zu messen, radioaktiv oder fluoreszenzmarkierten Mikrosphären verwendet werden, in denen radioaktive Zählung oder Fluoreszenzsignale auf einem physisch seziert Herz oder in situ 13,14 erkannt werden.

Ebenso erfolgt die Auswertung der Infarktgröße in Tiermodellen des Myokardinfarkts am häufigsten von Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC) Färbung durchgeführt, und um den Zeitverlauf der Infarktentwicklung und die Wirkung therapeutischer Maßnahmen, diese Technik erfordert, um festzustellen, dass die Tiere müssen zu verschiedenen Zeitpunkten 15 geopfert für Herz histopathologische Untersuchung werden. Als solche, zerstörungsfreie und humane Techniken, die erlauben würde, quantitative und Langzeitanalyse von Herz-Morphologie, Funktion, den Stoffwechsel und die Lebensfähigkeit von größter Bedeutung sind. In diesem Zusammenhang ist die präklinische Bildgebung von großer Relevanz. Unter den gegenwärtig verfügbaren bildgebenden Verfahren Kernspintomographie (MRI) und Echokardiographie sind die am häufigsten verwendeten 16,17,18.

Allerdings, und trotz der Tatsache, dass die MRT die Modalität der Referenz sowohl in der klinischen und präklinischen Arbeit betrachtet wird, die hohen Kosten zu erwerben und dedizierten Kleintier-MRT-Systeme pflegen, sowie die Komplexität dieser Technologie für nicht-fortgeschrittene Anwender zu bedienen , machen MRI unerschwinglich für den Routineeinsatz teuer. Im Hinblick auf Echokardiographie, gibt es erhebliche Nachteile auf dem Weg wird die Herzfunktion gemessen. Die Daten von den meisten echokardiographischen Untersuchungen hergestellt werden, sind zweidimensional, und in Auftragsvolumen abzuleiten, müssen geometrische Annahmen 19 vorgenommen werden. Darüber hinaus schlechte intra- und inter Beobachter reproducibility ist eine weitere erhebliche Einschränkung dieser Technik. Radioisotopen-Bildgebung mit Einzelphotonenemissions-Computertomographie (SPECT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET) werden vorwiegend zur Beurteilung der Herzmuskeldurchblutung und Stoffwechsel 17,20,21 verwendet. Allerdings beschränkt die räumliche Auflösung dieser bildgebenden Verfahren macht die Herzbildgebung bei Mäusen herausfordert.

Auf der anderen Seite, mit dem Aufkommen von Flachdetektor-Technologie, die eine bessere Röntgen Empfindlichkeit und schneller Auslesezeiten, aktuelle Stand der Technik MicroCT Systeme jetzt kardiorespiratorischen gated dreidimensionale (3D) und vierdimensionale erlaubt zur Verfügung stellen kann ( 4D) Bilder der MRT-Grade-Qualität. Sie sind praktisch wartungs Kosten kostenlos und ganz einfach durch nicht-erfahrene Benutzer zu bedienen. Somit können solche MicroCT Instrumente auch für die routinemäßige Untersuchung von Kleintieren als Modelle menschlicher Erkrankungen geeignet sein. Am wichtigsten ist, mit der Entwicklung eines neuartigen präklinischen jodhaltigen Kontrastmittel, simultaneous funktionelle und metabolische Beurteilung des Herzens wurde möglich, 22-24.

Das Kontrastmittel enthält eine hohe Konzentration von Jod (160 mg / ml), die Herstellung von stark blutPool-Kontrast nach der intravenösen Verabreichung ermöglichen, in-vivo-Bildgebung des Gefäßsystems und die Herzkammern. Innerhalb einer Stunde nach der Verabreichung eine kontinuierliche Zunahme der myokardialen Kontrast im Zusammenhang mit seiner Stoffwechselaufnahme beobachtet werden kann, damit die gleiche Kontrastmittel für die Beurteilung der myokardialen atemberaubend und Lebensfähigkeit verwendet werden kann.

Das Ziel der Technik, die in diesem Manuskript beschrieben ist den Wissenschaftlern ermöglichen, die Hochgeschwindigkeits-MicroCT System zu verwenden, um mit Eigen kardiorespiratorischen Gating, in Verbindung mit Blut-Pool jodhaltigen Kontrastmitteln, zur Bestimmung myokardialen globale und regionale Funktion zusammen mit myokardialen Perfusion und Lebensfähigkeit in gesunden Mäusen und in einem Modell kardiale Ischämie Maus durch permanente Okklusion induziertdes linken vorderen absteigenden Koronararterie (LAD). Durch die Verwendung dieses Tiermodell und bildgebendes Verfahren, schnelle Auswertung der wichtigsten Herzparameter kann wiederholt mit einer einzigen Bildgebungsmodalität durchgeführt werden und ohne die Notwendigkeit für invasive Prozeduren oder die Notwendigkeit, die Tiere zu opfern. Das Verfahren kann durchgeführt werden, um neue präventive und therapeutische Strategien zu bewerten.

Protocol

Alle tierischen Arbeit in dieser Studie wurde von der Erasmus MC Tierforschung Ethikkommission genehmigt. Während der Experimente wurden die Tiere in Übereinstimmung mit Erasmus MC institutionellen Richtlinien gehalten. Am Ende des Experiments wurden die Tiere mit einer Überdosis Isofluran Inhalationsanästhesie euthanasiert. Bitte suchen institutionelle Tierpflege und Ausschuss Zustimmung verwenden, bevor diese Arbeit begonnen wird.

1. Herstellung von kardialer Ischämie Modell

  1. Betäuben die Maus (C57Bl6, 12 Wochen alt) durch Inhalation von 4% Isofluran. Intubate das Tier eine 20 G Kanüle und die Maus bei 100 Atemzüge pro Minute mit einer Spitzeninspirationsdruck von 18 cm H 2 O und einer positiven endexspiratorischen Druck von 4 cm H 2 O. respirate
    1. Verwenden, um eine Gasmischung aus O 2 / N 2 (v / v = 1/2), die 2,5% Isofluran Anästhesie aufrechtzuerhalten und anzuwenden Auge Austrocknung der Augen während der Narkose zu verhindern abfällt. Place die Maus auf einem Heizkissen und Körpertemperatur messen rektal Körpertemperatur bei 37 ° C während der Operation zu erhalten.
  2. Injizieren Buprenorphin (0,05 bis 0,2 mg / kg) subkutan nur vor der Operation und überprüfen Sie die Zehe Prise Reflex, um eine ausreichende Tiefe der Anästhesie vor Beginn des chirurgischen Eingriffs zu gewährleisten. Enthaaren die Mausbrusthaarentfernung Creme und wenden Jod auf die Haut.
  3. Führen Sie einen Schnitt durch einen kleinen Schnitt mit der Schere in der Haut machen zwischen dem 2. und 3. linken Rippen. Ziehen Sie die pectoralis minor und die xiphihumeralis Muskel sowie die Latissimus Muskel an der Seite mit kleinen Haken Zugriff auf die Zwischenrippenmuskeln zu ermöglichen.
  4. durch den dritten Zwischenrippenmuskel sorgfältig geschnitten, ohne die Lungen schädigen eine gekrümmte 2 mm Blattfeder Schere verwenden. Schieben Sie die Lunge beiseite ein kleines Stück des nassen Gaze und den Herzbeutel reißen.
    HINWEIS: Achten Sie darauf, die linke Zwerchfellnerv zu beschädigen.
    1. Repositiauf den kleinen Haken, die den Muskel innerhalb des Thorax und positionieren sie halten, so dass ein großer Teil der linksventrikulären (LV) freien Wand und ein Teil des linken Atriums sichtbar sind.
  5. Legen Sie eine 7-0 Seide chirurgisches Nahtmaterial unterhalb der linken Koronararterie und verschließen die Arterie, indem Sie den Faden verknoten.
    Hinweis: Da in den meisten Mäusen die Koronararterie nicht sichtbar ist, bestimmen die Position der Ligatur das Atrium mit und ligieren immer die Koronararterie 2 mm unter den Rand des linken Atriums, um die Infarktgröße zu standardisieren.
  6. Sichtprüfung für eine erfolgreiche Induktion der Infarkt durch den Lattenzaun der linksventrikulären freien Wand bestätigt. Wenn Lattenzaun nicht eingehalten wird, führen Sie einen zusätzlichen Versuch, die LAD zu verschließen.
  7. Schließen Sie die Brust fest ein 6-0 Seide chirurgisches Nahtmaterial verwendet wird.
    HINWEIS: Die Brust luftdicht verschlossen werden sollte, unabhängig Atmung nach der Wiederherstellung zu ermöglichen.
  8. Reinigen Sie die Wunde mit Kochsalzlösung und schließen Sie die Haut mitSeidenfäden. Übernehmen Wundspray auf die Haut um die Wundheilung zu stimulieren und eine Infektion zu verhindern.
  9. Schalten Sie die Isofluran aus und warten Sie, bis das Tier von selbst zu atmen beginnen, bevor das Belüftungsrohr zu entfernen. Platzieren Sie die Maus in einem Käfig auf einem Heizkissen während der Genesung.
    HINWEIS: Verwenden Sie kein Tier unbeaufsichtigt lassen, bis es genügend Bewusstsein zu halten ventralen Liegen wiedererlangt hat. Nicht ein Tier zurück, die Operation an die Firma von anderen Tieren unterzogen wurde, bis sie vollständig erholt.
  10. Verwalten zusätzlichen Dosen von Buprenorphin alle 8-12 Stunden nach der Operation für postoperative Analgesie. Verwalten Buprenorphin (50 ug / kg) intraperitoneal.
    HINWEIS: Scannen Sie die Tiere durch MicroCT (Abschnitt 3) 3-4 Stunden nach der Operation für die erste Abtastung und 6-7 Stunden nach der Operation für die zweite Abtastung.

2. Injektion MicroCT Kontrast

  1. Um anatomisch, funktionell zu erwerben, und metabolische Informationen in zwei successive MicroCT Imaging-Sitzungen verwenden jodhaltigen Kontrastmitteln.
  2. Expose und das Gummi des Fläschchens Stopfen Behandlung unter Verwendung von 70% Alkohol. Mit einem geringen toten Raum Spritze zurückziehen, eine erforderliche Volumen (5-10 ul / g Körpergewicht) des Kontrastmittels. Um das Risiko einer Embolie während der Injektion zu vermeiden, Luftblasen reinigen, wenn überhaupt, indem der Kolben wieder voran und her und / oder sanft auf die Seite der Spritze klopfen und langsam die Luft in sterilen saugfähigen Gewebe zu vertreiben, bis die Flüssigkeit an der Spitze der erscheint Nadel.
    Hinweis: Die Injektion des MicroCT Kontrast kann in der bewussten oder sediert Tieren durchgeführt werden. Körperliche Zurückhaltung sollte an wachen Tieren durchgeführt werden. Zur Minimierung der Belastung, betrachten Licht Sedierung oder allgemeine Isofluran-Narkose mit einem Inhalationsanästhesiesystem.
  3. Vor der Injektion Tupfer den Schwanz mit 70% Alkohol. Erwärmen Sie den Schwanz mit einer Lampe oder durch den Schwanz in warmes Wasser eingetaucht wird (40-45 ° C) bessere Gefäßerweiterung zur Verfügung zu stellen. Injizieren des Kontrastmittels intravenously (zB über eine der seitlichen Schwanzvenen) bei 5-10 & mgr; l / g Körpergewicht.
    Hinweis: Optimieren Sie die injizierten Dosis für eine bestimmte Tiermodell oder MicroCT Instrument der Übernahme Einstellungen, wie die Kontrastverstärkung von der Gesundheit oder Nahrungs Status des Tieres untersucht und die Höhe der Bildrauschen beeinflusst werden kann.

3. MicroCT Imaging

  1. Vor Injektion zu kontrastieren, schalten Sie MicroCT Scanner durch Drücken der Computerleistung drücken. Starten Sie den MicroCT Steuerungssoftware und warm die Röntgenröhre, indem Sie die Warm-up Button in der Software-Steuerung Fenster angezeigt.
  2. Lassen Sie für die Live-Modus-Taste in der Steuersoftware zu erscheinen darauf hinweist, dass Aufwärmen abgeschlossen ist. Legen Sie die kleine Bohrung Abdeckung und legen Sie die Kleintierbett.
  3. Erstellen oder die entsprechende Datenbank auswählen, zu studieren, und unter dem die Bilddaten gespeichert werden. So erstellen Sie eine neue Datenbank mit dem neuen Datenbank Taste im Datenbankfenster klicken,Geben Sie einen Namen ein, um die neue Datenbank, klicken Sie auf Durchsuchen, um in das Dialogfeld, das angezeigt wird, wechseln Sie zu dem Laufwerk, auf dem die Datenbank gespeichert werden, und klicken Sie auf OK angeben würde. Beachten Sie die neue Datenbank im Datenbankfenster. Um eine Verbindung zu einer bestehenden Datenbank, klicken Sie auf die Schaltfläche Verbindung zu Datenbank-Taste im Datenbankfenster, und doppelklicken Sie auf den Namen der Datenbank.
  4. Stellen Sie die Scan-Bedingungen durch die folgenden Parameter aus den Drop-Down-Menüs der Software-Steuerung Fenster auswählen: Röntgenröhrenspannung, 90 kV; CT-Röntgenröhrenstrom 160 uA; Live Röntgenröhrenstrom 80 uA; FOV, 20 mm; Gating-Technik, Herz-Kreislauf-Atem; Scan-Technik, 4,5 min.
    ANMERKUNG: Diese Bildgebungsprotokoll ermöglicht eine Rekonstruktion der enddiastolischen und endsystolischen 3D-Datensätzen, die jeweils mit einer Matrixgröße von 512 x 512 x 512, mit einer rekonstruierten isotropen Voxel Größe von 40 & mgr; m.
  5. das Tier mit dem Kontrastmittel nach der Injektion, betäuben es durch Inhalation von 4% Isofluran in einer Induktionskammer.Legen Sie das Tier auf dem Tierbett des Scanners mit einem Nasenkegel liefern 1,5-2,0% Isofluran in einem Luftsauerstoffgemisch. Wenn nötig, den Fluss von Isofluran des Tieres stabil Atmungsaktivität mit ≤60 Atemzüge pro Minute zu erreichen.
  6. Schließen Sie die Instrumente Platzes, indem Sie nach rechts schieben die Sicherheitsverriegelung zu engagieren. Schalten Sie Live-Modus, indem Sie den Live-Modus-Taste auf der Steuerungssoftware Fenster angezeigt, klicken Sie das Motiv in Echtzeit anzuzeigen. Beachten Sie die X-Capture-Fenster und das Tier.
    Hinweis: Das Instrument Röntgenstrahlen, es sei denn die Tür richtig geschlossen ist und die Sicherheitsverriegelung ist nicht tätig erzeugen.
  7. Bewegen Sie den Tierbett mit der Maus Brust im Sichtfeld (FOV) durch Drücken der Bühne Z-Achsen-Steuerung und zurück Tasten auf der Frontseite des Gerätes befindet auszurichten. Stellen Sie sicher, dass die Brust in der FOV in der Mitte ist. Verwenden Sie das Tier Bett Steuer Pfeile links und rechts auf der Frontplatte des Instruments zu positionieren ter Tier in den blauen Begrenzungsrahmen.
    1. Drehen Sie das Portal von "90" aus dem Drehrichtungskontrolle der Dropdown-Liste auf der Steuerungssoftware Fenster gezeigt und auf die Set-Taste auswählen. Achten Sie darauf, das Tier bleibt innerhalb des blauen Begrenzungsrahmen des X-Capture-Fenster. Falls erforderlich, richten Sie das Tier mit dem Tier Bett Steuer AUF und AB Pfeile auf der Vorderseite des Gerätes.
      Hinweis: Nur die Bilddaten innerhalb des blauen Begrenzungsrahmen auf dem Fenster X-Capture gezeigt wird das 3D-Volumen zu rekonstruieren verwendet werden.
  8. Im xcapture Fenster, die Größe des Herz-Kreislauf-Atem Region of Interest (ROI) mit der linken Maustaste klicken und durch den ROI ziehen Kanten mit dem Mauszeiger, so dass die Herz-Kreislauf-Atem Spuren in der Synchronisationsansicht gut sichtbar sind. Stellen Sie sicher, dass der ROI das Zwerchfell und die apikal Teil des Herzens in allen Portal Positionen abdeckt. Drehen der Gantry 90 °, wie in Schritt 3.6, um sicherzustellen, beschrieben, dass die cardio-Atem Spuren sind noch deutlich sichtbar.
    HINWEIS: Um gegenüber ionisierender Strahlung unnötige Exposition zu verhindern, minimieren die Zeit, in der das Tier Position und Herz-Kreislauf-Atem ROI angepasst werden.
  9. Klicken Sie auf den CT-Scan-Taste auf der Steuerungssoftware Fenster gezeigt, um die Übernahme zu initialisieren. CT Scan Bestätigungsmeldung erscheint. Klicken Sie auf Ja in der Bestätigungsmeldung CT Scan gezeigt zu bestätigen. Klicken Sie auf die NO-Taste, um den Scan zu beenden. Sobald die YES-Taste gedrückt wird, wird das rote X-ray Erreger Anzeige auf dem Gerät befindet gezündet werden
    HINWEIS: Die Anzeige wird durch das Blinken Spannung Symbol des Instruments Statusfeld der Steuerungssoftware Fenster auch sichtbar sein. Der Scan wird in 4,5 Minuten abgeschlossen sein. Die Röntgenröhre wird automatisch und die rote X-ray Erregungsanzeige befindet sich auf dem Gerät und auf dem Bedienfeld der Steuersoftware Fenster abgeschaltet wird gedimmt. Die Projektionen werden automatisch sortiert und die progRess wird von den grünen Fortschrittsbalken auf GetSynchronizedRaw Fenster gezeigt angegeben werden. Die Volume-Sets darstellt enddiastolischen und End-systolischen Phasen des Herzzyklus wird automatisch innerhalb von 2-3 zusätzliche min rekonstruiert werden.
    Hinweis: Um die Scan klicken Sie auf den Not-Aus-Taste im Bedienfeld der Steuersoftware Fenster oder drücken Sie die mechanische Not-Aus-Taste befindet sich auf der Frontseite des Gerätes abgebrochen.
  10. Beachten Sie die transaxialer, koronalen und sagittalen Blick auf die Rekonstruktionen in 2D-Viewer-Software. Nehmen Sie ein paar Sekunden, um die Qualität der aufgenommenen Bilder zu überprüfen. Achten Sie auf die Zeichen der Tierbewegung, die durch eine unzureichende Niveau der Anästhesie verursacht werden können. Falls erforderlich, entsprechende Änderungen vorzunehmen und den Scan wiederholen.
    HINWEIS: Wenn die Strukturen im Bild verdoppelt, mit Doppelkonturen dargestellt, oder mit Streifen gezeigt, dann sind das die üblichen "red flags", die, dass das Niveau der Anästhesie zeigen, kann nicht ausreichen können, und dassdas Tier während des Scanvorgangs bewegt. In solchen Fällen sollte die Höhe der Anästhesie eingestellt werden und der Scan sollte neu erworben werden.
  11. Nehmen Sie das Tier aus dem Scanner und ermöglichen eine vollständige Erholung von der Anästhesie unter Aufsicht.
  12. Erwerben eine zusätzliche MicroCT Scan während der metabolischen Phase der Kontrastmittelaufnahme (3 bis 6 Stunden nach der Kontrastmittelinjektion).
    HINWEIS: Mehr Einzelheiten über mittlere myokardialen Verstärkungswerte für C57BL / 6 und BALB / c-Mäuse wurden durch Detombe et al und Ashton et al 22,23..

4. MicroCT Datenanalyse

  1. Legen Sie beide enddiastolischen und endsystolischer VOX-Dateien in 12 Software analysieren.
  2. Öffnen Sie jede geladene Bild mit der schrägen Abschnitte Modul und führen kurzen Achse Bild Reformation.
  3. Um Bildverarbeitungszeit betrachten die Bilder beschneiden mit der Stadt / Pad Volumen in Abhängigkeit von der Bildrechner Modul zu minimieren. Für beide Bände, halten gleich SubRegion Low und High X, Y, Z Dimensionen.
  4. Fügen Sie beide Bände und öffnen Sie mit dem Volume Modul bearbeiten. Zur besseren Visualisierung der Strukturen anpassen Bildintensität, wenn nötig.
  5. Führen endokardialen Kontur Segmentierung. Von der Semi-Automatic Reiter des Volume bearbeiten Modulauswahl Objektextrahierung, stellen Sie einen Startpunkt in den linken Ventrikel (LV) und Schwellenwerte einstellen, so dass die linke Herzkammer aus dem Myokard abgegrenzt ist. Um den Schwellenwert, verwenden automatische Schwellenwert Algorithmen oder die volle Breite Hälfte Maximalwert (FWHM) bestimmt mit dem Linienprofil Modul bestimmen.
    1. Zeichnen Sie eine Grenze entlang der Mitralklappensegel Ebene, die die Region zu verhindern, dass die Aorta Verbreitung, klicken Sie auf den Auszug Objekt, um die Segmentierung zu vervollständigen. Beide enddiastolischen und endsystolischer Bände werden automatisch verarbeitet werden. Nennen Sie die Region (zB LV Cavity) und das Objekt Karte in das entsprechende Dateiverzeichnis speichern.
  6. Perform epikardiale Kontur Segmentierung. Fügen Sie ein neues Objekt und führen Sie die Segmentierung der Oberfläche epikardialen Herz entweder halbautomatische oder manuelle Segmentierung Werkzeuge des Volume bearbeiten Modul. Stellen Sie sicher, dass beide enddiastolischen und endsystolischer Konturen korrekt identifiziert werden. Wenn nötig, eine manuelle Einstellung. Nennen Sie die Regionen (zB LV Myokard) und das Objekt Karte in das entsprechende Dateiverzeichnis speichern.
    Anmerkung: Bildfilterung mit dem Modul Spatial Filters zusätzlich durchgeführt werden, können die Geschwindigkeit und Qualität der Segmentierung zu verbessern.
  7. Um Volumenmessungen aus den Objekt Karten (gespeichert) öffnen Sie den angehängten Volumen mit der Region of Interest-Modul zu extrahieren. Achten Sie darauf, die korrigierte Karte eingelegt ist, öffnen Sie die Beispieloptionsfenster, stellen Sie sicher, dass beide LV Cavity und LV Myokard Objekte ausgewählt sind, und klicken Sie auf die Beispielbilder-Taste. Speichern Sie die Log-Datei.
  8. Für die regionale Analyse der Herzfunktion und den Stoffwechsel, verwenden Sie die Radial DiAnbieter Werkzeug der Region of Interest-Modul weiter die segmentierten Volumina unterteilen.

5. Berechnung des Global und Regional Herz Parameter

  1. Zur Berechnung der linksventrikulären Schlagvolumens (LVSV), subtrahieren die linksventrikuläre endsystolischen Volumens (LVESV) aus dem linksventrikulären enddiastolischen Volumen (LVEDV):
    LVSV = LVEDV - LVESV;
  2. Um die linksventrikuläre Auswurffraktion (LVEF) berechnen, teilen Sie die linksventrikuläre Schlagvolumen (LVSV) durch die linksventrikuläre enddiastolische Volumen (LVEDV) und multiplizieren Sie mit 100%:
    LVEF = LVSV / LVEDV * 100%;
  3. Herzzeitvolumen (HZV), multiplizieren Sie die linksventrikuläre Schlagvolumen (LVSV) durch die Herzfrequenz (HR) zu berechnen:
    CO = LVSV * HR;
  4. Um die linksventrikuläre Herzmuskelmasse (LVMM) berechnen, subtrahieren Sie die linksventrikuläre Volumen Herzmuskelwand gebunden von der endokardialen Oberfläche (LVMV ENDO) von der linken ventricular myokardialen Wandvolumen von der epikardialen Oberfläche gebunden (LVMV EPI) und mehrfach durch die spezifische Schwerkraft des Herzmuskels, 1,05 g / cm 3:
    LVMM = (LVMV EPI - LVMV ENDO) * 1,05;
  5. Um die linksventrikuläre Myokard-Mass-Index (LVMMI) berechnen, teilen Sie die linksventrikuläre Herzmuskelmasse (LVMM) von der Maus Körpergewicht (KG):
    LVMMI = LVMM / BW;
  6. Um den Prozentsatz der linksventrikulären myokardialen Infarktgröße (% LVMIS) berechnen, teilen das linksventrikuläre Volumen von infarzierten Myokard (LVMV MI) durch die Gesamt linksventrikuläre myokardiale Volumen (LVMV TOTAL) und multipliziere mit 100%:
    % LVMIS = LVMV MI / LVMV TOTAL * 100%;
    Hinweis: Für LVMM, LVMMI und% LVMIS Berechnungen verwenden Endo- und Epikard Volumenmessungen aus den entsprechenden enddiastolischen oder endsystolischer Datensätzen. Den Durchschnitt endsystolischer und End-diastolic Indizes.
  7. Um die Segment linksventrikuläre Wandbewegungsstörungen (LVWM) berechnen, subtrahieren Sie die Segment ventrikuläre endsystolischer Wanddurchmesser (LVESWD) aus dem Segment linksventrikuläre enddiastolische Wanddurchmesser (LVEDWD) links:
    LVWM = LVEDWD - LVESWD;
    Zeigen Sie die Ergebnisse als umlaufende polare Karten (Stierauge Polardiagramme).
  8. Zur Berechnung der Segment linksventrikuläre Wandverdickung (% LVWTh), subtrahieren Sie die Segment linksventrikuläre enddiastolische Wanddicke (LVEDWTh) aus dem Segment ventrikuläre endsystolischer Wandstärke (LVESWTh) links, geteilt durch den Segment linksventrikuläre enddiastolische Wand Dicke (LVEDWTh), und von 100% multiplizieren:
    % LVWTh = (LVESWTh - LVEDWTh) / LVEDWTh * 100%;
    Zeigen Sie die Ergebnisse als umlaufende polare Karten (Stierauge Polardiagramme).
  9. Um die regionalen Ejektionsfraktion (% ref) zu subtrahieren den Platz der segmentalen linksventrikulären endsystolischerWanddurchmesser (LVESWD) vom Platz der segmentalen ventrikulären enddiastolischen Wanddurchmesser (LVEDWD), geteilt durch das Quadrat der Segment linksventrikuläre enddiastolische Wanddurchmesser (LVEDWD) links, und vermehren sich durch 100%:
    % ref = (LVEDWD 2 - LVESWD 2) / LVEDWD 2 * 100%;
    Zeigen Sie die Ergebnisse als umlaufende polare Karten (Stierauge Polardiagramme).
  10. Zur regionalen myokardialen Perfusion und Kontrastmittelaufnahme darstellen, wandeln die Intensität Mittelwerte in CT-Zahlen (Hounsfield-Einheiten, HU). Konvertieren Sie beide enddiastolischen und endsystolischer Datensätze von Luft aus dem Bereich außerhalb des Tier ausgewählt rescaling zu - 1000 HU, und Wasser auf 0 HU einen mit Wasser gefüllten kleinen Funktransparente Rohr. Zeigen Sie die Ergebnisse als umlaufende polare Karten (Stierauge Polardiagramme).

6. Statistische Analyse

  1. Stellvertretend für alle Polarplot Anzeigedaten als Mittelwert ± Standardabweichung (SD). Bewerten Sie die stattisches Differenz Einwegvarianzanalyse (ANOVA) oder eine andere geeignete Technik verwendet wird.

Representative Results

MicroCT Erfassung, Bildrekonstruktion und Bildqualitätsbewertung.

Vier C57Bl / 6-Mäuse, drei mit Permanent LAD Okklusion und ein scheinoperierten, erfolgreich von der Operation erholt und schloss die Bildgebung Protokoll, das von einer einzigen Kontrastmittel intravenöser Bolus Administration bestand und zwei 4,5-min kardiorespiratorischen MicroCT Akquisitionen. Die mittlere Herzfrequenz während der MicroCT Studien war 385 ± 18 Schläge pro Minute. Enddiastolischen und endsystolischer Bildrekonstruktion verwendet proprietäre Eigenbildbasierten Gating, bei der Atemwege und des Herzüberwachungsgeräte wie EKG-Ableitungen und Atemluftsensor wurden nicht benötigt gewidmet. Nach der Rekonstruktion, Bildqualität beider enddiastolischen und endsystolischer Datensätze wurde mit Hilfe von 2D-Viewer-Software angesehen. Die Bildqualität war zufriedenstellend, und es gab keine Notwendigkeitzusätzliche Bildaufnahmen durchzuführen. Somit sind alle angegebenen Daten wurden aus zwei Abtastungen pro Maus abgeleitet sind; die erste Abtastung 10 Minuten nach der Injektion während der Blutpool Phase der Kontrast und die zweite Scan 3-4 Stunden nach der Injektion während der Stoffwechselaufnahmephase des Kontrast erworben gemacht. Repräsentative blood-pool kurzen Achse enddiastolische und endsystolische Querschnitte einer Maus Herz mit Myokardinfarkt (Abbildung 1) und einer Maus Herz ohne Myokardinfarkt (Figur 2) gezeigt, ausgezeichnete linksventrikulären Hohlraum Abgrenzung mit geringem Hintergrundrauschen , so dass für eine genaue anatomische und funktionelle Bewertung. Bereiche der Kontrast Verdünnung zu Myokardinfarkt entsprachen, wurden in Kurzachsenbilder des Maus-Herz der LAD koronaren Arterie Ligierung (Figur 1), aber nicht in der schein betreiben Tier (2) unterzogen, gut abgegrenzt.

quantitative Bewertung der linksventrikulären Funktion.

Threshold basierten 3D-Segmentierungen wurden auf beiden enddiastolischen und endsystolischen Volumina durchgeführt linksventrikulären enddiastolischen Volumen (LVEDV) und linksventrikulärer endsystolischen Volumens (LVESV) in jedem Tier zu bestimmen. Die linksventrikuläre Schlagvolumen (LVSV), linksventrikuläre Ejektionsfraktion (LVEF) und Herzzeitvolumen (HZV) wurden von LVEDV und LVESV berechnet nach den in Abschnitt 5. Die Ergebnisse des Volumens und der globalen Funktionsmessungen beschriebenen Formeln sind in Tabelle 1 zusammengefasst . Drei Stunden nach der Ligation, bedeuten die normierte für die Tierkörpergewicht LVEDV zwischen der Myokardinfarkt-Gruppe und der scheinoperierten Tier (2,8 ± 0,23 vs. 2,3) nicht anders war. Allerdings war das Körpergewicht normalisiert mittlere LVESV höher in der Myokardinfarkt Gruppe (2,1 ± 0,31 gegenüber 0,92). Entsprechendly, waren die mittlere LVEF und Herzleistung (CO) bei Mäusen mit LAD Koronararterienokklusion niedriger als an den scheinoperierten Maus (23,1% ± 7,1% gegenüber 60,5% im Vergleich, und 0,26 ml ± 0,08 ml vs. 0,55 ml bzw. ).

Quantitative Beurteilung der LV Myokardmasse und Infarktgröße.

Sowohl die linksventrikuläre Herzmuskelmasse (LVMM) und die linksventrikuläre Myokard-Mass-Index (LVMMI) basierten auf epikardialen und endokardialen Segmentierungen einschließlich Papillarmuskeln und Trabekeln bestimmt. Beide enddiastolischen und endsystolischer Rekonstruktionen wurden verarbeitet und die Werte sowohl für Herzinfarkt-Gruppe und der scheinoperierten Tier sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Myokardinfarkt Volumina wurden basierend auf Kontrast Verdünnung mit Schwellwert-basierte 3D-Volumetrie bestimmt. Wie in Tabelle 1 gezeigt, drei Stunden nach LAD Koronary Arterienligation in den gefährdeten Gebieten (AAR) Maus 1, 2 und 3 waren 22,4%, 13,3% und 15,8% des LVMM sind.

Myokardszintigrafie (MPI).

Repräsentative enddiastolischen und endsystolischer Umfangspolardiagramm zeigt (Bulls Eye Polardiagramme) der myokardialen Perfusion in einer Maus mit Myokardinfarkt (Maus 1) und einer Maus ohne Myokardinfarkt (Maus 4) sind in den Abbildungen 3 und 4. Die Bilder verwendet, um die Grundstücke produzieren wurden 10 Minuten erworben nach der Kontrastmittelgabe und 3 Stunden nach der LAD-Ligation. Die enddiastolische und endsystolische homosegmental Werte von dem gleichen Tier erhalten wurden, waren nicht verschieden. Allerdings hypoenhancement wurde Mitte vorderen, mittleren inferolateralen, Mitte anterolateralen, apikal vorderen und apikal seitlichen Segmente von einer Maus mit Herzmuskel beobachtet infarction, was zeigt, Beeinträchtigungen des koronaren Blutflusses durch LAD Arterienverschluss (Abbildung 3). Eine solche Beeinträchtigung könnte im Herzen der scheinoperierten Tier (Abbildung 4) zu beachten.

Myokardvitalität und Stoffwechsel.

Repräsentative enddiastolischen und endsystolischer Umfangspolardiagramm zeigt (Bulls Eye Polardiagramme) der myokardialen metabolischen Aufnahme in eine Maus mit Myokardinfarkt (Maus 1) und einer Maus ohne Myokardinfarkt (Maus 4) sind in den Abbildungen 7 und 8. Die Bilder verwendet, um die Grundstücke produzieren wurden nach der LAD-Ligation 3-4 Stunden nach Kontrastmittelgabe und 5-6 Stunden erworben. Unähnlich myokardialen Kontrastmittelaufnahme auch visuell in Kurz axiale Querschnitte einer Maus Herz beobachtet werden konnte, die LAD unterzog Koronararterienokklusion ( (Abbildung 6). Die enddiastolische und endsystolische homo-Segmentwerte aus dem gleichen Tier erhalten wurden, waren nicht verschieden. Die umlaufenden Polardiagramme zeigten segmentspezifische Abweichungen (Abbildung 7) mit ähnlichen Muster wie die auf den myokardialen Perfusion Karten dargestellt (Abbildung 2). Keine Kontrastmittelaufnahme Mängel wurden an den umlaufenden Polardiagramme der scheinoperierten Maus (Abbildung 8) gesehen.

Quantitative Beurteilung der LV Regional-Funktion.

Die Bildqualität war zufriedenstellend visuelle Bewertung der linksventrikulären Bewegung und Verdickung von enddiastolische und endsystolische Rekonstruktionen in allen abgebildeten Mäusen durchzuführen. Die LV Wandbewegung, Verdickung und regionalen Ejektionsfraktion Noten für jedes Segment von einer Maus mit und ohne meine ocardial Infarkt in Abbildung 9 und 10 Abb. Wie zu erwarten, die LAD Koronararterienligatur in deutlichen Rückgang von LV regionalen Funktionsindizes (Abbildung 9) geführt, während keine Wirkung in der scheinoperierten Maus (Abbildung 10) festgestellt wurde.

Abbildung 1
Abbildung 1. Repräsentative Blut-Pool kurzen Achse enddiastolischen (A) und End-systolischen (B) Querschnitte eines Mäuseherzens mit Myokardinfarkt (Maus 1). Die Bilder wurden 3 Stunden erwarb nach LAD Koronararterienokklusion und 10 Minuten nach Kontrastmittelgabe. Der negative Kontrast durch gelbe Pfeile angemerkt ist mangels Kontrast Trübung in der Infarktregion.

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Abbildung 2. Repräsentative Blut-Pool kurzen Achse enddiastolischen (A) und End-systolischen (B) Querschnitte von einer Maus Herz ohne Myokardinfarkt (Mouse 4). Die Bilder wurden 3 Stunden nach der Sham-Betrieb erworben und 10 Minuten nach Kontrastmittelgabe. Kontrast Trübung ist gleichmäßig in allen myokardialen Scheiben.

Abbildung 3
Abbildung 3. Repräsentative enddiastolischen und endsystolischer Umfangspolardiagramm zeigt (Bulls Eye Polardiagramme) der myokardialen Perfusion in einer Maus mit Myokardinfarkt (Maus 1). (A) Die linke Herzkammer in die basale unterteilt, Mid-Hohlraum, und apikal kurzen Achse Portionen gemäß der 17-Segment AHA Modell 25. Ungleiche Perfusion ist deutlich sichtbar in Mitte vorderen, mittleren inferolateralen, Mid-anterolateralen, apikal vorderen und apikal seitlichen Segmente. Angezeigten Werte stellen die Segment bedeutet in Hounsfield-Einheiten ± Standardabweichungen. (B) Myocardial Perfusion Karten werden ohne Unterteilung in 17 Segmente gezeigt. Das Zentrum des Grundstücks an die Herzspitze (Segment 17) entspricht, nicht gezeigt.

Abbildung 4
Abbildung 4. Repräsentative enddiastolischen und endsystolischer Umfangspolardiagramm zeigt (Bulls Eye Polardiagramme) der myokardialen Perfusion in einer Maus ohne Myokardinfarkt (Mouse 4). (A) Die linke Herzkammer in die basale unterteilt, Mid-Hohlraum, und apikal kurzen Achse Portionen gemäß der 17-Segment AHA Modell 25. Ähnliche Durchblutung ist in allen Segmenten präsent. Angezeigten Werte stellen die Segment bedeutet in Hounsfield-Einheiten ± Standardabweichungen. (BMyocardial Perfusion Karten) ohne Unterteilung in 17 Segmente gezeigt. Das Zentrum des Grundstücks an die Herzspitze (Segment 17) entspricht, nicht gezeigt.

Abbildung 5
Abbildung 5. Repräsentative metabolische Aufnahme kurzen Achse enddiastolischen (A) und End-systolischen (B) Querschnitte eines Mäuseherzens mit Myokardinfarkt (Maus 1). Die Bilder wurden 6-7 Stunden nach der LAD koronaren Arterienverschluss und 3-4 Stunden nach der Kontrastmittelgabe erworben. Die negative Kontrast durch weiße Pfeile angemerkt, ist mangelnder Kontrast Stoffwechselaufnahme in der Infarktregion durch.

Abbildung 6
Abbildung 6. Repräsentative metabolische Aufnahme kurzen Achse enddiastolischen ( (B) Querschnitte eines Maus-Herz ohne Myokardinfarkt (Mouse 4). Die Bilder wurden 6-7 Stunden nach der Sham-Operation und 3-4 Stunden nach der Kontrastmittelgabe erworben. Myocardial metabolische Aufnahme von Kontrast ist in allen Scheiben gleichmäßig vorhanden.

Abbildung 7
Abbildung 7. Repräsentative enddiastolischen und endsystolischer Umfangspolardiagramm zeigt (Bulls Eye Polardiagramme) der myokardialen metabolischen Aufnahme in eine Maus mit Myokardinfarkt. (A) Die linke Herzkammer in die basale unterteilt, Mid-Hohlraum, und apikal kurz -axial Portionen gemäß der 17-Segment AHA Modell 25. Ungleiche metabolische Aufnahme ist deutlich sichtbar in Mitte anterolateralen, apikal vorderen, apikal unterlegen, und apikal seitlichen Segmente. Die Werte stellen die Segment Mittel in Hounsfield uni gezeigtts ± Standardabweichungen. (B) myokardialen metabolischen Aufnahme Karten werden ohne Unterteilung in 17 Segmente gezeigt. Das Zentrum des Grundstücks an die Herzspitze (Segment 17) entspricht, nicht gezeigt.

Abbildung 8
Abbildung 8. Repräsentative enddiastolischen und endsystolischer Umfangspolardiagramm zeigt (Bulls Eye Polardiagramme) der myokardialen metabolischen Aufnahme in eine Maus ohne Myokardinfarkt. (A) Die linke Herzkammer in die basale unterteilt, Mid-Hohlraum, und apikal kurz -axial Portionen gemäß der 17-Segment AHA Modell 25. Ungleiche metabolische Aufnahme ist deutlich sichtbar in Mitte anterolateralen, apikal vorderen, apikal unterlegen, und apikal seitlichen Segmente. Angezeigten Werte stellen die Segment bedeutet in Hounsfield-Einheiten ± Standardabweichungen. (B) Myocardial Metabolic Aufnahme Karten werden ohne Unterteilung in 17 Segmente gezeigt. Das Zentrum des Grundstücks an die Herzspitze (Segment 17) entspricht, nicht gezeigt.

9
Abbildung 9. Repräsentative myokardialen Wandbewegung (mm), Wandverdickung (%), und regionalen Ejektionsfraktion (%) umlaufenden Polardiagramm zeigt (Bulls Eye Polardiagramme) einer Maus mit Myokardinfarkt. (A) Die linke Herzkammer ist unterteilt in basal, Mitte Höhle und apikal kurzen Achse Portionen gemäß der 17-Segment AHA Modell 25. Die Anwesenheit von hypokinetischen, akinetische und dyskinetischer Regionen Mitte Hohlraum und apikalen Teile bezeichnen umfangreichen Herzmuskelfehler. (B) Die regionalen myokardialen Messkarten werden ohne Unterteilung in 17 Segmente gezeigt. Das Zentrum des Grundstücks an die Herzspitze (Segment 17) entspricht,nicht gezeigt.

10
Abbildung 10. Repräsentative myokardialen Wandbewegung (mm), Wandverdickung (%), und regionalen Ejektionsfraktion (%) umlaufenden Polardiagramm zeigt (Bulls Eye Polardiagramme) einer Maus ohne Myokardinfarkt. (A) Die linke Herzkammer ist unterteilt in basal, Mitte Höhle und apikal kurzen Achse Portionen gemäß der 17-Segment AHA Modell 25. Keine offensichtliche Anomalie festgestellt wird. (B) Die regionalen myokardialen Messkarten werden ohne Unterteilung in 17 Segmente gezeigt. Das Zentrum des Grundstücks an die Herzspitze (Segment 17) entspricht, nicht gezeigt.

Tabelle 1
Tabelle 1. Die linksventrikuläre Volumen und globale Funktionsindizes Mess. figuriert in drei Mäuse 3 Stunden nach der LAD koronaren Arterienverschluss und in einer scheinoperierten Maus * BPM, Beats pro Minute; LVEDV, linksventrikuläre enddiastolische Volumen; LVESV, linksventrikuläre endsystolischer Volumen; LVSV, linksventrikuläre Schlagvolumen; LVEF, linksventrikuläre Auswurffraktion; CO, das Herzminutenvolumen; LVMV TOTAL, insgesamt linksventrikulären Herzmuskelvolumen; LVMM, linksventrikuläre Herzmuskelmasse; LVMMI, linksventrikuläre Myokard-Mass-Index; LVMV MI, linksventrikuläre Myokard-Infarkt Volumen; % LVMIS,% linksventrikuläre myokardiale Infarktgröße.

Discussion

In den letzten Jahren hat die MicroCT 26-29,30 zur Charakterisierung von Herzstruktur und Funktion in kleine Tiere betrachtet viele Forschungen Modalität werden. Allerdings wurde die Instrumentierung, die in dem Stand der Arbeit entweder einzeln angefertigt oder nicht mehr im Handel erhältlich. Als solche wurde diese Studie eine einfache und umfassende Protokoll für den Einsatz von High-Speed-MicroCT System mit Eigen kardiorespiratorischen Gating abzielen zu Herz globale und regionale Funktion zusammen mit myokardialen Perfusion und Lebensfähigkeit in kleine Tiere als Modelle des menschlichen Herzens bestimmen Krankheit.

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Untersuchung Herz Struktur und Funktion ist die Fähigkeit des Scanners für physiologische Herzbewegungen zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck EKG-basierten prospektiven und retrospektiven Gating-Techniken verwendet werden können. Allerdings stützt sich Interessenten (Schritt und schießen) Gating auf einem vorher festgelegten Intervall des Herzzyklus, für Prüfungweise während der Diastole, wenn die Herzbewegung ist am wenigsten. Mit diesem Ansatz nur ein Bild pro Herzzyklus erhalten wird, und nur eine Phase des Herzzyklus rekonstruiert werden kann. Als solcher, abgesehen davon, dass Zeit, prospektiv gated Rekonstruktionen zu erzeugen aufwändig produzieren nur eine Datenmenge, die von funktionellen Informationen vorenthalten wird. Retrospektiven Gating, andererseits ermöglicht die Rekonstruktion von mehreren Datensätzen an jedem Abschnitt des Herzzyklus, wodurch globalen und regionalen linksventrikulären Funktionsanalyse.

Die aktuelle Arbeit kardio-Rekonstruktionen mit Eigen retrospektiven Gating eingesetzt. Eigen retrospektiven Gating nutzt proprietäre bildbasierten Software enddiastolischen und End-systolische Herzphasen, ohne dass eine spezielle Atem- und Herzüberwachungseinrichtungen 29,31,32 zu rekonstruieren. Eine ausgezeichnete Übereinstimmung der Eigen Retrospektive und extrinsische EKG-abhängige retrospektiven Gating für studying Herzfunktion bei Mäusen und Ratten wurde durch Dinkel gezeigt et al. 29. Während dieser vorliegenden Arbeit Eigen retrospektiven Gating nicht nur deutlich den Zeitaufwand minimiert, um die Untersuchung festzulegen, sondern auch die Abhängigkeit von Überwachungshardware beseitigt, wie EKG-Ableitungen und Atemluftsensor sowie zusätzliche Bedien Fähigkeiten richtig um es einzurichten.

Nach der Rekonstruktion, Bildqualität beider enddiastolischen und endsystolischer Datensätze wurde zufriedenstellend für Herz-Analyse gefunden. Bei der Prüfung der Bilder, wurde besonderer Wert auf Bewegungsartefakte zu entrichten, das während einer unzureichenden Niveau der Anästhesie, streifen der Artefakte, die als Folge der fehlenden Projektionen bei Tieren mit hoher Atmungsrate passieren kann, Low-Dämpfung Artefakte, die sind häufig verursacht auftreten kann Knochenstrukturen und können Durchblutungsstörungen, und Ring Artefakte nachahmen, die von Fehlkalibrierung oder Ausfall eines oder mehrere Detektor ele entstehen könnengen.

Die Fähigkeit von MicroCT Herz strukturelle und funktionale Informationen zu produzieren, ist auch abhängig von der Verfügbarkeit von geeigneten intravaskulären Kontrastmittels. Die meisten derzeit im Handel erhältlichen MicroCT Kontraste können in der Regel Partikel in nichtmetabolisierbare Makrophagen-spezifische und polydispers umsetzbarer Jod-basierte Kontraste 23,33-36 unterteilt werden. Obwohl teilchenförmigen Mitteln größer opacification Röntgen bieten aufgrund ihrer höheren Ordnungszahl (Barium, Z = 56, und Gold, Z = 79), können sie nicht für metabolische Beurteilung verwendet werden. Darüber hinaus sind diese Mittel als schädlich für den Organismus gesehen und durch die Leber Makrophagen (Kupffer-Zellen) entfernt, das Spülen Zellen des retikuloendothelialen Systems (RES). Aufgrund ihrer nicht-metabolisierbaren Natur, induzieren diese Mittel Änderungen in der Lebermikrozirkulation gleichzeitig mit Leberschäden 37.

Metabolisierbare Iodbasis Gegensatz, auf der anderen Seite, sind nicht targeted für RES-spezifische Entfernung, sollten also besseres Sicherheitsprofil bieten und Lebertoxizität zu vermeiden. Zusätzlich zu ihrer besseren Sicherheitsprofil sind diese Gegensätze durch metabolisch aktive Gewebe aufgenommen, kann somit für die Lebensfähigkeit Beurteilung 22,23 verwendet werden. Zu diesem Zweck wurde iodiertes Kontrastmittel für die vorliegende Untersuchung ausgewählt. Der Kontrast wurde bei einer Dosis von 5 oder 10 & mgr; l pro Gramm Körpergewicht des Tieres als einzelne intravenöse Bolus-Injektion verabreicht. Obwohl beide Dosen zufriedenstellende Verbesserung Ergebnissen wurde eine dosisabhängige Zunahme der linksventrikulären und myokardiale Kontraststufen beobachtet, wenn 10 ul / g des Kontrast injiziert wurde. Von Interesse, mit dem größeren Dosis, war die Dauer der Blutpool verlängerte und der Höhepunkt der myokardialen Kontrastmittelaufnahme verzögert wurde. Ein Tier (Maus 1) wurde 10 Wochen nach der Operation verfolgt und während dieser Zeit es jede zweite Woche abgebildet wurde. Aus Erfahrung im Zusammenhang keine nachteiligen Auswirkungen auf den Kontrast (insgesamt 5 inProjektionen) oder in Verbindung mit Röntgenaufnahme (insgesamt 10 MicroCT Scans) wurden in die Maus während der Dauer der Überwachung festgestellt. Eines der am häufigsten berichteten Nebenwirkungen von langfristigen Jod Exposition Störung der Schilddrüse, die makroskopisch nicht auf Post-mortem-Untersuchungen festgestellt wurde. Mannheim et al. Untersucht Thyroxin-Spiegel nach 3 aufeinanderfolgenden Gegensatz Verwaltungen und fanden keinen Unterschied, wenn die Pegel zu den Kontrollen 37 verglichen. Mit der Verwendung der gleichen MicroCT Datensätze, keine Anzeichen von strahleninduzierten Lungenfibrose wurde in diesem Tier detektiert (Daten nicht gezeigt), um die Sicherheit des Verfahrens entspricht.

Bewertung der globalen und regionalen ventrikuläre Herzfunktion ist der stärkste Faktor für die Herzleistung und wichtig im Hinblick auf die Prognose und die Wahl der therapeutischen Intervention 38,39 berücksichtigt. Die globalen linksventrikulären Funktionsindizes umfassen ventrikulären enddiastolischen Volumen links (LVEDV), linksventrikuläre endsystolischer Volumen (LVESV), linksventrikuläre Schlagvolumen (LVSV), linksventrikuläre Ejektionsfraktion (LVEF) und Herzleistung (CO). Frühere MicroCT Studien bestätigten, dass eine quantitative Auswertung der globalen Herzfunktion in murine Herzkreislauferkrankungen Modelle machbar ist und dass ausgeprägte Abnahme der globalen Herzfunktion erfolgt bald nach LAD Arterienverschluss. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit früheren Berichten, dass deutliche Reduzierung der LVSV, LVEF und CO aufgetreten bereits am Tag 1 nach der Okklusion 29,40-43. Es ist bemerkenswert zu erwähnen, dass Herzfunktionsleistung ist abhängig von der Art und dem Grad der Anästhesie, wodurch für genaue Messungen der Herzfrequenz während der Bildaufnahme sollte möglichst physiologischen 44 gehalten werden.

Quantitative Bewertung der linksventrikulären Herzmuskelmasse (LVMM) ist wichtig für die Bewertung der linksventrikulären Hypertrophie und wurde in erster Linie MR durchgeführt unter Verwendung vonIch 11,43,45,46. LVMM wird oft für das Körpergewicht korrigiert und als linksventrikuläre Myokard-Mass-Index (LVMMI) präsentiert zur Normalisierung der Herzgewicht unter Mäusen unterschiedlichen Alters und Habitus zu ermöglichen. Genaue Schätzung dieser Parameter ist wichtig, da die Mäuse mit Myokardinfarkt entwickeln signifikante LV Hypertrophie 47. Bewertung der LVMM, LVMMI und LV Geometrie ist auch wichtig für die Diagnose von Herzhypertrophie und Dysplasie 11. Als solche Bestimmung dieser Parameter werden zusätzlich von Vorteil sein, Bedingungen wie konzentrische Hypertrophie, exzentrische Hypertrophie zu unterscheiden, oder konzentrische Umbau. In der vorliegenden Arbeit sowohl LVMM und LVMMI Werte wurden bei Mäusen unterzogen bestimmt Arterie Ligation nach LAD und in der scheinoperierten Tier. Anschließend wurde die Grße des Myokardinfarkts identifiziert und verwendet, um den Prozentsatz des Infarktgröße zu berechnen. Obwohl während der Operation war die Ligatur zur LAD koronaren Herz Applied auf dem gleichen Niveau, die Okklusion erzeugt Infarkte mit einem gewissen Variabilität: 13,3%, 15,8% und 22,4% (Tabelle 1). Eine mögliche Erklärung für diese Variabilität kann aus Unterschieden in der Koronararterie Anatomie ausgehen und ihre territoriale Blutversorgung zwischen den Tieren, und in Übereinstimmung mit früheren Berichten 48. Die häufigste Art der Infarktgröße Beurteilung in einem Maus-Modell des Myokardinfarkts durch ex vivo Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC) Färbung der Technik, die keine Längs Überwachung der Krankheit in dem gleichen Tier ermöglichen würde. Im Rahmen früherer Arbeiten von Ashton et al. 22 und von dieser Zeit ist es bemerkenswert, dass MicroCT in Verbindung mit jodhaltigen Kontrastmitteln eine Alternative bieten können und zerstörungsfreie Methode der Infarktgröße in Längsrichtung zu bestimmen.

Ein zusätzlicher Vorteil der MicroCT Technik liegt in der sehr genaue Bestimmung der regionalen Ischämie. Like beim Menschen der linken Koronararterie der Maus spaltet sich in einer absteigenden Arterie (LAD) und einem Septum-Zweig (LCX). Doch bei Mäusen, die Anatomie der Seitenzweige der LAD und LCX unterscheidet sich deutlich zwischen den Tieren 48. Große Äste der LCX parallel manchmal eng an die LAD und da die Herzkranzgefäße von Mäusen sind inner myokardialen und daher nicht sichtbar, Seitenstreben der LCX sind manchmal aus Versehen aber unvermeidlich in der koronaren Okklusion während der Maus-Infarkt-Verfahren einbezogen. Als solche kann die circumferentional polar Karte erhalten nach MicroCT verwendet werden, genau zu bestimmen, welche wurden Koronararterien verschlossen, da die Aufnahme Perfusion und Kontrast in Sektoren 2, 3, 8 und 9 werden durch die LCX betroffen, während Bereiche 7, 10, 11, 12 , 13, 15, 16 und 17 werden durch die LAD geliefert. Dementsprechend ist das polare Karte von großem Nutzen für die genaue Bestimmung des okkludierten Arterien und entsprechend unterstützt allem in der richtigen Interpretation der Auswirkungen der myocaRDIAL Infarkt der Herzfunktion und Fortschreiten der Krankheit.

Das Modell Myokardinfarkt Maus hoch ahmt den menschlichen klinischen Situation verwendet, in denen Herzkranzgefäße plötzlich infolge einer akuten Plaqueruptur verschlossen werden und ist als solche von großem Nutzen 49 die Krankheitsentwicklung des infarzierten Herzen zu untersuchen. Während in den entwickelten westlichen Ländern die Behandlung von Patienten mit Herzinfarkt bei schneller Wiederherstellung der Rückführung des Herzkranzgefäßes ausgerichtet ist, bei vielen Gelegenheiten, vor allem in wirtschaftlich weniger entwickelten Ländern, in denen das Auftreten von Herzinfarkt rasch zunehmende wird, kann der Verschluss nicht in gelt werden Zeit 1,50. Dies führt zu einem großen ventrikuläre Infarkte, die am häufigsten an chronischer Herzinsuffizienz führen und sind eine enorme Belastung für die öffentliche Gesundheit. Folglich Längs nicht-invasive diagnostische Methoden, um einen Myokardinfarkt-Modell mit einer permanenten Koronararterie occ mitlusion und einem großen Infarkt sind von großer Bedeutung, neue Behandlungsstrategien gegen diese Krankheit zu entwickeln.

Myocardial CT Perfusion Imaging ist ein sich schnell entwickelndes Technik, die quantitative Beurteilung der regionalen koronaren Blutfluss Anomalien und deren Bedeutung für die Herzfunktion und Lebensfähigkeit ermöglicht. Neuere kleinen Tierversuchen reduziert die Kluft zwischen MicroCT und SPECT, die Methode der Wahl für die Perfusion und Lebensfähigkeit Beurteilung 22. Mit dem Ziel, den Grad der regionalen Blutfluss Beeinträchtigung zu bewerten, indem die LAD Koronararterienokklusion verursacht wurden die MicroCT Daten auch für Myokard-Perfusions-Informationen ausgewertet. Die ligierte LAD-Arterie ist bekannt, Blutversorgung der freien Wand zu schaffen, ein Teil der Trennwand, und den apikalen Bereich des linken Ventrikels. Myocardial Perfusion Mängel (hypoenhanced Bereiche) von Maus 1 in einem polaren gezeigt Mitte vorderen System und offensichtlich koordinieren, Mitte inferolateralen, Mitte anterolateralen, apikalvordere und apikal Seitensegmente, sind die Ergebnisse im Einklang mit dem gleichen Herzkranzverteilung (Abbildung 3). Kein Unterschied zwischen Perfusionsdefekte abgeleitet von enddiastolischen und endsystolischer Bilder wurde in homosegments gefunden. Die enddiastolische und End-systolischen myokardialen Perfusion Polarkartendarstellungen der scheinoperierten Tier sind in Abbildung 4 dargestellt. Leichte Unterschiede in Herzmuskeldurchblutung zwischen den Segmenten des Kontrolltier unbedeutend sind auf beiden enddiastolischen und endsystolischer Darstellungen . Interessanterweise können die Bereiche hypoenhancement visuell auf Kurz axiale Querschnittsbilder (Abbildung 1) und leicht als 3 gezeigten quantifiziert werden kann ersichtlich ist. Es war nicht möglich, in der Studie von Befeda et al. Und konnte durch erklärt größer Rauschen des MicroCT Instrument 22 verwendet. Um visuell wahrgenommen werden kann, muss die Signaldifferenzen mindestens drei bis fünfmal größerals das Rauschen (Standardabweichung) in dem Bild 51. Geräuscharme des MicroCT in dieser Studie verwendeten erlaubt Erkennung eines kleinen Signalunterschied zwischen beeinträchtigten und normal durchbluteten Herzmuskel (127HU ± 23HU vs. 217HU ± 29HU), so dass erfolgreiche Beurteilung der myokardialen Perfusion Musterdefekte.

Einer der Hauptvorteile von jodhaltigen Kontrastmittel ist die Fähigkeit Myokardvitalität und Metabolismus durch den Kontrast im Zusammenhang myokardialen Verbesserung zu beurteilen. Soweit uns bekannt ist, die Fähigkeit des Kontrast Myokard zu verbessern wurde zuerst von Detombe et al. 23 und seinem ersten Einsatz für Myokardinfarkt Bildgebung wurde von Ashton et al. 22. Obwohl die Gruppe zeigte, dass mit Myokardinfarkt in den Mäusen perfundierten Myokard zeigte ähnliche Verbesserung zu den Kontrollen, und dass die infarzierten Myokard keine Verbesserung, myocardial e des Segment quantitative Bewertung zeigtennhancement wurde nicht berichtet. Um weiter zu untersuchen, ob können myokardiale Verbesserung quantitativ bewertet werden, wurden alle Mäuse mit der gleichen Bildgebungsprotokoll reimaged 3-4 Stunden nach der Kontrastmittelgabe, wenn der Herzmuskelverbesserung in Bezug auf Hohlraum maximal war.

Myocardial Kontrastmittelaufnahme Defekte wurden visuell beobachtet auf kurzen Achse enddiastolische und endsystolische Querschnittsbilder einer Maus Herz mit Myokardinfarkt (Abbildung 5), aber nicht in der scheinoperierten Tier (Abbildung 6). Myocardial Aufnahme wurde in jedem Myokardsegment von beiden enddiastolische und endsystolische Rekonstruktionen und präsentiert in einem polaren Koordinatensystem (7 und 8) quantitativ bewertet. Die enddiastolische und endsystolische homosegmental Werte von dem gleichen Tier erhalten wurden, waren nicht verschieden. Allerdings sind die umlaufenden Polardiagramme zeigten segmentspezifische Auffälligkeiten (FigurE 7) mit ähnlichen Muster wie die auf den myokardialen Perfusion Karten dargestellt (Abbildung 2). Keine Kontrastmittelaufnahme Mängel wurden an den umlaufenden Polardiagramme der scheinoperierten Maus (Abbildung 8) gesehen. Die Myokard-Aufnahme Daten von ausreichender Qualität waren globalen Funktionsanalyse und quantitative Bewertung von LV Myokardmasse und Infarktgröße durchzuführen (nicht dargestellt). Obwohl es nicht relevant für die derzeit verwendete Modell mit Permanent LAD Koronararterienokklusion, glauben wir, dass der Kontrast kann myokardiale Extraktion Änderungen nicht nur in der Region fließen myokardialen Blut bezogen werden, sondern auch auf den Zustand der Herzmuskelzellen (zB vernarbte, betäubt und Winterschlaf Myokard) . Zur Überprüfung dieser Hypothese wird die zukünftige Arbeit des Modells mit temporären myokardialen Ischämie und Reperfusion beschäftigen.

Aktive Kontraktion des Herzmuskels führt zu myokardialen Wandbewegung und Verdickung, die als wichtiger Marker der systolische f dienenSalbung und Myokardvitalität. Beurteilung der regionalen Wandbewegung, Verdickung und Ejektionsfraktion hilft passive systolische Wandbewegung von aktiven Herzmuskelkontraktion zu erkennen. Um standardisierte Quantifizierung des Ausmaßes und der Schwere der Erkrankung, Wandbewegung, Wandverdickung und regionalen Ejektionsfraktionen häufig in polare Karten abgebildet zu ermöglichen. Fehlbildungen der regionalen ventrikuläre Wandbewegung sind wichtige Marker der myokardialen Ischämie, die durch MRI 52 am häufigsten bewertet werden. Die LV Wandbewegung, Verdickung und regionalen Ejektionsfraktion Noten für jedes Segment von einer Maus mit und ohne Myokardinfarkt vorgestellt sind in Abbildung 9 und 10 Abb. Wie zu erwarten war, ergab sich LAD Koronararterienligatur in deutlichen Rückgang von LV regionalen Funktionsindizes ( Abbildung 9), während kein Effekt wurde in der scheinoperierten Maus (Abbildung 10) beobachtet. Diese Ergebnisse sind in Übereinstimmung mitzuvor gemeldeten Daten.

Im Ergebnis hat diese Arbeit die erste erfolgreiche Verwendung eines Hochgeschwindigkeits MicroCT System zur umfassenden Bestimmung der myokardialen globalen und regionalen Funktionsparameter zusammen mit der Bewertung der Myokardperfusion und Lebensfähigkeit bei gesunden und in einem Maus-Modell des Myokardinfarkts demonstriert. Diese Arbeit kann weiter in Richtung von anderen Modellen von kardiovaskulären Erkrankungen Charakterisierung erweitert werden, so dass für eine genaue und zerstörungsfreie Beurteilung der Herzfunktions und pathophysiologischen Veränderungen, und für die Bewertung der neuen präventiven und therapeutischen Strategien.

Disclosures

ED van D., RR, JE erklären, dass sie keine finanziellen Interessen haben. SB ist eine bezahlte Mitarbeiter von PerkinElmer, die die bildgebende Instrumente herstellt. Publikationskosten für dieses dieses Video-Artikel wurden von PerkinElmer bezahlt.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde von der Stichting Lijf en Leven, Projekt unterstützt Dilatation gegen arterielle Verschlusskrankheit steno.

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

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