Projekt-Nr. NVKP_16-1-2016-0017 ("Nationales Herzprogramm") wurde mit Unterstützung des Nationalen Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsfonds Ungarns durchgeführt, der im Rahmen des NVKP_16 Finanziert wird. Die Forschung wurde durch das thematische Exzellenzprogramm (2020-4.1.1.-TKP2020) des Ministeriums für Innovation und Technologie in Ungarn im Rahmen der thematischen Programme Therapeutische Entwicklung und Bioimaging der Semmelweis-Universität finanziert.

Dieses Protokoll folgt den Richtlinien des Regionalen und Institutionellen Ausschusses für Wissenschafts- und Forschungsethik der Semmelweis-Universität. Das vorliegende Protokoll gilt für einen bestimmten Anbieter. Obwohl einige Schritte unabhängig vom Ultraschallgerät und der Nachbearbeitungssoftware gültig bleiben, können wichtige Unterschiede bestehen, wenn Die Lösungen anderer Anbieter verwendet werden.
1. Technische Voraussetzungen
<ol><li>Verwenden Sie ein Echokardiographiegerät, das 3D-Bildgebung ermöglicht.</li>
	<li>Schließen Sie einen transthorakalen 3D-Echokardiographie-fähigen Phased-Array-Wandler an.</li>
	<li>Wenden Sie das eingebaute 3-Kanal-EKG des Ultraschallsystems an, damit das System die Aufzeichnungen und Analysen mit dem Herzzyklus synchronisieren kann.</li>
</ol>2. Aufnahme der echokardiographischen 3D-Bilder
<ol><li>Positionieren Sie den Patienten in der linken seitlichen Dekubitusposition (Patient liegt auf der linken Seite mit dem linken Arm über dem Kopf gestreckt).</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass die EKG-Ablaufverfolgung auf dem Bildschirm von guter Qualität ist. HINWEIS: Dies ist eine Voraussetzung für die Nachbearbeitung, da die Software die verschiedenen Punkte des Herzzyklus anhand des EKG-Signals erkennt.</li>
	<li>Heben Sie das Einfrieren des Bildes auf und beginnen Sie, den Patienten mit dem Schallkopf zu untersuchen. Visualisieren Sie eine konventionelle apikale Vierkammeransicht.</li>
	<li>Optimieren Sie die Bildqualität, indem Sie die Sektorbreite an LV anpassen, die Tiefe verringern, um den linken Vorhof abzuschneiden, und indem Sie einen leichten Overgain verwenden. HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die gesamte LV-Endo- und auch die epikardiale Oberfläche sichtbar ist.</li>
	<li>Drücken Sie die 4D-Taste , um in den 3D-Modus zu wechseln. HINWEIS: Durch Drücken der Multi-Slice...- Taste auf dem Touchscreen stehen vier Optionen (5, 7, 8, 12 Slices) zur Verfügung, um den 3D-Datensatz mit Standard-Kurz- und Langachsenschnitten zu überblicken. Bei Bedarf kann die Positionierung des Wandlers korrigiert werden, um die Einbeziehung der gesamten LV-Wanddicke von der apikalen bis zur Mitralklappenebene in den pyramidalen 3D-Datensatz sicherzustellen. Die Verwendung von 12 Slices (mit neun einstellbaren Kurzachsenansichten) wird empfohlen.</li>
	<li>Erfassen Sie 3D-Bilder im Multi-Beat - oder Single-Beat-Modus .<ol>
<li>Verwenden Sie den Multi-Beat-Modus , um eine höhere räumliche und zeitliche Auflösung zu erreichen, bei der der Datensatz aus 2, 3, 4 oder 6 Herzzyklen rekonstruiert wird (dies kann auf dem Bildschirm eingerichtet werden) - endexspiratorisches Atmen des Patienten und stabile Wandlerpositionierung erforderlich, um Stitching-Artefakte zu minimieren. HINWEIS: Die Single-Beat-Erfassung hat eine geringere räumliche und zeitliche Auflösung. Die meisten modernen Wandler haben jedoch eine bessere Qualität und können daher verwendet werden, um geeignete 3D-Datensätze ohne Rekonstruktion zu erhalten, um einer weiteren Analyse unterzogen zu werden. Als allgemeine Empfehlung werden Volumenraten über 15 Volumina pro Sekunde für die weitere Analyse empfohlen.</li>
		<li>Wenn das volle Volumen aus den Subbändern rekonstruiert ist und der gesamte LV sichtbar ist, frieren Sie das Bild ein. Wählen Sie mit den Reglern Cycle Select und Number of Cycles die optimal erfassten Herzzyklen aus und drücken Sie Image Store. HINWEIS: Stitching-Artefakte sind räumlich oder vorübergehend falsch ausgerichtete Teilbänder nebeneinander. Datensätze mit einem signifikanten Ausfall von LV-Wänden oder mit Stitching-Artefakten sind in der Regel nicht für eine weitere Analyse geeignet. Die Qualität des bereits erfassten 3D-Datensatzes kann im Multi-Slice-Modus überprüft werden.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Nachbearbeitung zur Quantifizierung der Morphologie und Funktion von LV
<ol><li>Wählen Sie einen 3D-Datensatz aus, der für die weitere Analyse geeignet ist. HINWEIS: Dieser Teil des Protokolls erfordert die zuvor aufgenommenen und gespeicherten 3D-Bilder in guter Qualität und kann entweder auf dem Ultraschallgerät und einer separaten Workstation durchgeführt werden.</li>
	<li>Klicken Sie auf messen | Lautstärke und wählen Sie dann 4D Auto LVQ.</li>
	<li>Auf dem Quad-Screen (drei apikale Ansichten: Vier-, Zwei- und Drei-Kammer-Ansichten und eine Kurzachsenansicht, letztere kann durch eine horizontale Ebene auf Langachsenansichten eingestellt werden) fragt die Software Nach Ausrichtung von apikalen Slices in Standardansichten ändern. Korrigieren Sie bei Bedarf die apikalen Ansichten manuell durch Neigen und Drehen, um die entsprechende Standardansicht anzuzeigen, wodurch eine Verkürzung entfällt. Stellen Sie die Neigung ein, um den Bremssattel an der Längsachse des LV auszurichten, indem Sie die Bremssättel auf langachsigen Ansichten ziehen und bewegen. Stellen Sie die Drehung durch die entsprechenden oder die Drehregler Alle an der Maschine oder durch Einstellen der Bremssättel auf dem Kurzachsenbild ein. HINWEIS: Die Softwareempfehlung kann durch Drücken der Taste "Automatisch ausrichten " zurückgesetzt werden.</li>
	<li>Nachdem Sie die Ausrichtung der Ansicht abgeschlossen haben, klicken Sie auf den nächsten Schritt EDV. Der enddiastolische (ED) Rahmen wird über das EKG-Signal automatisch erkannt, kann aber bei Bedarf manuell korrigiert werden.</li>
	<li>Halbautomatische Detektion von LV endo- und epikardialer Oberfläche<ol><li>Wählen Sie zwei Orientierungspunkte manuell in beliebigen apikalen Ansichten aus. Identifizieren Sie zunächst die LV-Spitze und dann die Mitte der LV-Basis (Mitralannulusebene) in jeder apikalen Ansicht. Der Algorithmus konturiert automatisch den endokardialen Rand des gesamten LV. HINWEIS: Es gibt zwei weitere Optionen: Manuell, was bedeutet, dass in jeder apikalen Ansicht zwei basale und eine apikale Landmarke eingestellt werden sollten, und Auto Init, das den LV automatisch ohne Benutzerinteraktion konturiert.</li>
		<li>Überprüfen Sie die Glaubwürdigkeit der Kontur in drei apikalen Ansichten, drei Kurzachsenansichten verschiedener Ebenen und einer vierten benutzergesteuerten kurzen Achse, um eine visuelle Überprüfung der erkannten Oberfläche zu ermöglichen. Die Konturkorrektur ist durch manuelles Hinzufügen von Punkten möglich, die dann in die Konturlinie integriert werden. HINWEIS: Mit Rückgängig kann der zuvor hinzugefügte Punkt gelöscht werden. Die Reset-Taste setzt die Konturierung zurück, um den gesamten Abschnitt von vorne zu starten. Die Kontursichtbarkeit kann angepasst werden, um die Erkennung der Endokardoberfläche auf dem Graustufenbild zu ermöglichen. Endokard- und Epikardkonturen sollten genau und konsistent durchgeführt werden. Eine detaillierte Empfehlung finden Sie in der folgenden Referenz6.</li>
		<li>Wählen Sie den nächsten Schritt, den ESV.</li>
		<li>Wiederholen Sie den gleichen Vorgang (3.5.1-3.5.2) wie in den vorherigen Punkten erwähnt, um die endokardiale Kontur auf dem endsystolischen Rahmen zu identifizieren und zu korrigieren. HINWEIS: Der endsystolische (ES) Frame wird automatisch über das EKG-Signal erkannt, kann aber bei Bedarf manuell korrigiert werden. Werte des enddiastolischen Volumens (EDV), des endsystolischen Volumens (ESV), der Auswurffraktion (EF), der Herzfrequenz (HR), des Schlagvolumens (SV), des Herzzeitvolumens (CO) und des Sphäroizitätsindex (SpI) werden bereits auf dem Bildschirm angezeigt.</li>
		<li>Drücken Sie die Lautstärkewellenform für den nächsten Schritt. Die Software zeigt ein dynamisches 3D-Modell des LV und auch eine Zeit-Volumen-Kurve an, während sie die Endokardoberfläche während des gesamten Herzzyklus Bild für Bild verfolgt (Abbildung 1). HINWEIS: Hier besteht die Möglichkeit, den endokardialen Rand an jedem Frame zu bearbeiten.</li>
		<li>Drücken Sie für den nächsten Schritt LV Mass. Die Software konturiert automatisch die LV-Epikartonkontur auf dem enddiastolischen Rahmen und berechnet die LV-Masse (EDMass). HINWEIS: Bearbeiten Sie bei Bedarf die Kontur der epikarden Fläche, indem Sie Punkte hinzufügen, die (dieselbe Methode wie zuvor beschrieben) in eine beliebige Kurz- oder Langachsenebene eingeschlossen werden sollen. Es kann ausgewählt werden, welche Kontur angepasst werden soll: Endo, Epi oder Endo+Epi.</li>
		<li>Drücken Sie 4D Strain ROI für den nächsten Schritt. Die Software konturiert automatisch die epikardiale LV-Kontur auf dem endsystolischen Rahmen und berechnet die LV-Endsystolische Masse (ESMass). HINWEIS: Bearbeiten Sie bei Bedarf die endsystolische Kontur der epikarden Fläche, indem Sie Punkte hinzufügen, die (dieselbe Methode wie zuvor beschrieben) in eine beliebige Kurz- oder Langachsenebene eingeschlossen werden sollen. ESMass sollte einen ähnlichen Wert haben wie EDMass. Dieser Schritt ist wichtig, um 3D-Dehnungswerte durch Speckle-Tracking zu berechnen.</li>
		<li>Drücken Sie 4D Strain Results für den nächsten Schritt. Die Software visualisiert die 3D-Myokardverfolgung auf mehreren Kurz- und Langachsenebenen und die entsprechenden Dehnungswerte der 17 Standard-LV-Segmente während des gesamten Herzzyklus Bild für Bild. Zeit-Dehnungskurven und Bull's Eye-Plot werden ebenfalls angezeigt. Folgende Parameter werden berechnet und können nachgewiesen werden: Längsdehnung, Umfangsdehnung, radiale Dehnung, Flächendehnung, Rotation und Torsion. HINWEIS: Es besteht die Möglichkeit, ein bestimmtes LV-Segment von der Analyse auszuschließen, wenn es durch visuelle Beobachtung von Bildern oder basierend auf der Zeit-Dehnungs-Kurve als minderwertig angesehen wird. Die Software empfiehlt jedoch standardmäßig die Segmentgenehmigung oder -ablehnung. Farbcodierte Dehnungswerte können auf einem dynamischen 3D-Modell des LV durch Ändern des "Layouts" visualisiert werden.</li>
	</ol></li>
	<li>Um die Analyse zu beenden, klicken Sie auf Genehmigen & Beenden.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Guta, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+echocardiography+to+assess+left+ventricular+geometry+and+function.">Three-dimensional echocardiography to assess left ventricular geometry and function.</a> Expert Review of Cardiovascular Therapy. 17 (11), 801-815 (2019).</li><li>Surkova, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+Clinical+Applications+of+Three-Dimensional+Echocardiography:+When+the+Technique+Makes+the+Difference.">Current Clinical Applications of Three-Dimensional Echocardiography: When the Technique Makes the Difference.</a> Current Cardiology Reports. 18 (11), 109 (2016).</li><li>Lang, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recommendations+for+cardiac+chamber+quantification+by+echocardiography+in+adults:+an+update+from+the+American+Society+of+Echocardiography+and+the+European+Association+of+Cardiovascular+Imaging.">Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging.</a> Journal of the American Society of Echocardiography. 28 (1), 1-39 (2015).</li><li>Matyas, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+speckle-tracking+echocardiography+with+invasive+hemodynamics+for+the+detection+of+characteristic+cardiac+dysfunction+in+type-1+and+type-2+diabetic+rat+models.">Comparison of speckle-tracking echocardiography with invasive hemodynamics for the detection of characteristic cardiac dysfunction in type-1 and type-2 diabetic rat models.</a> Cardiovascular Diabetology. 17 (1), 13 (2018).</li><li>Kovacs, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+hemodialysis,+left+ventricular+mass+and+FGF-23+on+myocardial+mechanics+in+end-stage+renal+disease:+a+three-dimensional+speckle+tracking+study.">Impact of hemodialysis, left ventricular mass and FGF-23 on myocardial mechanics in end-stage renal disease: a three-dimensional speckle tracking study.</a> International Journal of Cardiovascular Imaging. 30 (7), 1331-1337 (2014).</li><li>Muraru, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+analysis+of+left+ventricular+geometry+and+function+by+three-dimensional+echocardiography+in+healthy+adults.">Comprehensive analysis of left ventricular geometry and function by three-dimensional echocardiography in healthy adults.</a> Journal of the American Society of Echocardiography. 26 (6), 618-628 (2013).</li><li>Lakatos, B. 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C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LV+mass+assessed+by+echocardiography+and+CMR,+cardiovascular+outcomes,+and+medical+practice.">LV mass assessed by echocardiography and CMR, cardiovascular outcomes, and medical practice.</a> JACC Cardiovasc Imaging. 5 (8), 837-848 (2012).</li><li>Olah, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+dynamic+changes+in+left+ventricular+morphology+and+function+induced+by+exercise+training+and+detraining.">Characterization of the dynamic changes in left ventricular morphology and function induced by exercise training and detraining.</a> International Journal of Cardiology. 277, 178-185 (2019).</li><li>Nagy, V. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+Right+Ventricular+Global+Longitudinal+Strain+in+Predicting+Early+and+Long-Term+Mortality+in+Cardiac+Resynchronization+Therapy+Patients.">Role of Right Ventricular Global Longitudinal Strain in Predicting Early and Long-Term Mortality in Cardiac Resynchronization Therapy Patients.</a> PLoS One. 10 (12), e0143907 (2015).</li><li>Kovacs, A., Lakatos, B., Tokodi, M., Merkely, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Right+ventricular+mechanical+pattern+in+health+and+disease:+beyond+longitudinal+shortening.">Right ventricular mechanical pattern in health and disease: beyond longitudinal shortening.</a> Heart Failure Reviews. 24 (4), 511-520 (2019).</li><li>Badano, L. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+three-dimensional+speckle+tracking+to+assess+left+ventricular+myocardial+mechanics:+inter-vendor+consistency+and+reproducibility+of+strain+measurements.">Use of three-dimensional speckle tracking to assess left ventricular myocardial mechanics: inter-vendor consistency and reproducibility of strain measurements.</a> European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 14 (3), 285-293 (2013).</li></ol>

Morphologische und funktionelle Messungen der LV stellen Eckpfeiler der Diagnose, des Managements und der Nachsorge von Herzerkrankungen dar. Darüber hinaus sind sie starke Prädiktoren für das Ergebnis. Im Allgemeinen wird die 2D-Echokardiographie-basierte Bewertung des LV durch aktuelle Praxisrichtlinien empfohlen; Die 3D-Echokardiographie hat sich jedoch als genauer erwiesen, da sie frei von geometrischen Annahmen über die LV-Form ist7,8. Die Deformationsbildgebung durch Speckle-Tracking ist eine robuste Methode zur Beurteilung verschiedener Richtungen der Myokarddehnung, die eine empfindlichere Quantifizierung von Wandbewegungsanomalien ermöglicht5. Der Längsschnittstamm hat im Vergleich zur Auswurffraktion einen überlegenen Prognosewert9.
Im Allgemeinen wird der LV aus einem transthorakalen apikalen Fenster unter Verwendung von 3D-Datensätzen mit vollem Volumen erfasst, die während des endexspiratorischen Atmens aus 4 bis 6 Herzzyklen rekonstruiert wurden, und dann werden Die Teilvolumina automatisch zusammengefügt, um eine optimale räumliche und zeitliche Auflösung zu erreichen. Voraussetzung für einen richtigen 3D-Datensatz ist ein optimiertes 2D-Bild durch die Anpassung von Wandlerfrequenzen, Tiefe und durch die Verwendung eines leichten Overgains. Ziel ist es, die gesamte LV-Endo- und auch Epikardoberfläche in einen qualitativ hochwertigen pyramidenförmigen Datensatz einzubinden, der durch die Überprüfung mehrerer Kurz- und Langachsenansichten vor der Erfassung sichergestellt werden könnte: Die Benutzeroberfläche der Maschine bietet diese Multiplane-Ansicht. Man kann eine andere Wandlerpositionierung verwenden, um die Visualisierung im Vergleich zur herkömmlichen Ansicht, die für 2D-Messungen verwendet wird, zu optimieren, da die Verkürzung während der Nachbearbeitung korrigiert werden kann. Zusätzliche Atemwegsmanöver können ebenfalls angewendet werden.
Herkömmliche 2D-Methoden zur Messung der Morphologie und Funktion von LV haben inhärente Grenzen. Sie verlassen sich stark auf die richtige Positionierung des Schallwandlers und die manuelle Konturierung der LV-Endokardoberfläche. Darüber hinaus berücksichtigt die derzeit empfohlene Doppeldecker-Simpson-Methode nur zwei tomographische Ebenen und vernachlässigt die verbleibende, große Oberfläche der kugelförmigen LV-Struktur. Zur Quantifizierung von LV-Volumen werden geometrische Annahmen über die LV-Form verwendet3. Nicht-3D-Methoden unterschätzen das LV-Volumen signifikant10. Diese Mängel sind bei Patienten mit unregelmäßigen LV-Formen und ungewöhnlichen Mustern von Wandbewegungsanomalien noch übertriebener11. Die LV-Masse ist auch ein starker Prädiktor für das Ergebnis, obwohl der aktuelle M-Modus oder 2D-Techniken zahlreiche Einschränkungen aufweisen. Die weit verbreitete Devereux-Formel unter Verwendung linearer Messungen unterschätzt den normalen Bereich der LV-Masse; es überschätzt jedoch signifikant, wenn eine signifikante Hypertrophie vorliegt12,13. 3D-Echokardiographie-basierte Messungen sind reproduzierbarer und haben eine bessere Korrelation mit Goldstandard-CMR. Der Sphäroizitätsindex ist ein traditionelles, aber gut funktionierendes Maß für die LV-Form, und seine Messung ist mithilfe der 3D-Echokardiographie repräsentativer. Dehnungs- und Dehnungsratenmessungen werden aufgrund ihrer überlegenen Sensitivität und ihres zusätzlichen prognostischen Wertes zu einem wesentlichen Bestandteil von Forschung und klinischer Praxis14,15. Längs- und Umfangsverkürzung und sogar Rotationsmechanik können durch 3D-Speckle-Tracking quantifiziert werden, während sich Daten ansammeln, um ihren Wert zu beweisen16. Die 3D-Analyse eliminiert Bewegungen außerhalb der Ebene (bekannte Einschränkung des 2D-Ansatzes); Eine geringere zeitliche und räumliche Auflösung von 3D-Datensätzen sowie Unterschiede in den Softwarealgorithmen sollten jedoch berücksichtigt werden.
Während die Geschwindigkeit und Robustheit der 3D-LV-Quantifizierung Kliniker dazu bringt, sie bei jedem einzelnen Patienten einzusetzen, sollten mehrere Einschränkungen berücksichtigt werden. Trotz aller Verbesserungen der Bildqualität wird es eine bestimmte Untergruppe von Patienten geben, deren echokardiographisches Fenster für eine halbautomatische oder sogar manuelle Messung nicht ausreicht. Klinische Erfahrung kann den Kliniker dazu bringen, die Messwerte zu überprüfen und über alternative Techniken wie Kontrastechokardiographie oder CMR nachzudenken. Während von "Augapfeln" abgeraten wird, können wir eine Korrelation zwischen Expertenantizipation und Messwerten suchen. Softwarealgorithmen wenden erlernte Modelle der LV-Form während der automatischen endo- und epikardialen Konturierung an; Daher werden wir eine Kontur auch in den Bereichen sehen, die tatsächlich außerhalb des Abbildungsvolumens liegen. Wir müssen versuchen, die gesamte LV-endo- und epikardiale Oberfläche in das erworbene Volumen einzubeziehen, um eine solche Interpolation zu minimieren. Wenn dieser Aussetzer trotz aller Bemühungen anhält, sollten die Ergebnisse mit Vorsicht interpretiert werden. Stitching-Artefakte sind während der Multi-Beat-Rekonstruktion ziemlich häufig, verursacht durch unregelmäßigen Rhythmus, unerwünschte Wandler- oder Patientenbewegungen (atemstillen nicht anhalten) während der Erfassung oder sogar technische Probleme. Während 3D-Rekonstruktionen trotz dieser Artefakte in der Regel machbar sind, sollten die Ergebnisse hinterfragt und neue Analysen mit einer weiteren stitchingfreien Schleife eingeleitet werden. Die meisten modernen Wandler ermöglichen eine adäquate räumliche und zeitliche Auflösung (>20 Volumina pro Sekunde) ohne Multi-Beat-Erfassung, was dieses Problem natürlich beseitigt. Für eine angemessene Bildaufnahme und Software-Nachbearbeitung kann die Rolle einer stabilen, qualitativ hochwertigen EKG-Nachverfolgung nicht genug betont werden. Die Platzierung der Landmarken während der Nachbearbeitung ist von entscheidender Bedeutung, da sie sich erheblich auf die Endwerte und die Gesamtqualität der Nachverfolgung auswirkt. Derzeit ist für fast jeden Patienten eine manuelle Korrektur der automatischen Konturierung erforderlich. Wir müssen jedoch bedenken, dass je mehr wir interagieren, desto mehr menschliche Fehler können eingeführt werden, die die Reproduzierbarkeit verschlechtern. Ein angemessener Kompromiss sollte festgelegt werden, um softwarebezogene Konturierungsfehler zu behandeln. Dieses Problem wird während der Lernkurve verfeinert und verbessert sich mit zunehmender Erfahrung. Wichtig ist, dass es signifikante Herstellerunterschiede bei der Messung von 3D-Dehnungswerten gibt, und derzeit gibt es keine Standardisierung, die bereits bei globalen Längsdehnungen durch 2D-Speckle-Tracking stattgefunden hat17. Tracking-Qualität und Glaubwürdigkeit der Ergebnisse sind höher in Bezug auf 2D-Speckle-Tracking, 3D-Dehnungsmessungen werden vorzugsweise in der Arena der Forschung in der Zeit des Schreibens dieses Artikels platziert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 3D-Echokardiographie-basierte Softwarelösungen die genauesten echokardiographischen Ergebnisse in Bezug auf LV-Morphologie und -Funktion liefern. Sie werden mit CMR validiert und haben sich als reproduzierbarer und noch weniger zeitaufwendig erwiesen als herkömmliche 2D-Techniken. Ihre Anwendung in der Forschung und auch im klinischen Leben wird sich weiterentwickeln. Weitere Verbesserungen durch den Einsatz künstlicher Intelligenz können den Weg zur automatischen Quantifizierung ohne menschliche Interaktion ebnen.

Die Beurteilung der linksventrikulären (LV) Morphologie und Funktion ist der vorherrschende Zweck allgemeiner und noch spezifischerer Untersuchungen in der Kardiologie1. Die weit verbreitete und nichtinvasive transthorakale Echokardiographie (TTE), die dichte Informationsmengen liefern kann, ist die Methode der Wahl für eine bequeme, schnelle und kostengünstige Bewertung.
Die Messung der LV-Masse, des Volumens und der anschließenden Auswurffraktion hat einen signifikanten diagnostischen und auch prognostischen Wert2. Je genauer ein bestimmtes Maß ist, desto höher ist sein Wert. Eine bessere Korrelation mit den von der Goldstandard-Bildgebung der kardialen Magnetresonanz (CMR) abgeleiteten Werte ist eine anhaltende Jagd nach echokardiographischen Techniken. Im Allgemeinen empfehlen die Richtlinien für die klinische Praxis die Simpson-Methode des Doppeldeckers zur Messung des LV-Volumens und der Auswurffraktion3. Die LV ist jedoch eine dreidimensionale (3D) Struktur mit einer oft unregelmäßigen Form, und daher werden mehrere tomographische Ebenen in einigen klinischen Szenarien zweifellos daran scheitern, die Morphologie und Funktion der LV genau abzugrenzen. Jüngste Fortschritte in der Ultraschall-Hardware- und Softwaretechnologie ermöglichten die Entwicklung der Echtzeit-3D-Bildgebung, die echokardiographische Protokolle revolutioniert.
Darüber hinaus führte die Notwendigkeit eines quantitativen Ansatzes in Bezug auf Wandbewegungsanomalien zu einem Anstieg der Deformationsbildgebung4. Dehnungs- und Dehnungsratenparameter können durch Speckle-Tracking unter Verwendung von Standard-Graustufenbildern berechnet werden. Die 3D-Echokardiographie kann auch mehrere Mängel einer zweidimensionalen Dehnungsbeurteilung überwinden5. Von einem teuren wissenschaftlichen Werkzeug wurde die 3D-Echokardiographie zu einer leistungsstarken Technik, die in der täglichen klinischen Praxis verwendet wird, und die Quantifizierung des LV steht bei diesem Durchbruch sicherlich an erster Stelle.
Der vorliegende Artikel zielt darauf ab, den Leser durch ein detailliertes 3D-Protokoll zu führen, indem er Tipps und Tricks präsentiert und auch die potenziellen Fallstricke hervorhebt, um den weit verbreiteten, aber technisch fundierten Einsatz dieser wichtigen Technik in Bezug auf die LV zu erleichtern.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3V-D/4V-D/4Vc-D</td>
			<td>General Electric</td>
			<td>n.a.</td>
			<td>ultrasound probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4D Auto LVQ</td>
			<td>General Electric</td>
			<td>n.a.</td>
			<td>software for analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E9/E95</td>
			<td>General Electric</td>
			<td>n.a.</td>
			<td>ultrasound machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EchoPac v203</td>
			<td>General Electric</td>
			<td>n.a.</td>
			<td>software for analysis</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

evaluation of left ventricular structure and function using 3d echocardiography

Die dreidimensionale (3D) Quantifizierung des linken Ventrikels (LV) bietet einen signifikanten Mehrwert in Bezug auf diagnostische Genauigkeit und präzise Risikostratifizierung bei verschiedenen Herzerkrankungen. Vor kurzem wurde die 3D-Echokardiographie in der kardiologischen Routinepraxis verfügbar; Eine qualitativ hochwertige Bilderfassung und anschließende Analyse haben jedoch eine steile Lernkurve. Der vorliegende Artikel zielt darauf ab, den Leser durch ein detailliertes 3D-Protokoll zu führen, indem er Tipps und Tricks präsentiert und auch die potenziellen Fallstricke hervorhebt, um den weit verbreiteten, aber technisch fundierten Einsatz dieser wichtigen Technik in Bezug auf die LV zu erleichtern. In erster Linie zeigen wir die Erfassung eines hochwertigen 3D-Datensatzes mit optimaler räumlicher und zeitlicher Auflösung. Anschließend stellen wir die analytischen Schritte zu einer detaillierten Quantifizierung des LV unter Verwendung einer der am weitesten verbreiteten integrierten Software vor. Wir werden LV-Volumen, Sphäroizität, Masse und auch systolische Funktion quantifizieren, indem wir die Ejektionsfraktion und die Myokarddeformation (Längs- und Umfangsdehnung) messen. Wir werden klinische Beispiele über die wesentlichen Szenarien diskutieren und liefern, in denen der Übergang von einem konventionellen echokardiographischen Ansatz zu einer 3D-basierten Quantifizierung dringend empfohlen wird.

Eine 3D-Analyse des LV ist bei der Mehrzahl der Patienten durchführbar. Fall 1 ist ein gesunder Freiwilliger mit normalem ventrikulärem Volumen und Normalfunktion (Abbildung 1). Fall 2 (Abbildung 2) ist ein 64-jähriger männlicher Patient mit dilatativer Kardiomyopathie und einem breiten QRS-Komplex (160 ms) der Linken-Bündel-Astblockmorphologie. Goldstandard-CMR-Messungen waren die folgenden: enddiastolisches Volumen: 243 ml, endsystolisches Volumen: 160 ml, Auswurffraktion: 34%, LV-Masse: 163 g. Herkömmliche lineare echokardiographische Messungen unterschätzten signifikant das LV-Volumen (enddiastolisch: 139 ml, endsystolisch: 76 mL) und überschätzten die Auswurffraktion (45%) und die LV-Masse (469 g). 3D-echokardiographische Messungen sind jedoch viel näher am Goldstandard, wie in Abbildung 2 dargestellt. Darüber hinaus liefert die Analyse der Myokardmechanik mittels 3D-Speckle-Tracking aussagekräftige Daten zu dyssynchronen Kontraktionen und segmentalen Dysfunktionen. Der Patient unterzog sich später einer erfolgreichen kardialen Resynchronisationstherapie.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61212/61212fig1.jpg"> Abbildung 1: 3D-LV-Analyse einer 18-jährigen Freiwilligen, die frei von Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist. Das aktuelle Bild bezieht sich auf die Volumenwellenform (Schritt 3.5.5). Auf der linken Seite des Bildschirms sind drei verschiedene LV-Langachsen- und eine Kurzachsenansicht zu sehen; die grüne Kontur stellt die enddiastolische Endokardoberfläche dar. In der oberen rechten Ecke sind die Hauptergebnisse sichtbar, die normale LV-Volumen, Form und Funktion demonstrieren. Darunter sind das 3D-LV-Endokardoberflächenmodell (rot) und die Zeit-Volumen-Kurve während des gesamten Herzzyklus sichtbar. ED: enddiastolisch, ES: endsystolisch, EDMass: LV-Masse, EDV: enddiastolisches Volumen, ESV: endsystolisches Volumen, EF: Ejektionsfraktion, HR: Herzfrequenz, BPM: Schläge pro Minute, SV: Schlagvolumen, CO: Herzzeitvolumen, SpI: Sphärizitätsindex. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61212/61212fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61212/61212fig2.jpg"> Abbildung 2: 3D-LV-Analyse eines Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie. Das aktuelle Bild bezieht sich auf die 4D Dehnungsergebnisse (Schritt 3.5.8). Auf der linken Seite des Bildschirms werden farbcodierte Längsdehnungswerte auf einem 3D-Modell des LV visualisiert, das eine reduzierte Dehnung der Seitenwand (blau) zeigt. Quantitativ werden endsystolische Dehnungswerte in der unteren rechten Ecke auf dem Bull's eye-Diagramm der 17 Standard-LV-Segmente angezeigt. In der oberen rechten Ecke sind globale und auch segmentale Längsdehnungswerte auf Zeit-Dehnungs-Kurven während des gesamten Herzzyklus sichtbar. ED: enddiastolisch, ES: endsystolisch, EDV: enddiastolisches Volumen, ESV: endsystolisches Volumen, EF: Ejektionsfraktion, G: global, HR: Herzfrequenz, BPM: Schläge pro Minute, SV: Schlagvolumen, CO: Herzzeitvolumen, SpI: Sphäroizitätsindex. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61212/61212fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

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Evaluation of Left Ventricular Structure and Function using 3D Echocardiography

In diesem Artikel stellen wir ein Schritt-für-Schritt-Erfassungs- und Analyseprotokoll für die volumetrische Beurteilung und Speckle-Tracking-Analyse des linken Ventrikels mittels 3D-Echokardiographie vor, wobei wir uns insbesondere auf praktische Aspekte konzentrieren, die die Machbarkeit dieser Technik maximieren.

Bewertung der linksventrikulären Struktur und Funktion mittels 3D-Echokardiographie

Three-dimensional (3D) quantification of the left ventricle (LV) provides significant added value in terms of diagnostic accuracy and precise risk ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

3.8K Aufrufe.  Semmelweis University. In diesem Artikel stellen wir ein Schritt-für-Schritt-Erfassungs- und Analyseprotokoll für die volumetrische Beurteilung und Speckle-Tracking-Analyse des linken Ventrikels mittels 3D-Echokardiographie vor, wobei wir uns insbesondere auf praktische Aspekte konzentrieren, die die Machbarkeit dieser Technik maximieren.

Serie: Evaluation of Left Ventricular Structure and Function using 3D Echocardiography

Measuring Left Ventricular Pressure in Late Embryonic and Neonatal Mice

Blood pressure increases significantly during embryonic and postnatal development in vertebrate animals. In the mouse, blood flow is first detectable around embryonic day (E) 8.51. Systolic left ventricular (LV) pressure is 2 mmHg at E9.5 and 11 mmHg at E14.52. At these mid-embryonic stages, the LV is clearly visible through the chest wall for invasive pressure measurements because the ribs and skin are not fully developed. Between E14.5 and birth (approximately E21) imaging methods must be used to view the LV. After birth, mean arterial pressure increases from 30 - 70 mmHg from postnatal day (P) 2 - 353. Beyond P20, arterial pressure can be measured with solid-state catheters (i.e. Millar or Scisense). Before P20, these catheters are too big for developing mouse arteries and arterial pressure must be measured with custom pulled plastic catheters attached to fluid-filled pressure transducers3 or glass micropipettes attached to servo null pressure transducers4.
Our recent work has shown that the greatest increase in blood pressure occurs during the late embryonic to early postnatal period in mice5-7. This large increase in blood pressure may influence smooth muscle cell (SMC) phenotype in developing arteries and trigger important mechanotransduction events. In human disease, where the mechanical properties of developing arteries are compromised by defects in extracellular matrix proteins (i.e. Marfan's Syndrome8 and Supravalvular Aortic Stenosis9) the rapid changes in blood pressure during this period may contribute to disease phenotype and severity through alterations in mechanotransduction signals. Therefore, it is important to be able to measure blood pressure changes during late embryonic and neonatal periods in mouse models of human disease.
We describe a method for measuring LV pressure in late embryonic (E18) and early postnatal (P1 - 20) mice. A needle attached to a fluid-filled pressure transducer is inserted into the LV under ultrasound guidance. Care is taken to maintain normal cardiac function during the experimental protocol, especially for the embryonic mice. Representative data are presented and limitations of the protocol are discussed.

Measuring left ventricular pressure (LV) in embryonic and neonatal mice is described. Pressure is measured by inserting a needle connected to a fluid-filled transducer into the LV under ultrasound guidance. Care must be taken to maintain normal cardiac function during the experimental protocol.

Die Messung linksventrikulärer Druck in der späten embryonalen und neugeborenen Mäusen

Blood pressure increases significantly during embryonic and postnatal development in vertebrate animals. In the mouse, blood flow is first detectable ...

Forschung

Biotechnik

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that MicroCT provides quantitative high-resolution three-dimensional (3D) anatomical data non-destructively and longitudinally. Most importantly, with the development of a novel preclinical iodinated contrast agent called eXIA160, functional and metabolic assessment of the heart became possible. However, prior to the advent of commercial MicroCT scanners equipped with X-ray flat-panel detector technology and easy-to-use cardio-respiratory gating, preclinical studies of cardiovascular disease (CVD) in small animals required a MicroCT technologist with advanced skills, and thus were impractical for widespread implementation. The goal of this work is to provide a practical guide to the use of the high-speed Quantum FX MicroCT system for comprehensive determination of myocardial global and regional function along with assessment of myocardial perfusion, metabolism and viability in healthy mice and in a cardiac ischemia mouse model induced by permanent occlusion of the left anterior descending coronary artery (LAD).

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

This method outlines the use of Quantum Micro-Computed Tomography (MicroCT) to assess cardiac morphology, function, perfusion, metabolism and viability with iodinated contrast agent in mice with experimentally-induced myocardial ischemia. The technique can be applied for non-destructive high-throughput longitudinal in vivo imaging of various animal models of human heart disease.

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

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that ...

Improving 2D and 3D Skin In Vitro Models Using Macromolecular Crowding

The glycoprotein family of collagens represents the main structural proteins in the human body, and are key components of biomaterials used in modern tissue engineering. A technical bottleneck is the deposition of collagen in vitro, as it is notoriously slow, resulting in sub-optimal formation of connective tissue and subsequent tissue cohesion, particularly in skin models. Here, we describe a method which involves the addition of differentially-sized sucrose co-polymers to skin cultures to generate macromolecular crowding (MMC), which results in a dramatic enhancement of collagen deposition. Particularly, dermal fibroblasts deposited a significant amount of collagen I/IV/VII and fibronectin under MMC in comparison to controls.
The protocol also describes a method to decellularize crowded cell layers, exposing significant amounts of extracellular matrix (ECM) which were retained on the culture surface as evidenced by immunocytochemistry. Total matrix mass and distribution pattern was studied using interference reflection microscopy. Interestingly, fibroblasts, keratinocytes and co-cultures produced cell-derived matrices (CDM) of varying composition and morphology. CDM could be used as &#34;bio-scaffolds&#34; for secondary cell seeding, where the current use of coatings or scaffolds, typically from xenogenic animal sources, can be avoided, thus moving towards more clinically relevant applications.
In addition, this protocol describes the application of MMC during the submerged phase of a 3D-organotypic skin co-culture model which was sufficient to enhance ECM deposition in the dermo-epidermal junction (DEJ), in particular, collagen VII, the major component of anchoring fibrils. Electron microscopy confirmed the presence of anchoring fibrils in cultures developed with MMC, as compared to controls. This is significant as anchoring fibrils tether the dermis to the epidermis, hence, having a pre-formed mature DEJ may benefit skin graft recipients in terms of graft stability and overall wound healing. Furthermore, culture time was condensed from 5 weeks to 3 weeks to obtain a mature construct, when using MMC, reducing costs.

Improving 2D and 3D Skin In Vitro Models Using Macromolecular Crowding

We present a protocol to obtain cell-derived matrices rich in extracellular matrix proteins, using macromolecular crowders (MMC). In addition, we present a protocol which incorporates MMC in 3D organotypic skin co-culture generation, which reduces culture time while maintaining maturity of construct.

Die Verbesserung der 2D- und 3D-Haut<em&gt; In Vitro</em&gt; Modellen mithilfe von Macromolecular Crowding

The glycoprotein family of collagens represents the main structural proteins in the human body, and are key components of biomaterials used in modern ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass based substrates, and hydrogel-based tube formation assays. These assays, while informative, do not recapitulate lumen geometry, proper extracellular matrix, and multi-cellular proximity, which play key roles in modulating vascular function. This manuscript describes an injection molding method to generate engineered vessels with diameters on the order of 100 &#181;m. Microvessels are fabricated by seeding endothelial cells in a microfluidic channel embedded within a native type I collagen hydrogel. By incorporating parenchymal cells within the collagen matrix prior to channel formation, specific tissue microenvironments can be modeled and studied. Additional modulations of hydrodynamic properties and media composition allow for control of complex vascular function within the desired microenvironment. This platform allows for the study of perivascular cell recruitment, blood-endothelium interactions, flow response, and tissue-microvascular interactions. Engineered microvessels offer the ability to isolate the influence from individual components of a vascular niche and precisely control its chemical, mechanical, and biological properties to study vascular biology in both health and disease.

This manuscript presents an injection molding method to engineer microvessels that recapitulate physiological properties of endothelium. The microfluidic-based process creates patent 3D vascular networks with tailorable conditions, such as flow, cellular composition, geometry, and biochemical gradients. The fabrication process and examples of potential applications are described.

Mikrostrukturierung und Montage von 3D-Micro-Ader

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

Bioprinting of Cartilage and Skin Tissue Analogs Utilizing a Novel Passive Mixing Unit Technique for Bioink Precellularization

Bioprinting is a powerful technique for the rapid and reproducible fabrication of constructs for tissue engineering applications. In this study, both cartilage and skin analogs were fabricated after bioink pre-cellularization utilizing a novel passive mixing unit technique. This technique was developed with the aim to simplify the steps involved in the mixing of a cell suspension into a highly viscous bioink. The resolution of filaments deposited through bioprinting necessitates the assurance of uniformity in cell distribution prior to printing to avoid the deposition of regions without cells or retention of large cell clumps that can clog the needle. We demonstrate the ability to rapidly blend a cell suspension with a bioink prior to bioprinting of both cartilage and skin analogs. Both tissue analogs could be cultured for up to 4 weeks. Histological analysis demonstrated both cell viability and deposition of tissue specific extracellular matrix (ECM) markers such as glycosaminoglycans (GAGs) and collagen I respectively.

Cartilage and skin analogs were bioprinted using a nanocellulose-alginate based bioink. The bioinks were cellularized prior to printing via a single step passive mixing unit. The constructs were demonstrated to be uniformly cellularized, have high viability, and exhibit favorable markers of differentiation.

Bioprinting von Knorpel und Haut-Gewebe-Analoga nutzen eine neuartige Passive Einheit Mischtechnik für Bioink Precellularization

Bioprinting is a powerful technique for the rapid and reproducible fabrication of constructs for tissue engineering applications. In this study, both ...

Purification and Analytics of a Monoclonal Antibody from Chinese Hamster Ovary Cells Using an Automated Microbioreactor System

Monoclonal antibodies (mAbs) are one of the most popular and well-characterized biological products manufactured today. Most commonly produced using Chinese hamster ovary (CHO) cells, culture and process conditions must be optimized to maximize antibody titers and achieve target quality profiles. Typically, this optimization uses automated microscale bioreactors (15 mL) to screen multiple process conditions in parallel. Optimization criteria include culture performance and the critical quality attributes (CQAs) of the monoclonal antibody (mAb) product, which may impact its efficacy and safety. Culture performance metrics include cell growth and nutrient consumption, while the CQAs include the mAb's N-glycosylation and aggregation profiles, charge variants, and molecular weight. This detailed protocol describes how to purify and subsequently analyze HCCF samples produced by an automated microbioreactor system to gain valuable performance metrics and outputs. First, an automated protein A fast protein liquid chromatography (FPLC) method is used to purify the mAb from harvested cell culture samples. Once concentrated, the glycan profiles are analyzed by mass spectrometry using a specific platform (refer to the Table of Materials). Antibody molecular weights and aggregation profiles are determined using size exclusion chromatography-multiple angle light scattering (SEC-MALS), while charge variants are analyzed using microchip capillary zone electrophoresis (mCZE). In addition to the culture performance metrics captured during the bioreactor process (i.e., culture viability, cell counts, and common metabolites including glutamine, glucose, lactate, and ammonia), spent media is analyzed to identify limiting nutrients to improve the feeding strategies and overall process design. Therefore, a detailed protocol for the absolute quantification of amino acids by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) of spent media is also described. The methods used in this protocol take advantage of high-throughput platforms that are compatible for large numbers of small-volume samples.

A detailed protocol for the purification and subsequent analysis of a monoclonal antibody from harvested cell culture fluid (HCCF) of automated microbioreactors has been described. Use of analytics to determine critical quality attributes (CQAs) and maximizing limited sample volume to extract vital information is also presented.

Reinigung und Analyse eines monoklonalen Antikörpers aus chinesischen Hamster-Ovarialzellen mit einem automatisierten Mikrobioreaktorsystem

Monoclonal antibodies (mAbs) are one of the most popular and well-characterized biological products manufactured today. Most commonly produced using ...

Four-Dimensional CT Analysis Using Sequential 3D-3D Registration

Four-dimensional computed tomography (4DCT) provides a series of volume data and visualizes joint motions. However, numerical analysis of 4DCT data remains difficult because segmentation in all volumetric frames is time-consuming. We aimed to analyze joint kinematics using a sequential 3D-3D registration technique to provide the kinematics of the moving bone with respect to the fixed bone semiautomatically using 4DCT DICOM data and existing software. Surface data of the source bones are reconstructed from 3DCT. The trimmed surface data are respectively matched with surface data from the first frame in 4DCT. These trimmed surfaces are sequentially matched until the last frame. These processes provide positional information for target bones in all frames of the 4DCT. Once the coordinate systems of the target bones are decided, translation and rotation angles between any two bones can be calculated. This 4DCT analysis offers advantages in kinematic analyses of complex structures such as carpal or tarsal bones. However, fast or large-scale motions cannot be traced because of motion artifacts.

We analyzed joint kinematics from four-dimensional computed tomography data. The sequential 3D-3D registration method semiautomatically provides the kinematics of the moving bone with respect to the subject bone from four-dimensional computed tomography data.

Vierdimensionale CT-Analyse mit sequenzieller 3D-3D-Registrierung

Four-dimensional computed tomography (4DCT) provides a series of volume data and visualizes joint motions. However, numerical analysis of 4DCT data ...

Optical Imaging of Isolated Murine Ventricular Myocytes

The ability to isolate adult cardiac myocytes has permitted researchers to study a variety of cardiac pathologies at the single cell level. While advances in calcium sensitive dyes have permitted the robust optical recording of single cell calcium dynamics, recording of robust transmembrane optical voltage signals has remained difficult. Arguably, this is because of the low single to noise ratio, phototoxicity, and photobleaching of traditional potentiometric dyes. Therefore, single cell voltage measurements have long been confined to the patch clamp technique which while the gold standard, is technically demanding and low throughput. However, with the development of novel potentiometric dyes, large, fast optical responses to changes in voltage can be obtained with little to no phototoxicity and photobleaching. This protocol describes in detail how to isolate adult murine myocytes which can be used for cellular shortening, calcium, and optical voltage measurements. Specifically, the protocol describes how to use a ratiometric calcium dye, a single-excitation calcium dye, and a single excitation voltage dye. This approach can be used to assess the cardiotoxicity and arrhythmogenicity of various chemical agents. While phototoxicity is still an issue at the single cell level, methodology is discussed on how to reduce it.

We present the methodology for the isolation of murine myocytes and how to obtain voltage or calcium traces simultaneously with sarcomere shortening traces using fluorescence photometry with simultaneous digital cell geometry measurements.

Optische Bildgebung von isolierten ventrikulären Myozyten

The ability to isolate adult cardiac myocytes has permitted researchers to study a variety of cardiac pathologies at the single cell level. While advances ...

Primary Clarification of CHO Harvested Cell Culture Fluid using an Acoustic Separator

Primary clarification is an essential step in a biomanufacturing process for the initial removal of cells from therapeutic products within the harvested cell culture fluid. While traditional methods like centrifugation or filtration are widely implemented for cell removal, the equipment for these processes have large footprints and operation can involve contamination risks and filter fouling. Additionally, traditional methods may not be ideal for continuous bioprocessing schemes for primary clarification. Thus, an alternate application using acoustic (sound) waves was investigated to continuously separate cells from the cell culture fluid. Presented in this study is a detailed protocol for using a bench-scale acoustic wave separator (AWS) for the primary separation of culture fluid containing a monoclonal IgG1 antibody from a CHO cell bioreactor harvest. Representative data are presented from the AWS and demonstrate how to achieve effective cell clarification and product recovery. Finally, potential applications for AWS in continuous bioprocessing are discussed. Overall, this study provides a practical and general protocol for the implementation of AWS in primary clarification for CHO cell cultures and further describes its application potential in continuous bioprocessing.

Presented here is a protocol for the primary clarification of CHO cell culture using an acoustic separator. This protocol can be used for the primary clarification of shake flask cultures or bioreactor harvests and has the potential application for continuous clarification of the cell bleed material during perfusion bioreactor operations.

Primärklärung der CHO geernteten Zellkulturflüssigkeit mittels eines akustischen Separators

Primary clarification is an essential step in a biomanufacturing process for the initial removal of cells from therapeutic products within the harvested ...

Measuring 3D In-vivo Shoulder Kinematics using Biplanar Videoradiography

The shoulder is one of the human body's most complex joint systems, with motion occurring through the coordinated actions of four individual joints, multiple ligaments, and approximately 20 muscles. Unfortunately, shoulder pathologies (e.g., rotator cuff tears, joint dislocations, arthritis) are common, resulting in substantial pain, disability, and decreased quality of life. The specific etiology for many of these pathologic conditions is not fully understood, but it is generally accepted that shoulder pathology is often associated with altered joint motion. Unfortunately, measuring shoulder motion with the necessary level of accuracy to investigate motion-based hypotheses is not trivial. However, radiographic-based motion measurement techniques have provided the advancement necessary to investigate motion-based hypotheses and provide a mechanistic understanding of shoulder function. Thus, the purpose of this article is to describe the approaches for measuring shoulder motion using a custom biplanar videoradiography system. The specific objectives of this article are to describe the protocols to acquire biplanar videoradiographic images of the shoulder complex, acquire CT scans, develop 3D bone models, locate anatomical landmarks, track the position and orientation of the humerus, scapula, and torso from the biplanar radiographic images, and calculate the kinematic outcome measures. In addition, the article will describe special considerations unique to the shoulder when measuring joint kinematics using this approach.

Biplane videoradiography can quantify shoulder kinematics with a high degree of accuracy. The protocol described herein was specifically designed to track the scapula, humerus, and the ribs during planar humeral elevation, and outlines the procedures for data collection, processing, and analysis. Unique considerations for data collection are also described.

Messung der 3D-In-vivo-Schulterkinematik mittels biplanarer Videoradiographie

The shoulder is one of the human body's most complex joint systems, with motion occurring through the coordinated actions of four individual joints, ...