Высокочастотные высокого разрешения Эхокардиография: первое свидетельство о Неинвазивная Повторные Мера Инфаркт Процедить, сократимости и митральной регургитации в ишемией сердца мышей reperfused

Высокая частота ультразвуковая допплерография является новая технология для оценки региональных функцию миокарда. В настоящей работе приводятся первые доказательства, демонстрирующие применимость этой универсальной платформы визуализации для повторных измерений инфаркта напряжения, др / д, и митральной регургитации в ишемией reperfused (ИК) мышиных сердце.

Ишемии-реперфузии (ИК) был хирургическим путем осуществляется в мышиной сердца, которые были затем подвергают повторным визуализации для контроля временных изменений в функциональных параметров ключевых клиническое значение. Двумерные фильмов были приобретены при высокой частоте кадров (8 кГц) и были использованы для оценки высокого качества инфаркт напряжения. Двумерные elastograms (штамм изображения), а также деформация профилей, были визуализированы. Результаты были мощным в количественном оценке ИК-индуцированные изменения в сердечно-сосудистых осложнений, включая левого желудочка (ЛЖ) сокращение, Л. В. релаксации и isovolumetric фазы как до, ИК-и пост-ИК бьющимся сердцем у интактных мышей. Кроме того, под угрозу сектор мудрый движения стенки и анатомические деформации в инфаркта миокарда были визуализированы. Elastograms были однозначно в состоянии предоставить информацию по следующим параметрам в дополнение к стандартным физиологических показателей, которые, как известно, пострадавших от инфаркта миокарда у мышей: внутренний диаметр митрального отверстия клапанов и аорты, эффективные регургитации отверстие, инфаркт деформации (окружной, а также как радиальная), турбулентность в крови картина течения как показал цвет фильмов Доплера и профилей скорости, асинхронность в LV сектора, а также изменения в длину и направление вектора демонстрируя медленнее и асимметричные стены движения. Эта работа делает упор на визуальную демонстрацию того, как такие анализы выполняются.

Экспериментальные протоколы

Следующие различные протоколы будут использоваться для установления возможности измерения, направленные на изучение мышиной ИК сердце неинвазивно. Изображения Базовый эхокардиографические последовал хирургической индукции ишемии (ИК-порт, протокол 1), который последовал с помощью эхокардиографии на различных временных точках во время восстановления от ИК.

Протокола 1. Левой передней нисходящей (LAD) артерии IR: хирургическая процедура,

Мужской C57BL / 6 взрослых мышей (8-недельных; 24,5 ± 1,5 г, в среднем ± SD; Харлан технологий, в) были сохранены в рамках стандартного лабораторного жилищных условий, имеющих доступ к чау и питьевую воду без ограничений. Мышей наркозом использованием при введении препарата в смеси кетамина (100 мг / кг) и ксилазина (10mg/kg), положили на операционный стол теплым, и интубированных endotracheally. Правильное плоскости анестетика для грызунов выводится прекращения рефлексы ног шнура и замедление дыхания. Инструменты были стерилизованы с помощью 70% этанола моет и автоклавирования. Любые инструменты, которые оставили стерильные области были вставлены в горячей бусинка инструментом стерилизации в течение 1 минуты, прежде чем продолжить использование. Мышей вентилируемые (Harvard аппарата, Бостон, Массачусетс) с использованием воздушного изофлуран смеси при соответствующей ставки и дыхательный объем. Сердечная электрофизиологии контролировалась всей операции с применением трех-канальной ЭКГ установки, и изменения были записаны с помощью программного обеспечения ПК Powerlab (AD Instruments).

Сердце доступ через левую торакотомии. Левое легкое убиралась чтобы разрешить доступ к перикарда. Левого предсердия был возведен в подвергайте коронарной артерии LAD, который был выделен с использованием 7-0 Prolene шва устанавливается на конические иглы. Шов затянулся за кусок PE-10 трубки, чтобы вызвать обратимое ишемии. Лад был окклюзии в течение 60 минут. Через 60 мин, шов был выпущен для обеспечения реперфузии ранения миокарда. После успешной реперфузии, грудная клетка была закрыта с прерван 7-0 Prolene швов, а также разрез кожи с 5-0 швов Prolene.

На протяжении операции, температура тела поддерживается на уровне 36,7 ± 0,5 ° С с использованием подогревом операционном столе и контролируется при ректальной теплового зонда. Ишемического эпизода причины бледной окраской LV миокарда, которые могут быть оценены визуально. Грудная клетка была закрыта, зашивается и трахеи трубки был отключен позволяет мыши, чтобы дышать самостоятельно. Животное затем вернулся в свою клетку и размещен на нагревательный блок установлен в 37 ° C. После восстановления был завершен, животное было возвращено в подразделение вивария грызунов до эхокардиографических изображений. Все процедуры были утверждены по Уходу за животными лаборатории и использование комитета (ILACUC) из Университета штата Огайо.

Протокол 2. М-режим визуализации протокол для определения функции сердца и обнаружение аномалий движения стенки

Для оценки радиальной и продольной изменения в сердечной функции и нарушения движения стенки, мы провели предварительные ИК-изображений с помощью высокой частоты, высокие ультразвуковой сканер разрешение (Visual Sonics Inc, Торонто, Канада). Стандартный М-режиме эхокардиографии такие параметры, как размеры стены, объемы на систолы, диастолы и ударного объема, фракцией выброса (ФВ), фракции укорочения (FS), сердечный выброс (СО), и внутренние диаметры на систолы и диастолы, оценивали в Встроенный M-режиме протокола в каждый момент времени (до ИК-порт, 3-й день и день 7).

Протокол 3. VevoStrain Спекл отслеживания алгоритм протокола

В-режиме фильмов были приобретены и подвергнут процесс, используя встроенный VevoStrain алгоритм для выполнения анализов штамма. Это позволяет оценить скорость перемещения, деформации и скорости деформации через отдельные кнопки радио предусмотрено в интерфейсе давая интерактивные участки и М-режим изображения вместе с данными значениями что и было сделано, нажав желаемое иконки в панели управления.

Спекл Отслеживание Оценка Штаммы

2-D Grayscale кино петли были приобретены в LV короткой оси зрения на частоту кадров> 275 кадров / с Для каждого эксперимента, по крайней мере трех последовательных сердечных циклов были записаны и хранится в цифровом виде на жесткий диск для автономного анализа на рабочей станции. Мы использовали спекл-алгоритм отслеживания включен в Vevo2100. Напряжение анализ был проведен по той же обученных наблюдателя. Интересующей нас области было накладным по сечению желудочка на изображение, соответствующее минимальным эндокарда области. Программный алгоритм автоматически разделить LV короткой оси зрения на шесть сегментов для спекл отслеживания всей сердечного цикла. Отслеживание качества было тогда визуальный осмотр и, если оно было удовлетворительным, по крайней мере, пять сегментов, трассировка была принятьиздание

Протокол 4. Доплеровского измерения расхода протокола

Для изучения митрального клапана регургитация и рассчитать скорость изменения LV систолическое артериальное давление (дР / д), доплеровского потока обнаружения протокол был использован. С этой целью власти доплеровского крови профилей скорости течения были приобретены путем размещения зонда на митрального клапана струя регургитации и аортального струи. Визуализация скорости кровотока сопровождалось измерений для получения значений параметров, таких как пик и средняя скорость, максимальная и средняя градиенты давления, интегральная скорость времени, и время. Для вычисления дР / д, митрального клапана регургитации профиль скорости был использован для измерения скорости на ранней систолы (крутой наклон профиля скорости, чтобы минимизировать нагрузку зависимость) и соответствующего времени наклона. Наконец, уравнение Бернулли с при условии, скорость-давление преобразования, чтобы определить скорость роста систолического давления.

Эхокардиографические сбора данных

Мыши были обследованы в сознательном состоянии при комнатной температуре 37 ° C с уменьшением общего освещения во время содержания опытным обработчик склонны левом положении пролежни. Сердце отображается в 2-D режим в парастернальной в долгосрочной и краткосрочной оси мнениями с глубиной установки 1,0 см и частотой кадров ≥ 270 кадров / с М-режиме изображение было получено на скорость развертки до 200 мм / сек Все измерения проводились в соответствии с указаниями Американского общества по эхокардиографии.

Изображениями была выполнена в сознательном мышей вместе с тандемом регистрации ЭКГ. Конец систолы была определена как минимальная площадь LV. Сегментные S цирк и S рад кривые были затем построены путем интеграции соответствующих сигналов, начиная с конечного диастолического точек и затем усредняются для получения средних сегментарный кривые напряжения. Конечный систолический штаммы затем полученные из средней кривой напряжения.

Представитель Результаты

Двумерные фильмы приобретенных на высокую частоту кадров (8 кГц) были использованы для оценки высокого качества инфаркт напряжения. Двумерные elastograms (штамм изображения), а также деформация профилей в зависимости от времени помогал оценить функциональное следствие IR. Вышеупомянутый подход привел к надежное обнаружение следующих параметров:

Стандартные результаты ИК (обычно в литературе)

• левого желудочка (ЛЖ) сокращение
  • травма ухудшает сокращение и расслабление в сердце приводит к утрате функций
  • изменения в LV площади камеры и массы (гипертрофия)
• Л. В. релаксации isovolumetric фазы как до, ИК-и пост-IR в избиении сердца
• под угрозу сектор мудрый движения стенки
• турбулентности в крови картина течения как показал цвет фильмов Доплера и профилей скорости
• Л. В. изменения формы к сферичности
• скомпрометированы фракции выброса
• ослабленная фракции укорочения

Уникальные после ИК Результаты

(Никогда раньше сообщалось в мышиные настройки ИК, но известно, что клиническое значение у людей)

• эффективное регургитации отверстия (АСС)
  • фундаментальной мерой клапанной некомпетентности
• снизились инфаркте штаммов (окружной, а также радиальные)
  • фундаментальной мерой инфаркт силы и анатомические деформации
• асинхронность в секторах, Л. В.
  • фундаментальной мерой присущей периодической прокачка характеристик сердца
• движения стенки и симметрия
  • изменения по величине и направлению векторов, демонстрируя величину, направление и симметрии в уязвимого сайта
• Размерность митрального клапана и аорты
  • изменения во внутренних диаметров митрального отверстия клапанов и аорты
• митральная регургитация
  • обратный поток крови из ЛЖ в левое предсердие, из-за неполного закрытия митрального листовки

• сектор мудрый изменения в величине радиальных (Srad) и окружной (Scir) деформации
• изменения в скоростях деформации, а также отмечены изменения в их изменения структуры по отношению к заранее данным ИК
• синхронность секторах, как Л. В. подразделяются в зависимости от Американского общества по эхокардиографии
• Ассоциация желудочка механической синхронности с инфарктом жесткость и прочность снизилась инфаркта по оценке тканевого допплера и деформаций изображений
• изменения по величине и направлению векторов показано в фильмах изображающие угрозу движения (медленный и асимметричных) ИК-уязвимого сайта
• внутренний диаметр митрального клапана Орифльда и аорты

Рис. . 1i инфаркт измерения деформации: конце диастолы полного расслабления показали Кратчайшие векторы (M1)

Рис. . 1ii инфаркт измерения деформаций: Л. В. сжимается показывает длину и направление вектора, место повреждения (зеленая точка) имеет ограниченную сжатия (M2)

Рис. . 1iii инфаркт измерения деформации: конечные систолы, полное сокращение показали Кратчайшие векторы (М3)

Рис. . 1IV инфаркт измерения деформации: продольной оси в диастолу (М4)

Рис. 1v инфаркт радиальной деформации (S _рад) измерения:. Цветом кривые деформации при соответствующих цветных точек в образах Fig1.i-IV (М5)

Рис. 1vi инфаркт окружной деформации (S _CIR) измерения:. Цветом кривые деформации при соответствующих цветных точек в образах Fig1.i-IV (M6)

Рисунок 1. В-режиме фильмы визуализации конце диастолы (ЭД) и конечных систолы (ES) и изменения в LV камере размером пост-IR.
В-режим изображения, чтобы определить левого желудочка (ЛЖ) окружной деформации (S _цирк) и радиальной деформации (S _рад) двумерными спекл отслеживания эхокардиографии.

VevoStrain спекл отслеживания алгоритм наблюдать векторы изображающие величины и направления движения миокарда, осевые и парастернальной долгого просмотра оси демонстрируя векторов в месте повреждения нарушенного миокарда.

Радиальные и продольные нагрузки на базовые мыши и мыши сообщению ИК day7. Цветом штамм профилей, показывающих разные цветом точки в местах, на миокард базовых (пре-IR) и лечение (пост-IR, day7) сердца. LV-левого желудочка, RV-правого желудочка, S _{рад-радиальная} деформация, S _{CIR-окружной} деформации.

Рисунок 2. Инфаркт секторального синхронности.
Анализ основан на данных напряжение пре-и пост-IR. Л. В. разделен на шесть секторов (1 = задний базальный, 4 = передний базальный, 2 = задний середине, 5 = передних середине, 3 = задней вершине, 6 = передних вершины) в соответствии с Американским обществом эхокардиографии. Проверка механической желудочковой синхронии, чтобы увидеть его связь с инфарктом жесткость по оценке тканевого допплера и деформации изображения.

Цветовым кодом панели изображение, показывающее секторов из 1-6 со значениями времени, чтобы достигнуть максимума на соответствующую отрасль в миллисекундах. Радиальные и продольные совпадения при условии предварительной ИК-и пост-IR в терминах графов. Цвета на графиках соответствуют цветам соответствующих секторах.

Рис. . 3i анатомические размеры: диаметр митрального отверстия регургитации в сердце мышей (синие линии с повторными измерениями), объем пробы в аорте (желтые линии) (M8)

Рис. 3ii. Регургитации профилей потока в мышь сердца, верхних и нижних вперед назад потока на митральный клапан (М9)

Рис. 3iii. Аорты из профилей скорости течения в сердце мыши (М10)

Рис. 3iv. Регургитации отверстие на митральный клапан, Ао = аорты, LA = левое предсердие, LV = левого желудочка, г = радиус (M11)

Рисунок 3. Митрального клапана V регургитации фракция (РФ).
Эхокардиографические панели изображение для измерения регургитации фракция (РФ). Измерение диаметра аорты (AOD) и диаметром отверстия митрального клапана (МВД), показывающие размещение объем пробы в регургитации струи и аорты. Эти измерения обеспечивают регургитации профилей скорости и восходящей аорты поток, в котором профили скорости выше и ниже базового указывают вперед и назад приток крови к ЛЖ и обратно в левое предсердие. РФ (в%) расчет по формуле, РФ = MV CSA * ВТИ М. В. струю в диастолу - Ао CSA * ВТИ реактивных Ао в систолу) * 100 / MV CSA * ВТИМ. В..

Количественная оценка регургитации фракция регургитации показывает долю в пост-ИК мышей индикатор выплюнул митрального клапана. Изменения в митрального клапана эффективные отверстия регургитации (АСС) после ИК-за сферичности ЛЖ. Представитель цветного допплеровского изображения изображающая кровь, текущая из левого предсердия в ЛЖ. Расширенное отверстие кровотока указывает турбулентного потока и увеличения ненормальной скорости потока. ERO указывает клапанной некомпетентности. Скорость потока псевдонимом. Импульсной волны используется как извлечь выгоду при определении переходы от ламинарного течения в турбулентное. ERO вычисляется по формуле, ERO = Расход / Vmax = 2 π r2 Va / Vmax, Va = Aliasing скорость, г = радиус отверстия, Vmax = максимальная скорость.

Рис. 4i. Измерение функциональных параметров в предварительном ИК мыши. Мягкие изделия вычисляет параметры, прослеживая, красная вертикальная линия = диастолы, вертикальная зеленая линия систолы (М12)

Рис. 4ii. Измерение функциональных параметров в пост-ИК мыши. Мягкие изделия вычисляет параметры, прослеживая, красная вертикальная линия = диастолы, вертикальная зеленая линия систолы (М13)

Рисунок 4. Скорость изменения желудочков систолического давления (дР / д): пре-и пост-IR.
Корреляция фракция выброса (ФВ) с др / дТ. Изображение панели показывает М-режим, из которой основные функциональные измерения.

Дискриминации сердца сократимость с течением времени; бар графики, показывающие дР / д пост-IR. Индикация измерений одного параметра дает клиническую информацию на другой.

Рисунок 5. Короткий фильм оси демонстрации предварительно ИК измерения деформации.
Эхокардиографические фильм получена из парастернальной зрения сердца для визуализации морфологии мыши сердце пред-IR.

Рисунок 6. Короткий фильм оси демонстрируя после ИК LV измерения деформации
Представитель осевой фильм мыши Л. восходит к эндокарда демонстрируя векторов ткани штамма пять конкретных точках измерения, указанные.

Рисунок 7. Парастернальной длинной оси цветного допплеровского фильм
Цвет доплеровского потока фильм демонстрирует кровь перекачивается в из левого предсердия через митральный клапан в ЛЖ во время диастолы и кровь прокачивается через аорту во время систолы фазы сердца с направлением потока синий цвет от красного цвета и к (BART) ультразвукового зонда.

Штамм данных на основе измерений с помощью спекл отслеживания алгоритм относительно менее зависимыми наблюдателя как большинство анализ выполняется с помощью программного обеспечения. Однако наблюдателя должны быть осторожны при трассировке границами эпикарда и эндокарда в B-режиме фильмов, в которых больше зависит от опыта. Более того, М-режим анализа и измерения профилей скорости также минимальна наблюдателя иждивенца. Тем не менее, в измерении повышение давления и измерение времен, наблюдатель требует самого пристального внимания в процессе измерений, потому что давление напрямую зависит пропорционально квадрату максимальной скорости, как выражается формулой Бернулли с, в которой даже небольшое количество ошибок в измерении может производить квадрат влияние на общую погрешность при измерении др / дТ. Кроме того, отверстия регургитации не обязательно постоянной на протяжении систолы, а это может потенциально повлиять на оценки регургитации тяжести. Более высокие дозы анестезии может привести к резкому снижению фракции укорочения, затрагивающих другие функциональные параметры. Таким образом, стандартное использование седации важно для лучшего результата. Большинство параметров можно измерить с помощью других методов, например, МРТ пометки можно измерить 2D и 3D штаммов. Тем не менее, эхокардиография является более удобной для пользователей.

NHLBI R01 HL073087 к CKS.