Yüksek frekanslı Yüksek çözünürlüklü Ekokardiyografi: İskemi-Reperfüze murin Kalp Miyokard Strain, kontraktilite ve Mitral Yetmezliğinde Non-invaziv Tekrarlanan Ölçüm İlk Kanıt

Yüksek frekans Doppler ultrason bölgesel miyokard fonksiyonunu değerlendirmek için yeni bir teknoloji. Bu çalışma, miyokard gerilme, iskemi-Reperfüze (IR) fare kalp dp / dt ve mitral yetersizliği tekrarlanan ölçümler için bu çok yönlü bir görüntüleme platformu uygulanabilirliği gösteren ilk kanıt sunmaktadır.

İskemi-reperfüzyon (IR) cerrahi sonra önemli klinik önemi fonksiyonel parametrelerin zamansal değişiklikleri izlemek için tekrarlanan görüntüleme tabi tutuldu fare kalplerinde yapıldı. İki boyutlu filmler yüksek kare hızı (8 kHz) elde edildi ve yüksek kaliteli miyokard gerginlik tahmin etmek için kullanılmıştır. İki boyutlu Elastograms (zorlanma görüntüleri), yanı sıra gerginlik profilleri, görüntülendi. Sonuçlar, sol ventrikül (LV) daralma, LV gevşeme ve sağlam farelerde hem de pre-IR ve IR sonrası dayak kalplerin izovolümetrik aşamaları da dahil olmak üzere kardiyak olaylar IR bağlı değişiklikleri kantitatif değerlendirilmesinde güçlü. Buna ek olarak, tehlikeye sektör bilge duvar hareket ve enfarkte miyokardda anatomik deformasyon görüntülendi. Elastograms fare miyokard enfarktüsü etkilendiği bilinen standart fizyolojik endekslerine ek olarak aşağıdaki parametreler hakkında bilgi sağlamak için benzersiz başardık: İç çapı, mitral kapak delikli ve aort, etkin yetersizlik orifis, miyokard suşu (çevresel de radyal olarak) yavaş ve asimetrik duvar hareketleri gösteren renkli Doppler filmleri ve hız profilleri, LV sektöründe asenkroni ve vektörlerin uzunluğu ve yön değişiklikleri ortaya koyduğu gibi, kan akış paterni türbülans. Bu çalışma, bu tür analizlere nasıl yapılır görsel gösteri vurguluyor.

Deneysel protokolleri

Aşağıdaki farklı protokoller, non-invaziv IR fare kalp soruşturma yönelik ölçümler fizibilite kurmak için kullanılır. Temel ekokardiyografik görüntüleme IR kurtarma sırasında birden fazla zaman noktalarında ekokardiyografi ile izledi iskemi-reperfüzyon cerrahi indüksiyon (IR, protokol 1) izledi.

Protokol 1. Sol ön inen (LAD) arter IR: Cerrahi Prosedür

Bay C57BL / 6 erişkin farelerde standart laboratuvar yemi ve içme suyu ad libitum erişim konut koşullar altında tutuldu (8 haftalık; Harlan Teknolojileri, IN; 24.5 ± 1.5g, ortalama ± SD). Fareler intraperitoneal ketamin (100 mg / kg) ve sıcak bir cerrahi masanın üzerine koydu ksilizin (10mg/kg), bir karışımı kullanılarak anestezi ve endotracheally entübe. Kemirgenler için uygun anestezi düzleminde ayak tutam refleksleri bırakma ve solunum yavaşlama elde edilir. Araçların% 70 etanol yıkar ve otoklav ile sterilize edildi. Steril alanında kalan herhangi bir araçları sürekli kullanmadan önce 1 dakika sıcak bir boncuk enstrüman sterilizatör içine yerleştirildi. Fareler uygun bir hızı ve tidal volüm hava izofluran karışımı kullanarak havalandırılan (Harvard Apparatus, Boston, MA). Kardiyak elektrofizyoloji üç-EKG kurulumu kullanarak ameliyat boyunca takip edildi ve değişiklikleri, PC Powerlab yazılımı (AD Aletleri) kullanılarak kaydedildi.

Kalbin sol torakotomi ile erişilen. Sol akciğer, perikard erişimine izin vermek için geri alındı. Sol kulak kepçesi, konik iğne üzerine monte 7-0 Prolen sütür kullanılarak izole edilmiştir koroner LAD maruz yükselmiş oldu. Dikiş, geri dönüşümlü iskemi ikna etmek için bir parça boru PE-10 üzerinde sıkılır. LAD 60 dakika süreyle kapatıldı. 60 dakika sonra, dikiş yaralı miyokard reperfüzyon izin vermek için serbest bırakıldı. Başarılı reperfüzyon üzerine, toraks yarıda 7-0 Prolen sütürler 5-0 Prolen dikişlerle yanı sıra cilt insizyonu ile kapatıldı.

Ameliyat boyunca, vücut ısısı 36.7 muhafaza ± 0.5 ° C ısıtılmış bir cerrahi tabloyu kullanarak ve rektal ısı probu ile izlenmektedir. Iskemik atak, görsel olarak takdir AG miyokardın soluk renklenme neden olur. Toraks sütüre kapalı, trakeal tüp, kendi başına nefes fare sağlayan kesildi. Hayvan sonra kendi kafesine döndü ve ısıtma bloğu 37 ° C'nin üzerine yerleştirildi Kurtarma işlemi tamamlandıktan sonra, hayvan ekokardiyografik görüntüleme önce kemirgen vivaryum birimine iade edildi. Tüm prosedürler, Ohio State Üniversitesi Kurumsal Laboratuar Hayvanları Bakım ve Kullanım Kurulu (ILACUC) tarafından kabul edildi.

Protokol 2. Kardiyak fonksiyon ve duvar hareket anormalliği tespit belirlenmesi için M-mod görüntüleme protokolü

Kardiyak fonksiyon ve duvar hareket anormallikleri radyal ve boyuna değişiklikleri değerlendirmek için, yüksek frekans, yüksek çözünürlüklü ultrason tarayıcı (Visual Sonics Inc, Toronto, Kanada) kullanarak pre-IR görüntüleme yapıldı. Duvar boyutları gibi Standart M-mod ekokardiyografi parametreleri, sistol, diyastol ve atım hacmi, ejeksiyon fraksiyonları (EF), fraksiyonel kısalma (FS), kardiyak output (CO), ve iç çapı sistol ve diyastol, hacimleri kullanarak değerlendirildi (pre-IR, 3 ve 7 gün) her zaman noktası inşa edilen M-mod protokolü.

Protokolü 3. VevoStrain izleme algoritması protokolü speckle

B-mod filmleri kazanılmış ve gerilme analizleri yapmak için algoritma VevoStrain inşa kullanarak işleme tabi tutuldu. Bu sayede hız, yer değiştirme, gerilme ve gerinim hızı, kontrol paneli istenilen simgelere tıklayarak tarafından yapıldı veri değerleri ile birlikte interaktif araziler ve M-mod görüntüler veren arayüz sağlanan ayrı radyo düğmeleri ile değerlendirilmesi.

Değerlendirme Suşlarının Takip speckle

2-B> 275 kare / sn 'sine döngüler bir kare hızında LV kısa eksen görünümde satın alındı ​​Gri Tonlama Her deney için, bir iş istasyonu üzerinde çevrimdışı analiz için en az üç ardışık kalp döngüleri kaydedildi ve dijital bir sabit diskte saklanır. Biz Vevo2100 dahil speckle izleme algoritması kullanılır. Gerinim analizi, aynı eğitimli bir gözlemci tarafından yapıldı. Ilgi bölgede minimal endokardiyal alana karşılık gelen görüntü ventrikül kesiti boyunca üst üste oldu. Yazılım algoritması sonra, altı parça halinde otomatik olarak sol ventrikül kısa eksen bölünmüş kalp döngüsü boyunca izleme speckle. Izleme kalitesi daha sonra görsel olarak incelenmelidir ve en az beş bölüm için yeterli olup olmadığını, izleme kabul edildi.ed.

Protokol 4. Doppler akış ölçüm protokolü

Mitral yetmezliği ve çalışma LV sistolik kan basıncı (dP / dt) değişim oranı hesaplamak için, Doppler akım algılama protokolü kullanılmıştır. Bu amaçla, power Doppler kan akış hızı profilleri, mitral kapak yetersizlik jet ve aort jet prob koyarak satın alınmıştır. Görüntüleme kan akış hızı gibi pik ve ortalama hızı, pik gibi parametreleri değerleri elde etmek ve ortalama basınç eğimleri, hız zaman integrali ve zaman ölçümü ile izledi. DP / dt hesaplama için, mitral kapak yetersizliği hız profili erken sistol (hız profili dik eğim yük bağımlılığı en aza indirmek için) ve eğim ilgili zaman hızını ölçmek için kullanılmıştır. Son olarak, Bernoulli denklemi, sistolik basınç artış oranını belirlemek için hız-basınç dönüşüm sağladı.

Ekokardiyografik Veri Toplama

Fare bilinçli bir devlet görüntülü bir oda sıcaklığı 37 ° C ile sol bir yüzükoyun yatar pozisyonda deneyimli bir eylemci tarafından düzenlenen, ortam aydınlatma azalmıştır. Kalp, 1.0 cm derinlik ayarı ile parasternal uzun ve kısa eksen kez ve ≥ 270 kare / sn bir kare hızında 2-B modunda görüntülendi Süpürme hızı 200 mm / sn bir M-mod görüntü elde edilmiştir Tüm ölçümler Amerikan Ekokardiyografi Derneği tarafından sağlanan yönergelere göre yapıldı.

Görüntüleme elektrokardiyogram tandem kaydı ile birlikte bilinçli farelerde yapıldı. Sona sistol minimum AG alanı olarak tanımlanmıştır. Segmental, G circ ve S rad eğrileri sonra diyastol sonu noktalardan başlayarak uygun sinyallere entegre inşa edilmiş ve daha sonra ortalama segmental strain eğrileri elde etmek için ortalama edildi. Sistol sonu suşları sonra ortalama gerilme eğrisi elde edildi.

Temsilcisi Sonuçlar

İki boyutlu filmleri yüksek kare hızı (8 kHz) elde edilen yüksek kaliteli miyokard gerginlik tahmin etmek için kullanılmıştır. Zamanın bir fonksiyonu olarak iki boyutlu Elastograms (zorlanma görüntüleri), yanı sıra gerginlik profilleri IR fonksiyonel sonucu takdir yardımcı oldu. Yukarıda bahsedilen yaklaşım aşağıdaki parametrelerin güvenilir algılama yol açtı:

Standart IR Çıktıları (genellikle literatürde bildirilen)

• sol ventrikül (LV) daralma
  • yaralanma, fonksiyonel kaybı ile sonuçlanan kalp kasılma ve gevşeme bozar
  • AG odasının alanı ve kütle değişiklikler (hipertrofisi)
• AG rahatlama kalpleri yenerek, pre-IR ve post-IR izovolümetrik aşamadan
• tehlikeye sektör bilge duvar hareket
• kan akım paterni çalkantısı gibi, renkli Doppler filmleri ve hız profilleri ortaya
• Küresellik doğru LV şekil değiştirir
• olması, ejeksiyon fraksiyonu
• zayıflatılmış fraksiyonel kısalma

Benzersiz post-IR Çıktıları

(Önce bir fare IR ayarı bildirilen, ancak insanlarda klinik önemi bilinen asla )

• yetersizlik etkili orifis (ERO)
  • kapak yetmezliğinin temel bir ölçü
• azalmış miyokard suşları (çevresel yanı olarak radyal)
  • miyokard gücü ve anatomik deformasyon temel bir ölçü
• AG sektörlerde de asenkroni
  • temel bir ölçü doğasında periyodik kalbin pompalama özellikleri
• duvar hareket ve simetri
  • vektörlerinin büyüklüğü ve yönü değişiklikler etkilenen yerinde büyüklüğü, yönü ve simetri gösteren
• mitral kapak ve aort boyut
  • İç çapı, mitral kapak delikli ve aort değişiklikler
• mitral yetersizliği
  • AG mitral broşürler eksik kapatılması nedeniyle sol atriyum kan geri akış

• sektör büyüklüğü radyal akıllıca değişiklikler (Srad) ve çevresel (Scir) suşu
• ön-IR verilerine göre değişen desenleri işaretli varyasyon ile birlikte gerginlik oranlarındaki değişiklikler
• AG sektörlerin eşzamanlılık gibi Amerikan Ekokardiyografi Derneği göre bölünmüş
• doku Doppler ve strain görüntüleme ile değerlendirilen ventriküler mekanik miyokard sertliği ile eşzamanlılık ve dernek miyokard gücü azaldı
• IR-etkilenen site resmeden film tehlikeye hareketi (yavaş ve asimetrik) gösterilen vektörlerinin büyüklüğü ve yönü değişiklikler
• mitral kapak orif iç çaplarıbuz ve aort

Şekil 1i miyokard gerinim ölçümü: kısa vektörler (M1) ile gösterilir diastol tam bir rahatlama

Şekil 1ii miyokard gerinim ölçümü: AG vektörlerin uzunluğu ve yönü ile gösterilen sözleşme, yaralanma sitede (yeşil nokta) daralma sınırlıdır (M2)

Şekil 1iii miyokard gerinim ölçümü: sistol kısa vektörler (M3) ile gösterilir, tam daralma

Şekil 1iv miyokard gerinim ölçümü: diyastol uzun ekseni (M4)

Şekil 1v miyokard radyal suşu (G _rad) ölçümü: renk kodlu eğrileri Fig1.i-iv görüntüleri ilgili renkli noktalarda suşu (M5) temsil

Şekil 1vi miyokard çevresel gerilme (S _CIR) ölçümü: renk kodlu eğrileri Fig1.i-iv görüntüleri ilgili renkli noktalarda suşu (M6) temsil eder

Şekil 1. B-mod film sonunda diyastol (ED) ve sistol (ES) ve AG kamara boyutu post-IR değişikliklerin görüntülenmesi.
Iki-boyutlu sol ventrikül (LV), çevresel gerilme _(G circ) ve radyal gerilme _(G rad) belirlemek için B-mod görüntü izleme ekokardiyografi speckle .

VevoStrain miyokardın hareket büyüklüğü ve yönü, engelli miyokardın yaralanma yerinde vektörler gösteren eksenel ve parasternal uzun eksen görüntülerde betimleyen vektörlerin gözlemlemek için izleme algoritması speckle.

Radyal temel bir fare ve bir fare sonrası IR day7 ve boyuna suşlar. Miyokardın bazal (pre-IR) sitelerinde farklı renk kodlu noktalarını gösteren gerilme profilleri renk kodlu ve kalpleri tedavi (post-IR, day7). LV-sol ventrikül, RV sağ ventrikül, S _rad-radyal gerilme, S _devre çevresel gerilme.

Şekil 2. Miyokard sektörel eşzamanlılık.
Analizler gerginlik veriler öncesi ve sonrası-IR dayanmaktadır. AG Ekokardiyografi American Society of göre altı sektörler (1 = posterior bazal, 4 = anterior bazal, 2 = arka orta, 5 = anterior orta, 3 = posterior apeks, 6 = ön apeks) bölünmüştür. Doku Doppler ve strain görüntüleme ile değerlendirilen ventriküler miyokardiyal sertlik ile ilişkisini görmek için mekanik senkronize Doğrulama.

Renk kodlu görüntü paneli süre değerleri ile 1-6 milisaniye cinsinden ilgili sektörler üzerinde zirve gösteren sektörler. Grafikler açısından, pre-IR ve post-IR için sağlanan Radyal ve boyuna eşzamanlılıklar. Grafikler renk, ilgili sektörlerin renge karşılık gelir.

Şekil 3i anatomik ölçümler: mitral yetersizliği farelerin kalp delik çapı (tekrarlanan ölçümler ile mavi çizgiler), aorta numune hacmi (sarı çizgiler) (M8)

Şekil Fare kalp, üst ileri ve mitral kapak (M9) daha düşük geri akış 3ii yetersizlik akım profilleri

Şekil Akış hızı profilleri dışarı 3iii fare kalp aort (M10)

Şekil 3iv. Mitral kapak yetersizlik orifis, Ao = aort, LA = sol atriyum, LV = sol ventrikül, r = yarıçap (M11)

Şekil 3. Mitral kapak V yetersizlik fraksiyonu (RF).
Yetersizlik fraksiyonu ölçümü için ekokardiyografik görüntü paneli (RF). Aort çapı (AOD) ve yetersizlik jet ve aorta numune hacmi yerleşimini gösteren mitral kapak orifis çapı (MVD) ölçümü. Bu ölçümler, bazal altında ve üstünde hız profilleri ileri ve geriye doğru olan kan akışı ve LV sol atriuma geri gösterir yetersizlik hız profilleri ve çıkan aort akışı sağlar. RF (%) aşağıdaki formül kullanılarak hesaplama RF = OG CSA * diyastol OG jet VTI - Ao CSA * sistol az Ao jet VTI) * 100 / OG CSA * VTIMV.

Regurgitated mitral kapak post-IR farelerde göstergesi yetersizlik fraksiyonu gösteren yetersizlik fraksiyonu Niceleme. LV küresellik nedeniyle mitral kapak etkili yetersizlik orifis Değişim (ERO) post-IR. Temsilcisi renkli Doppler görüntüler LV sol atrium akan kan tasvir. Genişlemiş kan akışını orifis türbülanslı akış ve artan anormal akış hızı gösterir. ERO kapak yetersizlik göstermektedir. Akış hızı yumuşatılmış. Pulsed türbülanslı akış laminer geçişler belirlenmesinde yarar olarak kullanılmaktadır. ERO bilgisayarlı formülü kullanarak, ERO = Akış / Vmax = 2 π r2 Va / Vmax, Va = Aliasing hızı, r = orifis yarıçapı, Vmax = maksimum hız.

Şekil IR öncesi fare fonksiyonel parametreler 4i ölçümü. Yumuşak eşya izleme, kırmızı dikey çizgi parametreleri hesaplar = diyastol, yeşil dikey çizgi sistol (M12)

Şekil Post-IR fare fonksiyonel parametreleri 4ii ölçümü. Yumuşak eşya izleme, kırmızı dikey çizgi parametreleri hesaplar = diyastol, yeşil dikey çizgi sistol (M13)

Şekil 4. Ventrikül sistolik basıncı (dP / dt) değişim oranı: pre-ve post-IR.
DP / dt ile ejeksiyon fraksiyonu (EF) Korelasyon. Temel fonksiyonel ölçümler alındığı bir M-mod gösteren resim paneli.

Zaman içinde kalp kontraktilite ayrımcılık; dP / dt post-IR gösteren çubuk grafikler. Bir parametre ölçümü gösteren diğer klinik bilgi verir.

Şekil 5. IR öncesi gerginlik ölçümünü gösteren kısa eksen film.
Kalp fare kalp-IR öncesi morfolojisi görselleştirmek için parasternal görünümü elde Ekokardiyografik film.

Şekil 6. -IR sonrası LV gerinim ölçümü gösteren kısa eksen film
Bir fare AG Temsilcisi eksenel film kabul ölçüm beş belirli noktalarda doku gerilme vektörleri gösteren endokard kadar uzanır.

Şekil 7. Parasternal uzun eksen renkli Doppler film
Renkli Doppler akım film kan gösteren diyastolde LV içine mitral kapak yoluyla sol atriuma gelen pompalanır ve kan kalbin sistol aşamasında, doğru akış uzakta mavi renk ve kırmızı renk (BART) yönü ile aort ile pompalanır ultrason probu.

Kullanarak ölçüm dayalı gerilme verileri izleme algoritması nispeten daha az gözlemci yazılım tarafından yapılan analiz en bağımlı speckle. Ancak gözlemci deneyimi hakkında daha fazla bağlı olan B-mod filmlerde epikardiyum ve endokard yatılı izleme sırasında dikkatli olmak gerekir. Ayrıca, hız profilleri, M-mode analiz ve ölçüm aynı zamanda bağımlı minimal gözlemci. Ancak, basınç, Bernoulli formülü ölçüm hatası, hatta küçük bir miktar tarafından ifade pik hızının karesi ile doğrudan bağlı olduğundan kez basınç artışı ve ölçüm ölçümü, gözlemci ölçümleri sırasında çok dikkat gerektirir dP / dt ölçümü toplam hata kareleri etkisi üretirler. Ayrıca, yetersizlik orifis sistol boyunca mutlaka sabit değildir ve bu potansiyel yetersizlik şiddetinin tahmin etkileyebilir. Yüksek dozlarda anestezi fraksiyonel kısalma diğer fonksiyonel parametreleri etkileyen dramatik bir düşüşe neden olabilir. Bu nedenle, sedasyon standart kullanımını daha iyi sonuç için önemlidir. Birçok parametreler örneğin, MRI etiketleme 2D ve 3D suşlar ölçebilir, diğer yöntemleri kullanılarak ölçülebilir. Ancak, ekokardiyografi, daha kullanıcı dostu.

CKS için NHLBI R01 HL073087.