Farelerde Nabız Dalga Hızı Değerlendirmesi ultrason tabanlı

Arteriyel sertlik arteriyel sertlik için bir vekil endeksi olarak kabul edilebilir kardiyovasküler hastalık ve nabız dalga hızı (NDH) 'de önemli bir faktör oluşturmaktadır. Bu protokol, farklı arter sitelerinde uygulanabilir ultrason görüntü işleme dayalı farelerde NDH hesaplamak için bir görüntü işleme algoritması anlatılmaktadır.

Arteriyel sertlik yani nabız dalga hızı (NDH), nabız dalga bir kanal kabında hareket hızını hesaplayarak değerlendirilebilir. Bu parametre, artan Özellikle genotipleri / tedavilerle ilişkili vasküler fonksiyon bozuklukların değerlendirmek için ya da kardiyovasküler hastalık ilerlemesi karakterize etmek için kullanılan küçük kemirgen modellerinde araştırılmaktadır. Bu protokol ultrason (US) görüntüleri sadece kullanan farelerde non-invaziv arteriyel NDH ölçümü yol açan bir görüntü işleme algoritması anlatılmaktadır. Önerilen teknik farelerde abdominal aort NDH değerlendirmek ve yaşa bağlı değişiklikleri değerlendirmek için kullanılır olmuştur.

Abdominal aort ABD taramaları yüksek frekanslı ABD probları ile donatılmış özel bir ABD cihazı kullanılarak gaz anestezi altında farelerin elde edilir. B-mod ve Darbe Dalga Doppler (PW-Doppler) görüntüleri, sırasıyla, hız anlık değerler çapı elde etmek ve ortalama amacıyla analiz edilir. Bu amaçla, kenar algılama ve kontur izleme yöntemleri kullanılır. Tek yendi çapı ve hız dalga formları zaman çap hızı (LND-V) döngü elde etmek için hizalanmış ve kombine demek. PWV değerleri erken sistolik faza karşılık gelen döngü lineer kısmının eğiminden elde edilir.

Fare ile ilgili mevcut yaklaşımı, anatomik ve fonksiyonel bilgiler ile abdominal aort non-invaziv elde olabilir. ABD görüntü işleme Gerektiren sadece elastik özellikleri açısından fare farklı arteriyel siteleri non-invaziv karakterizasyonu için yararlı bir araç temsil edebilir. Mevcut tekniğin uygulama kolayca böylece bir çok site arteriyel sertlik değerlendirmesini temin etme olanağı sağlayan bu tür karotid arter gibi diğer damarsal ilçelerde, kadar uzatılabilir.

Fare modelleri giderek kardiyovasküler hastalık araştırılması (CVD) için kullanılan ve özellikle hastalık gelişimi ¹ farklı evrelerinde karakterizasyonu izin uzunlamasına çalışmalarda kullanılmaktadır. Büyük arterlerin elastik özellikleri farklı patolojik durumlarda ilgili; Görüş teknik açıdan, arteriyel sertlik nabız dalgası bir kanal kabına ² seyahatler hızını temsil nabız dalga hızı (NDH), ölçerek değerlendirilebilir. Çünkü klinik öneme, giderek hatta preklinik Küçük hayvan modellerinde ³ ölçülür.

Farklı teknikler farelerde NDH değerlendirmek için kullanılabilir. Invaziv yaklaşımlar kateter ucu basınç dönüştürücüler kullanımına dayanmaktadır. PWV iki ölçüm s arasındaki mesafeyi iki farklı arter sitelerde basınç sinyallerini alabilen ve bölerek değerlendirilirsinyaller ⁴ arasındaki zaman kayması ile belirecektir. tekniklerin bu tür ile ilgili temel dezavantajı, bu şekilde, uzunlamasına çalışmalarda kullanılamaz iki ölçüm alanlar arasındaki mesafe değerlendirilmesi için hayvanlar kurban gerektirmesidir. Bu sınırlamayı aşmak için, farklı görüntüleme tekniklerine dayanan non-invazif yaklaşımlar, geliştirilmiştir. Önceki çalışmalar hız kodlanmış manyetik rezonans görüntüleme verilerinin ⁵ ve darbeli-Doppler işaretlerinin ⁶ transit süresi yöntemin uygulanmasıyla elde farelerde PWV değerlendirmelerini bildirdi. Ancak, bu yöntemlerle elde edilen NDH değeri arteriyel sertliğin bölgesel değerlendirilmesidir. Aslında, bu boyut ve elastik özellikleri açısından farklı arter oluşturan, bir ortalama değeri temsil eder. Buna ek olarak, değerlendirmelerin bu tür inf olabilir hata kaynağıdır iki ölçüm siteler arasındaki mesafenin değerlendirme gerektirirnihai sonucu luence.

NDH çap hızı (LND-V) döngü ⁷ ile değerlendirilebilir. Bu yöntem seçilen bir kap içinde çapı ve akış hızı değerleri aynı anda değerlendirilmesine dayalıdır. Bu yaklaşıma göre, Lnd-V devre çizimi doğal logaritma çap değerleri ile elde edilen vs hız değerleri ortalama ve PWV erken sistolik fazına karşılık gelen elde edilen döngü lineer kısmının eğimini hesaplanarak tahmin edilir. Bu yöntemin pratikte uygulanması ile ilgili olarak, daha önceki çalışmalar zaten bir in vitro set-up sistemi ⁷ uygulanması ve insanlarda ⁸ hem karotis ve femoral PWV değerlendirilmesi için kullanımı hakkında sonuçlar bildirilmiştir.

Bu çalışmanın temel amacı U kullanarak farelerde non-invaziv bir arteriyel NDH ölçümü sağlayan bir görüntü işleme algoritması ayrıntılı bir açıklamasını sağlamaktırS yalnızca görüntü. Önerilen yaklaşım, abdominal aort olarak B-mod ve Pulse-Dalga Doppler (PW-Doppler) görüntüler ve kilit öneme, arterleri uygulanabilir hem işlenmesi yoluyla yerel arteriyel sertliğin değerlendirilmesini sağlamaktadır.

Hayvan deneyleri Avrupa Direktifi (2010/63 / UE) ve İtalyan kanunlarına (D.Lvo 26/2014) göre yapıldı ve laboratuar hayvanları bakım ilkelerini izledi. Yerel Etik Onay Paneli çalışmayı onayladı.

1. Görüntüleme Prosedürü

1. 1 L / dak saf oksijen içinde% 2.5 izofluran ile dolu bir anestezi indüksiyon odasında fare yerleştirin. ayak tutam tepkisizlik ile anestezi derinliği doğrulayın.
2. Bir yatar pozisyonda bir sıcaklık kontrollü gemide hayvan yerleştirin. Kuru çalışan bunları önlemek için, göz merhem ile hayvanın gözleri nemlendirin. özel burun konisi farenin burnunu koyarak anestezik gaz akışını (% 1.5 izofluran) kaynağı. Gerekirse, çalışma kapsamında hayvan bağlı duruma göre izofluran yüzdesini ayarlayın. 40 ° C'de kurulu sıcaklığını sabitleyin.
3. Coat dört iletken macun ile hayvanın bacakları ve gömülü EKG elektrotları üzerine bantlayarakyazı tahtası. vazelin ile yağlanır bir rektal prob ile vücut ısısını ölçün. tüm fizyolojik ölçümler (EKG ve solunum sinyali yanı sıra sıcaklık) doğru edinilen ve görüntülendiğinden emin olun.
4. tüy dökücü krem ​​ve akustik bağlantı jel ile ceket bunu birlikte karın kimyasal saç kaldırmak.
5. mekanik kol (13-24 MHz) ABD probu yerleştirin.
6. hayvana ABD prob paralel düzeltmek ve fokal bölgesinde bulunan ilgi bölge ile abdominal aorta boyuna görüntüler elde etmek için kendi konumunu ayarlamak.
7. Anatomik bilgi toplayın.
   1. Yüksek kare hızı edinimi ⁹ EKG tetiklemeli izin butonuna tıklayın, 700 fps eşit bir kare hızı satın seçebilir ve alımı başlatabilirsiniz. Not: Bu şekilde tek bir kalp döngüsü ile ilgili damarın anatomik görüntüler elde edilebilir.
8. Akış hızı bilgiyi toplayın. </ Strong>
   1. Aynı tarama projeksiyon kullanarak, PW-Doppler butonuna tıklayın geminin ortasına numune hacmi yerleştirin ve sine döngü 3 sn daha kısa olmadığından emin olduktan görüntüler elde. Bu elde edilen veriler ABD projeksiyon temelinde durumdan duruma ayarlayarak, mümkün olduğunca küçük açı düzeltme muhafaza edinin.
9. sıcaklık kontrollü kurulu hayvan çıkarın ve tam iyileşme için bekleyin.
   NOT: Bu yaklaşık 10 dakika sürer Bizim tecrübelerimize göre. sternal yatma korumak için yeterli bilinci yerine kadar bırakın ve sahipsiz hayvan yok.

2. Post-Processing

1. İhracat B-mode ve DICOM dosyaları gibi PW-Doppler görüntüleri ve kişisel bilgisayarda bunları kaydedin. .tiff görüntülere PW-Doppler DICOM dosyalarını Transform.
2. Proses B-mod görüntüler.
   1. adanmış Grafik Kullanıcı Arayüzü (GUI) kullanarak karşılık gelen DICOM dosyasını içe aktarın.
   2. , Konturları başlatmak (bunu başlatmak için tek bir tıklama ve çift tıklama bunu sona erdirmek için) damar uzak duvarına yakın bir çizgi çizmek için yakınındaki duvara yakın çift tıklatın. uzak duvara o sona bir çizgi paralel otomatik olarak görünecektir. "ANALİZ" düğmesine basarak tek bir çerçeve üzerinde algoritmayı uygulayın.
   3. sonucu kontrol edin. Kenarlar doğru tespit edilmiştir (yani., Başlatılmış puan evrimi posterior ve anterior duvarı hem de tespit ettik), "GO" butonuna tıklayarak tüm sine-döngü algoritması uygulanır. kenarlar doğru tespit değilse, "Clear Contour" üzerine tıklayarak onları temizlemek ve nokta 2.2.2 tekrarlayarak onları tekrar başlatın.
      NOT: Algoritma kenar algılama ve kontur izleme teknikleri dayanmaktadır ve daha önce detaylı ^10'da tarif edilmiştir.
   4. "KAYIT" butonuna basarak nihai sonucu elde ve corr kurtarmakTek bir kalp döngüsü ile ilgili anlık çap değerleri içeren mat dosyası, tekabül.
3. LND-V döngü uygulanması için GUI açın.
4. Hız eğrisi ortalama tek-beat neden PW-Doppler görüntü işleme başlamak için "HIZ" butonuna tıklayın.
   1. PW-Doppler izini tanımlamak ve "BEYAZ LINE" düğmesine basarak sıfıra eşit bir hız değerine karşılık gelen satırı bulun.
   2. sırasıyla, (Kalibrasyon panelinde) "HIZLARININ" ve "TIME" tuşlarını kullanarak hız kalibrasyonu ve zaman ayarı yapın. Bu butonlarına basılarak bir uzunluğu takılı kalibrasyon faktörü karşılık gelen bir çizgi çizmek için izin verir.
   3. El ile "ROI PHYSIO" düğmesini kullanarak fizyolojik sinyalleri içeren bir ROI seçin.
   4. El ile "ROI SİNYAL" düğmesine basarak PW-Doppler izini içeren bir ROI seçin.
   5. cliZarf tanımlanır ve eğer "ANALİZİ" butonuna ck kontrol edin. Sonuç tatmin edici değilse, ( "Hız Eşiği" düzenlenebilir metin alanına yeni bir değer yazarak) eşiği değiştirmek ve tekrar "ANALİZİ" düğmesine basın. Ayarlama görüntü kalitesine bağlı olarak durumdan duruma eşiği. "ELABORATION" düğmesine basın.
   6. EKG sinyalinin R-zirveleri bulun ve "UPDATE" butonuna tıklayarak buna göre hız zarf sinyalini bölün. "BEATS SEÇ" butonuna tıklayarak gürültü ile bozuk veya ilham aşamasında bulunmayan atım seçin. Bu şekilde, tek bir atım hızı dalga formu anlamına elde edin.
5. Hızlı Fourier frekans seçilen vuruş katmak ve referans ^11'de ayrıntılı olarak hepsini, puan aynı sayıda oluşan yapmak için dönüştürme yöntemini kullanın. sadece ret basarak otomatik olarak bu işlemi gerçekleştirmekatım kez PC klavyesinde urn anahtar seçilmiştir. "Ortalama hız" onay kutusunu tek ritmi kontrol edilirse hız sinyali parabolik hız profili ¹² hipotez, iki ile maksimum hız eğrisini bölünmesiyle elde edilir anlamına gelir. "OK" tuşuna basınız.
6. "ÇAP" butonuna tıklayın. "Katmak" düğmesine basarak tek atım hızı sinyali olarak aynı örnek frekansa sahip tek yendi çapı sinyali elde etmek için zaman alanında tek yendi çapı dalga formu katmak. "Tamam" butonuna tıklayın.
   NOT: Aynı örnek frekans ve veri noktaları aynı sayıda hız eğrileri tek yendi çapına sahip ve ortalama amacıyla, onlar frekans enterpolasyonlandığını.
7. (Çap ve hız dalga formları görüntüleme grafiğin üstünde) hizalama yöntemi olarak "İkinci türev" yaklaşımını seçin ve "Update" Butto tıklayınn. İki eğri otomatik olarak zaman hizalanmış ikinci türev yöntemi ¹⁴ kullanarak olacaktır.
8. hız değerleri ortalama tek tempoya karşı tek yendi çap değerlerinin doğal logaritma çizerek son LND-V döngü oluşturun. İki dalga aynı hizada olduğunda bu işlem otomatik olarak yapılır. Not:% 5 ve tek ritmi maksimum değerinin% 90 arasında bulunan çekici hız eğrisi otomatik bulunan ve bu noktalarda doğrusal enterpolasyon döngü lineer kısmının eğimini değerlendirmek için uygulandığı anlamına gelir.
9. PWV aşağıdaki denkleme ^7'ye göre hesaplamak
   

Önerilen yöntem, önceki bir çalışmada ¹¹ farenin abdominal aortaya uygulanmıştır. Aşağıdaki şekiller gerçek farenin görüntülerde tarif edilen yaklaşım uygulanmasına ilişkin sonuçları göstermektedir. Bu veriler, tek bir hayvana (: C57BL6, ağırlık: 13 haftalık vahşi tipli fare, streyn 33 g), özellikle daha önce de Şekil 1 ABD görüntü analizinin sonucunu temsil etmektedir. modalite çapı dalga şekli sağlamak EKG tetiklemeli yüksek kare hızı ile elde edilen B-mod görüntülere uygulanan kenar algılama ve kontur izleme teknikleri; Öte yandan, PW-Doppler sinyali zarf tanımlanması tek ritmi neden hız eğrisi değerlendirme anlamına gelir. Tek-beat değerlendirilmesi hızı dalga farklı kardiyak döngü elde edilen verilerin ortalamasını içerir anlamına gelir. veriler gösterilmemiştir için hız eğrilerinin standart sapması (elde edilen standart sapma ortalaması olarak hesaplanmıştırHer bir zaman noktası) 0.0137 m / sn'dir.

Tek yendi çapı ve ortalama hız dalga frekans ve zaman etki alanı ve daha sonra zaman hizalanmış (Şekil 2A) hem de enterpolasyonlandığını. Şekil 2B'de gösterildiği gibi, Lnd V halkası, doğal logaritma çap değerleri genel ortalama hız ölçümleri çizilmesi ile elde edilir. PWV erken sistolik faza karşılık bilinen döngü, doğrusal kısmının eğiminin hesaplanması ile değerlendirilir. Bu kısmı otomatik olarak ortalama hız eğrisinin yukarı yamacında mütekabil olarak tanımlanır. Bu rakamlar, önerilen tekniğin uygulanması için gerekli görüntü işleme işlemleri de benzer bir yaklaşım ⁷ ile insanlarda elde edilene benzer bir son LND'nun V döngü yol açtığını göstermektedir. Bu, bu teknik, farelerde invazif olmayan PWV değerlendirme için geçerli bir alternatif temsil ettiğini açıkça göstermektedir.

Şekil 2: NDH Hesaplama LND-V döngü uygulanması. B-mod ve PW-Doppler görüntü işleme elde edilen çap ve ortalama hız dalga formları. (A). LND-V devre doğal logari grafiğinin çizilmesiyle elde edilirortalama hız değerlerine karşı çap değerlerinin thm (b). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Bu çalışmada, farelerde PWV değerlendirilmesi için Lnd V döngü göre bir görüntü işleme algoritması detaylı bir şekilde tarif edilmiştir. Önerilen yöntem, ABD görüntü işleme göre sadece ve bu şekilde, mevcut tekniklere ⁶ fare modellerinde arteryel sertliği değerlendirilmesi için ¹³ için geçerli bir alternatif temsil edebilir. Aslında, tam tersine intra-arteryal basınç sinyallerin alınması dayanmaktadır ve kurban edilecek hayvan gerektiren invazif yöntemler ^6, bu teknik bu şekilde uzunlamasına çalışması durumunda özellikle uygun olabilir tamamen non-invazif ve. Buna ek olarak, yerel ve bölgesel değil arteriyel sertliğin bir değerlendirme sağlar. Önerilen yöntem, yansıtılan dalganın ¹⁵ etkilendiği bilinmektedir birlikte, yerel PW diğer ABD merkezli yaklaşımlara göre daha kesin PWV değerlendirme sağlayabilirBu çapraz kesit çıkıntı renk akışı veri alma gerektirir akış alanı tekniği ¹³ göre edilene V değerlendirme. 1.69 m / sn eşit "Temsilcisi Sonuçlar" bölümünde gösterilen NDH değeri, referans ¹¹ rapor ne ile uyumludur: Aslında, bu çalışmada, abdominal aort PWV 1.91 ± 0.44 m / sn olarak eşit yetişkin fareler ve eski hayvanlarda 2.71 ± 0.63 m / sn.

PWV değerlendirmelerde hataları en aza indirmek amacıyla, büyük ilgi ABD görüntüler satın alırken ödenmesi gerekir. Özellikle, B-mod görüntüleri gürültü ile bozulmuş olmayan bir çap eğrisi elde etmek için çok net anterior ve posterior duvarları ile elde edilmelidir. PW-Doppler görüntüleri ile ilgili olarak, açı düzeltme en aza indirilmelidir. 60 derece değeri vakaların çoğunda, temsil edebilir, iyi bir uzun eksen görünümü ve hız bileşenlerinin iyi bir yaklaşımla arasında iyi bir uzlaşma. Furthermoyeniden tekrarlanan ölçümlerle uzunlamasına çalışma durumunda, bakımı, aynı tarama çıkıntı ile, örneğin, aynı şekilde, damar görüntüleme alınmalıdır.

sunulan yaklaşımın ana sınırlama görüntüleri çapı için gerekli ve hız dalga değerlendirmeler aynı anda satın alınmadıysa demek gerçeğini ilgilidir. eşzamanlılık bu eksikliği NDH değerlendirmesi için hata kaynağı temsil ve ölçüm az hassas yapabilirsiniz. Buna ek olarak, bir gerçek eşzamanlı edinimi iki eğri arasında daha iyi bir zaman hizalama garanti ve kalp hızı değişkenliği ile bağlantılı sorunları önlemek olacaktır. Görüş pratik açıdan bakıldığında, başka bir sınırlama yüksek kare hızı EKG tetiklemeli modalite durumu eksikliği olabilir. Bu sorun kısmen B-mod yöntemi görüntüleri elde etmek ve en yüksek zamansal çözünürlük elde etmek için satın alma parametrelerini ayarlayarak aşılabilir. Bu durumda, çap sinyali gerekirTek atım çapı dalga formunu elde etmek üzere, hız sinyali ile aynı şekilde, EKG baz ile ayrılır ve işlem. Bununla birlikte, bazı durumlarda, elde edilen zamansal çözünürlüğü geçerli çapı sinyali elde etmek için uygun değildir. Bu sınırlamaları aşmak için amaçlayan görüntü işleme zincirinin gelecek değişiklikler tekniğini geliştirmek ve yerel arteriyel sertliğin daha kesin bir değerlendirmeye yol açacaktır.

sunulan yaklaşımın gelecekte uygulamalar diğer arteriyel ilçe ilgilendirecek. Etkili, B-mod ve PW-Doppler görüntüleri sadece kazanılmasını gerektirir gerçeği sayesinde, bu yöntem kolayca böylece bir çok site arteriyel sertlik değerlendirmesini sağlayarak, bu tür karotid arter gibi diğer arteriyel sitelere uygulanabilir. Daha yüksek frekanslı prob gibi ortak karotis gibi daha yüzeysel arterler için seçilmelidir; Herhangi bir durumda, prob seçimi t arter doğru görselleştirme sağlamalıdırÇalışmada o hayvanlar. Sonuç olarak, açıklanan sistem fare modellerinde farklı arterlerin fonksiyonel özelliklerini değerlendirmek için basit bir yol sunabilir.

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Yok.