Wir sind dankbar für die Ressourcen, die von der Harvard Medical School/Brigham and Women es Hospital Cardiovascular Physiology Core Laboratory zur Verfügung gestellt wurden. Diese Arbeit wurde teilweise durch Fördermittel der National Institutes of Health Grants HL088533, HL071775, HL093148 und HL099073 (RL) unterstützt. MB erhielt einen American Heart Association-Gründungs-Postdoktoranden-Stipendiumspreis. KU ist Empfänger eines American Heart Association-Gründungs-Postdoktoranden-Stipendiumspreises. SC wurde durch eine Auszeichnung der Ellison Foundation unterstützt.

1. Erstellung von Bildern für Analysen
<ol><li>Erhalten Sie murine oder menschliche echokardiographische B-Modus-Bilder in der parasternalen Langachsenansicht. Passen Sie die Zeit-Gewinn-Kompensationseinstellungen und die Platzierung des Sendefokus an, um die Visualisierung des LV und anderer Herzstrukturen in der parasternalen Ansicht nach gängiger Praxis zu optimieren. Stellen Sie sicher, dass alle Bilder im DICOM-Dateiformat gespeichert werden. Standardisierte Bildansichten platzieren die inferolaterale linke ventrikuläre Wand an der Basis des Rahmens. Die Rahmen müssen die Gesamtheit des linksventrikulären Myokards und Perikards anzeigen. Die Auflösung muss hoch genug sein, um die Perikardgrenze, die Myokardwand und die Endkörpergrenze des linken Ventrikels abzugrenzen. Verwerfen Sie Bilder mit überschüssigen Aussetzern oder Bildartefakten.</li>
	<li>Importieren Sie eine Bilddatei zur Analyse in die ImageJ-Softwareplattform v1.46 als DICOM-Datei. Konvertieren Sie die Datei in eine 8-Bit-Bilddatei.</li>
	<li>Scrollen Sie durch aufeinander folgende Rahmen des Herzzyklus, bis sie einen geeigneten enddiastolischen Rahmen erreichen. Alternativ können Sie den enddiastolischen Rahmen in einem echokardiographischen Anzeigeprogramm auswählen und dann in ein hochauflösendes .jpg-Dateiformat exportieren, das in ImageJ verwendet werden kann. Identifizieren Sie die Frames, die der Enddiastole am nächsten sind, mithilfe der R-Welle der EKG-Ablaufverfolgung, und identifizieren Sie dann den besten Frame, der die LV mit maximaler interner Dimension erfasst. Betrachten Sie diesen einzelframe als end-diastolischen Rahmen.</li>
	<li>Es wird vorgeschlagen, dass Benutzer bei der Auswahl von Interessengebieten von der Identität geblendet werden.</li>
</ol>2. ROI-Probenahme
<ol><li>Perikard-Referenzauswahl. Bei der Auswahl der Perikardregion von Interesse (ROI), ziel, die Heterogenität des Perikardgewebes zu erfassen. Beachten Sie, dass Die Bildhelligkeit und der Bildkontrast bei Bedarf an die ROI-Auswahl angepasst werden können, ohne dass sich dies auf die Analyseergebnisse auswirkt.<ol>
<li>Wählen Sie mit dem Rechteckzeichnungswerkzeug von ImageJ ein Rechteck mit einer Länge aus, die das mittlere Drittel der basalen inferolateralen Perikardwand nähert.</li>
		<li>Ändern Sie die Größe des rechteckigen ROI, um die Breite des Perikards mit dem ROI-Größenwerkzeug zu überspannen.</li>
		<li>Drehen Sie den ROI, um innerhalb des Perikardbereichs zu liegen, mit dem Drehwerkzeug von ImageJ.</li>
		<li>Nehmen Sie alle notwendigen Anpassungen an den Ecken des Perikard-ROI vor. Erfassen Sie eine letzte perikardische Interessensregion, die im mittleren Drittel der Perikardwand liegt und die Breite der Perikardwand umfasst, ohne sich in die myokard- oder extrakardialen Regionen auszudehnen. Ziel ist es, für alle in einer bestimmten Studie getroffenen Maßnahmen den gleichen relativen Standort und Prozentsatz der gesamten Perikardfläche zu erfassen.</li>
		<li>Wenden Sie den Algorithmus über ImageJ-Analysetools auf die Auswahl an (siehe Abschnitt 3).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Myokardauswahl. Ziel ist es wieder, die Heterogenität des Myokardgewebes im mittleren Drittel der basalen inferolateralen Myokardwand einzufangen. Beachten Sie, dass Die Bildhelligkeit und der Bildkontrast bei Bedarf an die ROI-Auswahl angepasst werden können, ohne dass sich dies auf die Analyseergebnisse auswirkt.<ol>
<li>Wählen Sie ein Rechteck aus, das die Breite der Myokardwand mit Ausnahme von Endokard und Epikardie umfasst. Stellen Sie sicher, dass die myokardische Auswahl neben der Perikardauswahl und im gleichen Theta-Winkel liegt. Schließen Sie keine Bereiche des Papillenmuskels innerhalb des Auswahlbereichs ein.</li>
		<li>Drehen Sie den myokarden ROI so, dass er parallel zur Perikardauswahl liegt.</li>
		<li>Nehmen Sie alle notwendigen Anpassungen an den Ecken des myokarddialen ROI vor. Isolieren Sie eine letzte myokardische Region von Interesse, die im mittleren Drittel der Myokardwand liegt, und erfasst die Breite der Wand, ohne sich in die Perikard- oder Intraluminalenbereiche auszudehnen.</li>
		<li>Wenden Sie den Algorithmus über ein ImageJ-Makro auf die Auswahl an.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Datenanalyse und -verarbeitung
<ol><li>Installieren Sie das ImageJ-Makro mit dem Namen "getHistogramValues.txt".</li>
	<li>Verwenden Sie das VideoJ-Histogrammanalysetool, um eine Vorschau der Verteilung der Signalintensitätswerte innerhalb des ROI anzuzeigen (führen Sie diesen Schritt für die Perikardauswahl und für die Myokardauswahl aus).</li>
	<li>Verwenden Sie das ImageJ-Makro, um diese Signaldichtewerte für den ROI aufzuzeichnen (führen Sie diesen Schritt für die Perikardauswahl und für die Myokardauswahl aus).<ol>
<li>Weisen Sie jedem Pixel innerhalb der Auswahl einen Intensitätswert von 0 (dunkel) bis 255 (hellste) Einheiten zu.</li>
		<li>Ordnen Sie die Intensitätswerte hierarchisch in der Reihenfolge der steigenden Intensität an, um eine Verteilung der Signalintensität zu erzeugen.</li>
		<li>Wählen Sie die folgenden Perzentilwerte für die Verteilung aus, und melden Sie sie:20. Perzentil,50. Perzentil (Median) und80. Perzentil.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Normalisieren Sie myokardiale Intensitäten mit der Perikardreferenz.<ol>
<li>Normalisieren Sie sich, indem Sie die Myokardperzentilwerte der Intensität durch die entsprechenden perikarddialen Perzentilwerte der Intensität12dividieren oder den Myokardperzentilwert der Intensität vom Perikardperzentilwert der Intensität13subtrahieren.</li>
		<li>Berichtswerte für die vier Analysemethoden: normalisierte Myokard-zu-Perikardial-Werte für das20. Perzentil,50. Perzentil (Median) und80. Perzentilwerte.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Quantifizierung der zyklischen Variabilität
<ol><li>Wenden Sie den Algorithmus auf die Myokardauswahl durch aufeinander folgende Frames der DICOM-Datei an, die sich durch den Herzzyklus bewegen. Vergleichen Sie Unterschiede in den Intensitätsverteilungen zwischen Frames, wobei die Aufmerksamkeit auf endsystolische und enddiastolische Frames zu beachten ist. Alle oben beschriebenen Bildanalysen werden offline auf nichtinvasiven echokardiographischen Bildern durchgeführt, die zuvor aufgenommen und digital im DICOM-Format gespeichert wurden. Alle Studienprotokolle wurden vom Brigham and Women es Institutional Review Board und dem Harvard Medical Area Standing Institutional Animal Care and Use Committee genehmigt.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Yamada, S., Komuro, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+backscatter+for+the+assessment+of+myocardial+viability.">Integrated backscatter for the assessment of myocardial viability.</a> Curr. Opin. Cardiol. 21, 433-437 (2006).</li><li>Mimbs, J. W., O'Donnell, M., Bauwens, D., Miller, J. W., Sobel, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dependence+of+ultrasonic+attenuation+and+backscatter+on+collagen+content+in+dog+and+rabbit+hearts.">The dependence of ultrasonic attenuation and backscatter on collagen content in dog and rabbit hearts.</a> Circ. Res. 47, 49-58 (1980).</li><li>Picano, 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=In+vivo+quantitative+ultrasonic+evaluation+of+myocardial+fibrosis+in+humans.">In vivo quantitative ultrasonic evaluation of myocardial fibrosis in humans.</a> Circulation. 81, 58-64 (1990).</li><li>Mizuno, R., 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=Myocardial+ultrasonic+tissue+characterization+for+estimating+histological+abnormalities+in+hypertrophic+cardiomyopathy:+comparison+with+endomyocardial+biopsy+findings.">Myocardial ultrasonic tissue characterization for estimating histological abnormalities in hypertrophic cardiomyopathy: comparison with endomyocardial biopsy findings.</a> Cardiology. 96, 16-23 (2001).</li><li>Mizuno, R., Fujimoto, S., Saito, Y., Nakamura, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+quantitation+of+myocardial+fibrosis+using+combined+tissue+harmonic+imaging+and+integrated+backscatter+analysis+in+dilated+cardiomyopathy.">Non-invasive quantitation of myocardial fibrosis using combined tissue harmonic imaging and integrated backscatter analysis in dilated cardiomyopathy.</a> Cardiology. 108, 11-17 (2007).</li><li>Marini, 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=Cyclic+variation+in+myocardial+gray+level+as+a+marker+of+viability+in+man.+A+videodensitometric+study.">Cyclic variation in myocardial gray level as a marker of viability in man. A videodensitometric study.</a> Eur. Heart. J. 17, 472-479 (1996).</li><li>Komuro, 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=Sensitive+detection+of+myocardial+viability+in+chronic+coronary+artery+disease+by+ultrasonic+integrated+backscatter+analysis.">Sensitive detection of myocardial viability in chronic coronary artery disease by ultrasonic integrated backscatter analysis.</a> J. Am. Soc. Echocardiogr. 18, 26-31 (2005).</li><li>Ciulla, 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=Echocardiographic+patterns+of+myocardial+fibrosis+in+hypertensive+patients:+endomyocardial+biopsy+versus+ultrasonic+tissue+characterization.">Echocardiographic patterns of myocardial fibrosis in hypertensive patients: endomyocardial biopsy versus ultrasonic tissue characterization.</a> J. Am. Soc. Echocardiogr. 10, 657-664 (1997).</li><li>Maceira, A. M., Barba, J., Varo, N., Beloqui, O., Diez, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+backscatter+and+serum+marker+of+cardiac+fibrosis+in+hypertensives.">Ultrasonic backscatter and serum marker of cardiac fibrosis in hypertensives.</a> Hypertension. 39, 923-928 (2002).</li><li>D'Hooge, J., 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=High+frame+rate+myocardial+integrated+backscatter.+Does+this+change+our+understanding+of+this+acoustic+parameter.">High frame rate myocardial integrated backscatter. Does this change our understanding of this acoustic parameter.</a> Eur. J. Echocardiogr. 1, 32-41 (2000).</li><li>Finch-Johnston, A. 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=Cyclic+variation+of+integrated+backscatter:+dependence+of+time+delay+on+the+echocardiographic+view+used+and+the+myocardial+segment+analyzed.">Cyclic variation of integrated backscatter: dependence of time delay on the echocardiographic view used and the myocardial segment analyzed.</a> J. Am. Soc. Echocardiogr. 13, 9-17 (2000).</li><li>Di Bello, V., 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=Increased+echodensity+of+myocardial+wall+in+the+diabetic+heart:+an+ultrasound+tissue+characterization+study.">Increased echodensity of myocardial wall in the diabetic heart: an ultrasound tissue characterization study.</a> J. Am. Coll. Cardiol. 25, 1408-1415 (1995).</li><li>Takiuchi, S., 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=Quantitative+ultrasonic+tissue+characterization+can+identify+high-risk+atherosclerotic+alteration+in+human+carotid+arteries.">Quantitative ultrasonic tissue characterization can identify high-risk atherosclerotic alteration in human carotid arteries.</a> Circulation. 102, 766-770 (2000).</li><li>Querejeta, R., 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=Serum+carboxy-terminal+propeptide+of+procollagen+type+I+is+a+marker+of+myocardial+fibrosis+in+hypertensive+heart+disease.">Serum carboxy-terminal propeptide of procollagen type I is a marker of myocardial fibrosis in hypertensive heart disease.</a> Circulation. 101, 1729-1735 (2000).</li></ol>

Es wurden keine Interessenkonflikte angemeldet.

Wir beschreiben das Protokoll für einen Bildanalysealgorithmus, der die sonographische Signalintensitätsverteilung quantifiziert und wiederum ein Ersatzmaß für die myokardische Mikrostruktur bietet. Standardisierte Funktionen des Protokolls, einschließlich Auswahl, Dimensionierung und Positionierung des ROI- und Referenzbereichs, dienen der Minimierung der benutzer- und fachbasierten Variabilität. Wir zeigen, dass der Algorithmus bei anwendung auf enddiastolische Echokardiographenbilder mit einem einzigen Frame ang...

Echokardiographie ist eine weithin zugängliche bildgebende Modalität, die häufig verwendet wird, um Veränderungen der Herzstruktur und -funktion nicht invasiv zu charakterisieren und zu quantifizieren. Ultraschallbewertungen von Herzgewebe können Analysen der Rückstreusignalintensität innerhalb eines bestimmten Bereichs von Interesse zu einem bestimmten Zeitpunkt sowie im Laufe des Herzzyklus umfassen. Frühere Studien haben vorgeschlagen, dass Messungen der sonographischen Signalintensität das zugrunde liegende Vorhandensein von Myokardfaser-Disarray, lebensfähig im Vergleich zu nicht lebensfähigen Myokardgewebe, und interstitielle Fibrose1-3identifizieren können. Wir bezeichnen myokardische "Mikrostruktur" als die Gewebearchitektur, die mit Hilfe sonographischer Analysen über lineare Messungen von Bruttogröße und Morphologie hinaus charakterisiert werden kann. Dementsprechend wurden Analysen der sonographischen Signalintensität verwendet, um mikrostrukturelle Veränderungen des Myokardgewebes bei der Einstellung der hypertrophen und erweiterten Kardiomyopathie4,5, der chronischen koronaren Herzkrankheit6,7und der hypertensiven Herzkrankheit8,9zu bewerten. Bisher etablierte Techniken stützten sich jedoch hauptsächlich auf den integrierten oder mittleren Wert von Backscatter-Signalintensitäten, die anfällig für Variabilität von zufälligem Rauschen5, aliasierte Daten aus niedrigen Bildraten10und Zeitverzögerungen für Algorithmen auf der Grundlage zyklischer Variation11.
Hierin beschreiben wir die Methode der Verwendung eines Ultraschall-basierten Bildanalysealgorithmus, der sich von früheren Methoden erstreckt; Dieser Algorithmus konzentriert sich auf einen einzelnen enddiastolischen Rahmen für die Bildanalyse und berücksichtigt die vollständige Verteilung der Signalintensitätswerte, die aus einer gegebenen Myokardprobe abgeleitet werden. Durch die Verwendung des Perikards als Inframe-Referenz12,13quantifiziert der Algorithmus reproduzierbar Variationen in sonographischen Signalintensitätsverteilungen und bietet ein verbessertes Ersatzmaß für die Myokardmikrostruktur. In einem Schritt-für-Schritt-Protokoll beschreiben wir Methoden zum Vorbereiten von Bildern für die Verwendung, zur Stichprobenerhebung von Interessenbereichen und zur Verarbeitung von Daten in ausgewählten Interessensgebieten. Wir zeigen auch repräsentative Ergebnisse aus der Anwendung des Algorithmus auf echokardiographische Bilder von Mäusen und Menschen mit variabler Exposition gegenüber Nachbelastung der linken Herzkammer.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="770">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ImageJ v 1.46</td>
			<td style="width:268px;">NIH (Bethesda, MD)</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">open access software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Power ShowCase</td>
			<td style="width:268px;">Trillium Technology (Ann Arbor, MI)</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>commercial software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ultrasonic assessment of myocardial microstructure

Echokardiographie ist eine weithin zugängliche bildgebende Modalität, die häufig verwendet wird, um Veränderungen der Herzstruktur und -funktion nicht invasiv zu charakterisieren und zu quantifizieren. Ultraschallbewertungen von Herzgewebe können Analysen der Signalintensität der Rückstreuung innerhalb eines bestimmten Bereichs von Interesse umfassen. Bisher etablierte Techniken stützten sich vorwiegend auf den integrierten oder mittleren Wert von Backscatter-Signalintensitäten, die anfällig für Variabilität von Aliasdaten durch niedrige Bildraten und Zeitverzögerungen bei Algorithmen auf der Grundlage zyklischer Variationen sein können. Dabei beschreiben wir einen Ultraschall-basierten Bildgebungsalgorithmus, der sich von früheren Methoden aus erstreckt, auf einen einzelnen Bildrahmen angewendet werden kann und die vollständige Verteilung der Signalintensitätswerte berücksichtigt, die aus einer gegebenen Myokardprobe abgeleitet werden. Bei Anwendung auf repräsentative Maus- und menschliche Bildgebungsdaten unterscheidet der Algorithmus zwischen Probanden mit und ohne Exposition gegenüber chronischem Nachlastwiderstand. Der Algorithmus bietet ein verbessertes Ersatzmaß für die myokardische Mikrostruktur und kann mit Open-Access-Bildanalyse-Software durchgeführt werden.

Die Signalintensitätsanalyse wird in 4 Hauptschritten durchgeführt (Abbildung 1), einschließlich: 1) Bildauswahl und -formatierung, 2) Stichproben-ROI und Referenzbereiche, 3) Algorithmusanwendung und 4) Verarbeitung von Endwerten, um Myokard-zu-Perikard-Intensitätsverhältnisse zu ergeben. Die Auswahl und Größe des ROI ist standardisiert, um die Interuser- sowie die Intrauser-Variabilität zu begrenzen (Abbildung 2). Die Positionierung jedes ROI ist auch in Bezug auf die anatomisc...

Watch this Scientific Journal Video about Ultrasonic Assessment of Myocardial Microstructure at JoVE.com

Ultrasonic Assessment of Myocardial Microstructure

Echokardiographie wird häufig verwendet, um Veränderungen der Herzstruktur und -funktion nicht invasiv zu charakterisieren und zu quantifizieren. Wir beschreiben einen Ultraschall-basierten Bildgebungsalgorithmus, der ein verbessertes Ersatzmaß für die Myokardmikrostruktur bietet und mit open-access Bildanalysesoftware durchgeführt werden kann.

Ultraschall-Bewertung der myokarddialen Mikrostruktur

Echocardiography is a widely accessible imaging modality that is commonly used to noninvasively characterize and quantify changes in cardiac structure and ...

ultrasonic-assessment-of-myocardial-microstructure

Research

JoVE Journal

Medicine

5.3K Aufrufe.  Harvard Medical School. Echokardiographie wird häufig verwendet, um Veränderungen der Herzstruktur und -funktion nicht invasiv zu charakterisieren und zu quantifizieren. Wir beschreiben einen Ultraschall-basierten Bildgebungsalgorithmus, der ein verbessertes Ersatzmaß für die Myokardmikrostruktur bietet und mit open-access Bildanalysesoftware durchgeführt werden kann.

Serie: Ultrasonic Assessment of Myocardial Microstructure

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

Purpose: An accurate and practical method to measure parameters like strain in myocardial tissue is of great clinical value, since it has been shown, that strain is a more sensitive and earlier marker for contractile dysfunction than the frequently used parameter EF. Current technologies for CMR are time consuming and difficult to implement in clinical practice. Feature tracking is a technology that can lead to more automization and robustness of quantitative analysis of medical images with less time consumption than comparable methods.
Methods: An automatic or manual input in a single phase serves as an initialization from which the system starts to track the displacement of individual patterns representing anatomical structures over time. The specialty of this method is that the images do not need to be manipulated in any way beforehand like e.g. tagging of CMR images.
Results: The method is very well suited for tracking muscular tissue and with this allowing quantitative elaboration of myocardium and also blood flow.
Conclusions: This new method offers a robust and time saving procedure to quantify myocardial tissue and blood with displacement, velocity and deformation parameters on regular sequences of CMR imaging. It therefore can be implemented in clinical practice.

An accurate and practical method to measure parameters like strain in myocardial tissue is of great clinical value, since it has been shown, that strain is a more sensitive and earlier marker for contractile dysfunction than the frequently used parameter EF.

Magnetic Resonance Derived Myocardial Dehnungs-Beurteilung anhand von Feature-Tracking-

Purpose: An accurate and practical method to measure parameters like strain in myocardial tissue is of great clinical value, since it has been shown, that ...

Forschung

Medizin

Acute Myocardial Infarction in Rats

With heart failure leading the cause of death in the USA (Hunt), biomedical research is fundamental to advance medical treatments for cardiovascular diseases. Animal models that mimic human cardiac disease, such as myocardial infarction (MI) and ischemia-reperfusion (IR) that induces heart failure as well as pressure-overload (transverse aortic constriction) that induces cardiac hypertrophy and heart failure (Goldman and Tarnavski), are useful models to study cardiovascular disease. In particular, myocardial ischemia (MI) is a leading cause for cardiovascular morbidity and mortality despite controlling certain risk factors such as arteriosclerosis and treatments via surgical intervention (Thygesen). Furthermore, an acute loss of the myocardium following myocardial ischemia (MI) results in increased loading conditions that induces ventricular remodeling of the infarcted border zone and the remote non-infarcted myocardium. Myocyte apoptosis, necrosis and the resultant increased hemodynamic load activate multiple biochemical intracellular signaling that initiates LV dilatation, hypertrophy, ventricular shape distortion, and collagen scar formation. This pathological remodeling and failure to normalize the increased wall stresses results in progressive dilatation, recruitment of the border zone myocardium into the scar, and eventually deterioration in myocardial contractile function (i.e. heart failure). The progression of LV dysfunction and heart failure in rats is similar to that observed in patients who sustain a large myocardial infarction, survive and subsequently develops heart failure (Goldman). The acute myocardial infarction (AMI) model in rats has been used to mimic human cardiovascular disease; specifically used to study cardiac signaling mechanisms associated with heart failure as well as to assess the contribution of therapeutic strategies for the treatment of heart failure. The method described in this report is the rat model of acute myocardial infarction (AMI). This model is also referred to as an acute ischemic cardiomyopathy or ischemia followed by reperfusion (IR); which is induced by an acute 30-minute period of ischemia by ligation of the left anterior descending artery (LAD) followed by reperfusion of the tissue by releasing the LAD ligation (Vasilyev and McConnell). This protocol will focus on assessment of the infarct size and the area-at-risk (AAR) by Evan's blue dye and triphenyl tetrazolium chloride (TTC) following 4-hours of reperfusion; additional comments toward the evaluation of cardiac function and remodeling by modifying the duration of reperfusion, is also presented. Overall, this AMI rat animal model is useful for studying the consequence of a myocardial infarction on cardiac pathophysiological and physiological function.

The rat model of acute myocardial infarction (AMI) is useful to study the consequence of a MI on cardiac pathophysiological and physiological function.

Akuter Myokardinfarkt bei Ratten

With heart failure leading the cause of death in the USA (Hunt), biomedical research is fundamental to advance medical treatments for cardiovascular ...

Assessment of Cardiac Function and Myocardial Morphology Using Small Animal Look-locker Inversion Recovery (SALLI) MRI in Rats

Small animal magnetic resonance imaging is an important tool to study cardiac function and changes in myocardial tissue. The high heart rates of small animals (200 to 600 beats/min) have previously limited the role of CMR imaging. Small animal Look-Locker inversion recovery (SALLI) is a T1 mapping sequence for small animals to overcome this problem 1. T1 maps provide quantitative information about tissue alterations and contrast agent kinetics. It is also possible to detect diffuse myocardial processes such as interstitial fibrosis or edema 1-6. Furthermore, from a single set of image data, it is possible to examine heart function and myocardial scarring by generating cine and inversion recovery-prepared late gadolinium enhancement-type MR images 1.
	The presented video shows step-by-step the procedures to perform small animal CMR imaging. Here it is presented with a healthy Sprague-Dawley rat, however naturally it can be extended to different cardiac small animal models.

Assessment of Cardiac Function and Myocardial Morphology Using Small Animal Look-locker Inversion Recovery SALLI MRI in Rats

Contrast enhanced cardiac magnetic resonance (CMR) imaging allows comprehensive in vivo assessment of the heart in small animal models of cardiovascular disease. Here we detail the procedures to perform CMR imaging, reconstruction and analysis using Small Animal Lock-Locker Inversion Recovery (SALLI) in rats.

Beurteilung der Herzfunktion und Morphologie Myokardiale Mit Small Animal Look-Locker Inversion Recovery (SALLI) MRI in Ratten

Small animal magnetic resonance  imaging is an important tool to study cardiac function and changes in myocardial  tissue. The high heart rates of small ...

MRI and PET in Mouse Models of Myocardial Infarction

Myocardial infarction is one of the leading causes of death in the Western world. The similarity of the mouse heart to the human heart has made it an ideal model for testing novel therapeutic strategies.
In vivo magnetic resonance imaging (MRI) gives excellent views of the heart noninvasively with clear anatomical detail, which can be used for accurate functional assessment. Contrast agents can provide basic measures of tissue viability but these are nonspecific. Positron emission tomography (PET) is a complementary technique that is highly specific for molecular imaging, but lacks the anatomical detail of MRI. Used together, these techniques offer a sensitive, specific and quantitative tool for the assessment of the heart in disease and recovery following treatment.
In this paper we explain how these methods are carried out in mouse models of acute myocardial infarction. The procedures described here were designed for the assessment of putative protective drug treatments. We used MRI to measure systolic function and infarct size with late gadolinium enhancement, and PET with fluorodeoxyglucose (FDG) to assess metabolic function in the infarcted region. The paper focuses on practical aspects such as slice planning, accurate gating, drug delivery, segmentation of images, and multimodal coregistration. The methods presented here achieve good repeatability and accuracy maintaining a high throughput.

We describe how to perform MRI and PET imaging of the mouse heart. The protocol is tailored to assess treatment efficacy in models of myocardial infarction and heart failure.

Myocardial infarction is one of the leading causes of death in the Western world. The similarity of the mouse heart to the human heart has made it an ...

Myocardial Infarction and Functional Outcome Assessment in Pigs

Introduction of newly discovered cardiovascular therapeutics into first-in-man trials depends on a strictly regulated ethical and legal roadmap. One important prerequisite is a good understanding of all safety and efficacy aspects obtained in a large animal model that validly reflect the human scenario of myocardial infarction (MI). Pigs are widely used in this regard since their cardiac size, hemodynamics, and coronary anatomy are close to that of humans. Here, we present an effective protocol for using the porcine MI model using a closed-chest coronary balloon occlusion of the left anterior descending artery (LAD), followed by reperfusion. This approach is based on 90 min of myocardial ischemia, inducing large left ventricle infarction of the anterior, septal and inferoseptal walls. Furthermore, we present protocols for various measures of outcome that provide a wide range of information on the heart, such as cardiac systolic and diastolic function, hemodynamics, coronary flow velocity, microvascular resistance, and infarct size. This protocol can be easily tailored to meet study specific requirements for the validation of novel cardioregenerative biologics at different stages (i.e. directly after the acute ischemic insult, in the subacute setting or even in the chronic MI once scar formation has been completed). This model therefore provides a useful translational tool to study MI, subsequent adverse remodeling, and the potential of novel cardioregenerative agents.

This protocol describes the porcine myocardial infarction (MI) model using a 90 min closed-chest coronary balloon occlusion of the left anterior descending artery (LAD), followed by reperfusion. Furthermore, the protocol for several outcome parameters, such as cardiac function, hemodynamics, microvascular resistance, and infarct size, are also presented.

Myokardinfarkt und Functional Outcome Assessment in Schweine

Introduction of newly discovered cardiovascular therapeutics into first-in-man trials depends on a strictly regulated ethical and legal roadmap. One ...

Primary Outcome Assessment in a Pig Model of Acute Myocardial Infarction

Mortality after acute myocardial infarction remains substantial and is associated with significant morbidity, like heart failure. Novel therapeutics are therefore required to confine cardiac damage, promote survival and reduce the disease burden of heart failure. Large animal experiments are an essential part in the translational process from experimental to clinical therapies. To optimize clinical translation, robust and representative outcome measures are mandatory. The present manuscript aims to address this need by describing the assessment of three clinically relevant outcome modalities in a pig acute myocardial infarction (AMI) model: infarct size in relation to area at risk (IS/AAR) staining, 3-dimensional transesophageal echocardiography (TEE) and admittance-based pressure-volume (PV) loops. Infarct size is the main determinant driving the transition from AMI to heart failure and can be quantified by IS/AAR staining. Echocardiography is a reliable and robust tool in the assessment of global and regional cardiac function in clinical cardiology. Here, a method for three-dimensional transesophageal echocardiography (3D-TEE) in pigs is provided. Extensive insight into cardiac performance can be obtained by admittance-based pressure-volume (PV) loops, including intrinsic parameters of myocardial function that are pre- and afterload independent. Combined with a clinically feasible experimental study protocol, these outcome measures provide researchers with essential information to determine whether novel therapeutic strategies could yield promising targets for future testing in clinical studies.

Reliable and accurate outcome assessment is the key for translation of preclinical therapies into clinical treatment. The current paper describes how to assess three clinically relevant primary outcome parameters of cardiac performance and damage in a pig acute myocardial infarction model.

Primärer Ergebnisbeurteilung in einem Schwein Modell eines akuten Myokardinfarkts

Mortality after acute myocardial infarction remains substantial and is associated with significant morbidity, like heart failure. Novel therapeutics are ...

Transthoracic Speckle Tracking Echocardiography for the Quantitative Assessment of Left Ventricular Myocardial Deformation

The value of conventional echocardiography is limited by differences in inter-individual image interpretation and therefore largely dependent on the examiners&#39; expertise. Speckle tracking Echocardiography (STE) is a promising but technically challenging method that can be used to quantitatively assess regional and global systolic and diastolic myocardial performance. Myocardial strain and strain rate can be measured in all three dimensions&#160;&#8212; radial, circumferential, longitudinal &#8212; of myocardial deformation. Standard cross-sectional two-dimensional B-mode images are recorded and subsequently postprocessed by automated continuous frame-by-frame tracking and motion analysis of speckles within the myocardium. Images are recorded as digital loops and synchronized to a 3-lead EKG for timing purposes. Longitudinal deformation is assessed in the apical 4-, 3-, and 2-chamber views. Circumferential and radial deformation are measured in the parasternal short axis plane.
Optimal image quality and accurate tissue tracking are paramount for the correct determination of myocardial performance parameters. Utilizing transthoracic STE in a healthy volunteer, the present article is a detailed outline of the essential steps and potential pitfalls of quantitative echocardiographic myocardial deformation analysis.

Speckle tracking echocardiography is an emerging diagnostic imaging technique for the quantitative assessment of global and regional myocardial performance. Standard view echocardiographic motion images are recorded and deformation parameters are subsequently measured by automated continuous frame-by-frame tracking and motion analysis of speckles within the B-mode images of the myocardium.

Transthorakale Speckle-Tracking Echokardiographie für die quantitative Bewertung der linksventrikulären myokardialen Deformations

The value of conventional echocardiography is limited by differences in inter-individual image interpretation and therefore largely dependent on the ...

Histological Quantification of Chronic Myocardial Infarct in Rats

Myocardial infarction is defined as cardiomyocyte death due to prolonged ischemia; an inflammatory response and scar formation (fibrosis) follow the ischemic injury. Following the initial acute phase, chronic remodeling of the left ventricle (LV) modifies the structure and function of the heart. Permanent coronary ligation in small animals has been widely used as a reference model for a chronic model of MI. Thinning of the infarcted wall progressively develops to transmural fibrosis. Histological assessment of infarct size is commonly performed; nevertheless, a standardization of the methods for quantification is missing. Indeed, important methodological aspects, such as the number of sections analyzed and the sampling and quantification methods, are usually not described and therefore preclude comparison across investigations. Too often, quantification is performed on a single section obtained at the level of the papillary muscles. Because novel strategies aimed at reducing infarct expansion and remodeling are under investigation, there is an important need for the standardization of accurate heart sampling protocols. We describe an accurate method to quantify the infarct size using a systematic sampling of harvested rat heart and image analyses of trichromatic stained histological sections obtained from base to apex. We also provide evidence that calculating the expansion index (EI) allowed for infarct size assessment, taking into account changes of the left ventricle throughout the remodeling.

The post-mortem assessment of myocardial infarction (MI) in rodents is based on quantification of the infarct on stained heart sections. We describe an accurate method to quantify the infarct size using systematic sampling of harvested rat hearts from base to apex and image analyses of trichrome-stained histological sections.

Die histologische Quantifizierung der chronischen Myokardinfarktes bei Ratten

Myocardial infarction is defined as cardiomyocyte death due to prolonged ischemia; an inflammatory response and scar formation (fibrosis) follow the ...

3D Whole-heart Myocardial Tissue Analysis

Cardiac regenerative therapies aim to protect and repair the injured heart in patients with ischemic heart disease. By injecting stem cells or other biologicals that enhance angio- or vasculogenesis into the infarct border zone (IBZ), tissue perfusion is improved, and the myocardium can be protected from further damage. For maximum therapeutic effect, it is hypothesized that the regenerative substance is best delivered to the IBZ. This requires accurate injections and has led to the development of new injection techniques. To validate these new techniques, we have designed a validation protocol based on myocardial tissue analysis. This protocol includes whole-heart myocardial tissue processing that enables detailed two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) analysis of the cardiac anatomy and intramyocardial injections. In a pig, myocardial infarction was created by a 90-min occlusion of the left anterior descending coronary artery. Four weeks later, a mixture of a hydrogel with superparamagnetic iron oxide particles (SPIOs) and fluorescent beads was injected in the IBZ using a minimally-invasive endocardial approach. 1 h after the injection procedure, the pig was euthanized, and the heart was excised and embedded in agarose (agar). After the solidification of the agar, magnetic resonance imaging (MRI), slicing of the heart, and fluorescence imaging were performed. After image post-processing, 3D analysis was performed to assess the IBZ targeting accuracy. This protocol provides a structured and reproducible method for the assessment of the targeting accuracy of intramyocardial injections into the IBZ. The protocol can be easily used when the processing of scar tissue and/or validation of the injection accuracy of the whole heart is desired.

This protocol describes a novel method for the 3D comparison of whole-heart myocardial tissue with MRI. This is designed for the accurate assessment of intramyocardial injections in the infarct border zone of a chronic porcine model of myocardial infarction.

3D Whole-Herz Myocardial Gewebeanalyse

Cardiac regenerative therapies aim to protect and repair the injured heart in patients with ischemic heart disease. By injecting stem cells or other ...

Ultrasonic-augmented Primary Adult Fibroblast Isolation

Primary adult fibroblasts have become an important tool to study fibrosis, fibroblast interactions and inflammation in all body tissues. Since primary fibroblasts cannot divide indefinitely due to myofibroblast differentiation or senescence induction, new cultures must be established regularly. However, there are several obstacles to overcome during the processes of developing a reliable isolation protocol and primary fibroblast isolation itself: the method&#8217;s degree of difficulty (especially for beginners), the risk of bacterial contamination, the required time until primary fibroblasts can be used for experiments, and subsequent cell quality and viability. In this study, a fast, reliable and easy-to-learn protocol to isolate and culture primary adult fibroblasts from mouse heart, lung, liver and kidney combining enzymatic digestion and ultrasonic agitation is provided.

We present a protocol to isolate primary adult fibroblasts in an easy, fast and reliable way, performable by beginners (e.g., students). The procedure combines enzymatic tissue digestion and mechanical agitation with ultrasonic waves to obtain primary fibroblasts. The protocol can easily be adapted to specific experimental requirements (e.g., human tissue).

Ultraschall-augmented Primary Adult Fibroblast Isolation

Primary adult fibroblasts have become an important tool to study fibrosis, fibroblast interactions and inflammation in all body tissues. Since primary ...