JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

פיתחנו שיטה מדויקת, לא פולשנית וקלה לשימוש לכימות חדירות אנדותל ותפקוד לקוי בעורקים באמצעות דימות תהודה מגנטית (MRI), בשם qMETRIC. טכניקה זו מאפשרת להעריך נזק לכלי הדם וסיכון קרדיווסקולרי הקשור לטרשת עורקים במודלים פרה-קליניים ובבני אדם.

Abstract

מחלות לב וכלי דם הן גורמי המוות המובילים ברחבי העולם. אנדותל חדיר/דולף ולא מתפקד נחשב לסמן המוקדם ביותר לנזק לכלי הדם ונחשב כגורם לטרשת עורקים. שיטה לזיהוי שינויים אלה in vivo תהיה רצויה במרפאה. כלים מבוססי הדמיית תהודה מגנטית (MRI) וטכנולוגיות אחרות אפשרו הבנה מעמיקה של תפקיד האנדותל במחלות לב וכלי דם וסיכון in vivo. עם זאת, יש צורך בגישות פשוטות וניתנות לשחזור לחילוץ נתונים הניתנים לכימות המשקפים נזק לאנדותל ממחקר הדמיה יחיד. זרימת עבודה לא פולשנית, קלה ליישום וכמותית של MRI פותחה כדי לרכוש ולנתח תמונות המאפשרות לכמת שני סמנים ביולוגיים של הדמיה של נזק לאנדותל העורקים (דליפה/חדירות ותפקוד לקוי). כאן, הפרוטוקול מתאר את היישום של שיטה זו בעורק הברכיוצפלי של עכברי ApoE-/- טרשת עורקים באמצעות סורק MRI קליני. ראשית, מתוארים פרוטוקולי מיפוי T1 של שיפור גדוליניום מאוחר (LGE) ו-Modified Look-Locker Inversion Recovery (MOLLI) לכימות דליפת אנדותל באמצעות בדיקה קושרת אלבומין. שנית, מתוארים רצפי זרימת דם אנטומיים וכמותיים למדידת תפקוד לקוי של האנדותל, בתגובה לאצטילכולין. חשוב לציין, השיטה המתוארת כאן מאפשרת רכישה של תמונות תלת מימד ברזולוציה מרחבית גבוהה עם כיסוי נפחי גדול המאפשר פילוח מדויק של מבני דופן כלי הדם כדי לשפר את השונות בין הצופים ובתוכם ולהגביר את האמינות והשחזור. בנוסף, הוא מספק נתונים כמותיים ללא צורך ברזולוציה בזמן גבוה עבור מודלים קינטיים מורכבים, מה שהופך אותו לבלתי תלוי במודל ואף מאפשר הדמיה של כלי דם ניידים מאוד (עורקים כליליים). לכן, הגישה מפשטת ומזרזת את ניתוח הנתונים. לבסוף, ניתן ליישם שיטה זו על סורקים שונים, ניתן להרחיב אותה להדמיית מיטות עורקים שונות, והיא ישימה קלינית לשימוש בבני אדם. ניתן להשתמש בשיטה זו כדי לאבחן ולטפל בחולים עם טרשת עורקים על ידי אימוץ גישת רפואה מדויקת.

Introduction

מחלות לב וכלי דם (CVDs) נותרו הגורם המוביל לתמותה ותחלואה ברחבי העולם, ומהוות כמעט שליש ממקרי המוות1, והגורם לנכויות לכל החיים הגורמות לעלות כספית גבוהה על מערכות הבריאות1. בקרב מחלות לב וכלי דם, מחלות לב איסכמיות ושבץ מוחי נגרמים בעיקר על ידי פלאק טרשת עורקים. טרשת עורקים היא מחלה רב-גורמית; עם זאת, סימן היכר נפוץ הוא נזק מוקדם של תאי האנדותל של כלי הדם שמוביל להיווצרות, התקדמות ובסופו של דבר סיבוכים של טרשת עורקים. לאנדותל כלי דם שלם יש תכונות בסיסיות להגנה על כלי הדם2. האנדותל מווסת את חדירות כלי הדם על ידי שליטה בטרנסלוקציה של תאים ומולקולות בין מחזור הדם המערכתי לדופן כלי הדם; שולט בטונוס כלי הדם על ידי איזון הייצור של מרחיבי כלי דם (למשל, תחמוצת החנקן, פרוסטציקלין) ומכווצי כלי הדם (למשל, אנדותלין-1, אנגיוטנסין II); ויש לו גם תכונות נוגדות קרישה. עם זאת, גם התפקוד וגם החדירות של תאי האנדותל יכולים להידרדר בנוכחות גורמי סיכון קרדיווסקולריים (למשל, עישון, כולסטרול גבוה, סוכרת, דלקת מערכתית, מתח חמצוני) ועל ידי דפוסים המודינמיים של זרימת הדם. אנדותל לא מתפקד הפחית את הרחבת כלי הדם בתגובה לגורמי לחץ, וכתוצאה מכך הגביר את נוקשות העורקים. בנוסף, אנדותל חדיר/דולף הרחיב את צמתי הפער ההדוקים בין תאים סמוכים 3,4,5,6,7. שינוי כזה מתרחש הן על האנדותל הלומינלי והן על כלי הפלאק החדשים שנוצרו שנראים שבירים, דולפים ודיסמורפיים8. תאי אנדותל חדירים פועלים כנקודות כניסה למולקולות ותאים הנישאים בפלזמה - ומחמירים את הסיכון למחלות לב וכלי דם.

בהתבסס על ידע זה, ב-15 השנים האחרונות, חדירות ותפקוד אנדותל התגלו כיעד הדמיה וטיפול מבטיח לאבחון טוב יותר של נבדקים בסיכון למחלות לב וכלי דם ולהערכת ההשפעות של תרופות ידועות או חדשות. עם זאת, הדמיה ישירה וכמותית של תפקוד האנדותל מוגבלת 9,10,11,12. נכון לעכשיו, חלק גדול מהפרשנות של תפקוד האנדותל in vivo מבוסס על מחקרים של התרחבות תלוית אנדותל (FMD) בכלי דם היקפיים שתפקודם נמצא בקורלציה צנועה עם עומס טרשת עורקים במיטות כלי דם הגורמים לאירועים קליניים 13,14,15. רק מספר מצומצם של מחקרי הדמיה הראו קשר ישיר בין תפקוד לקוי של האנדותל לעומס טרשת עורקים in vivo 9,10,11,12. לעומת זאת, גישות נגישות יותר המבוססות על MRI אפשרו חדירות אנדותל הדמיה באופן נרחב יותר. שימוש באחוז שיפור אות דופן כלי הדם לאחר מתן חומרי גדוליניום MRI סיפק מדידה כמותית למחצה של חדירות האנדותל16,17. מאוחר יותר, הפיתוח של פרוטוקולים דינמיים משופרים בניגודיות (DCE) איפשר מדידה משופרת וכמותית יותר של חדירות אנדותל כלי הדם. פרמטרים כמותיים כגון קצב אקסטרוואזציה של ניגודיות (Ktrans) ונפח מיקרו-וסקולרי (Vρ) הנגזרים ממודלים קינטיים או השטח שמתחת לעקומה (AUC), במעלה המדרון, זמן לשיא וריכוז השיא המופק משיטות לא מודליות היו בקורלציה לא רק עם חדירות האנדותל אלא גם עם כלי הדם של הפלאק 18,19,20. עם זאת, היישום של DCE כלי דם נותר מאתגר למרות התקדמות טכנית משמעותית מכיוון ש: (i) הוא דורש רזולוציה מרחבית גבוהה (0.5-0.7 מ"מ2) ורזולוציה זמנית21 לתיחום מדויק של דופן הכלי. דגימת ריכוז חומר הניגוד בדם כדי לחשב את תפקוד הקלט העורקי דורשת גם מודלים קינטיים, מה שמוביל לפשרה של הגבלת הכיסוי האנטומי22,23 כדי להשיג רזולוציה זמנית או להיפך 24,25; (ii) ניתוח נתונים עשוי לדרוש מודלים פרמקוקינטיים מורכבים (למשל, Patlak לעומת Tofts); (iii) מספק איכות תמונה מוגבלת, שחזור סריקה חוזרת ירודה, ושונות ממוצעת בין צופים ובתוך צופה26,27. לכן, עדיין יש צורך בגישות פשוטות וניתנות לשחזור לחילוץ נתונים ישירים וניתנים לכימות של חדירות אנדותל ותפקוד (לקוי) ממחקרי הדמיה בודדים שיכולים להיות בעלי תועלת קלינית טובה יותר.

כאן, פיתחנו MRI לא פולשני, קל ליישום וכמותי לרכישה וניתוח תמונות המאפשר כימות ישיר של שני סמנים של נזק לאנדותל העורקים (דליפה/חדירות ותפקוד לקוי) באמצעות מודלים פרה-קליניים של טרשת עורקים בסריקה אחת. השיטה נקראת Quantitative MRI of EndoThelial peRmeabIlity and dysfunCtion (qMETRIC). זה כרוך ברכישה של פרוטוקולי מיפוי T1 של שיפור גדוליניום מאוחר (LGE) ו-Modified Look-Locker Inversion Recovery (MOLLI) כדי לכמת דליפת אנדותל, לאחר מתן בדיקה תוך-וסקולרית לקשירת אלבומין ורכישת רצפי זרימת דם אנטומיים וכמותיים למדידת תפקוד לקוי של האנדותל, בתגובה לבולוס אצטילכולין. הראינו ש-qMETRIC מזהה במדויק: את חומרת טרשת העורקים ואת הסיכון לסיבוכים; תגובות טיפול; וניתן להתאים אותו לשימוש בחולים 5,6,7. חשוב לציין, השיטה המתוארת כאן מאפשרת רכישת תמונות ברזולוציה מרחבית גבוהה כדי לאפשר פילוח מדויק של דופן הכלי כדי למזער הטיה בין צופים / תוך-צופים ולהגביר את האמינות והשחזור עם כיסוי אנטומי גדול. לבסוף, ניתן להתאים שיטה זו לשימוש בסורקים שונים וניתן להרחיב אותה להדמיית מיטות עורקים שונות (אפילו עורקים כליליים28). זרימת העבודה הפשוטה הופכת את הגישה הזו לנגישה יותר לקהילת הדמיית הלב וכלי הדם.

Protocol

כל מרכיבי המחקר בוצעו בהתאם לחוק בעלי החיים הבריטי (נהלים מדעיים), 1986, ובאישור פאנל הביקורת האתית של קינגס קולג' בלונדון.

זרימת העבודה הניסיונית מסוכמת באיור 1.

1. הכנת בעלי חיים

  1. לגרום לטרשת עורקים על ידי האכלת עכברי ApoE-/- בתזונה עתירת שומן המכילה 21% שומן שומן ו-0.15% כולסטרול (wt/wt) בממוצע למשך עד 12 שבועות.
  2. טען מזרק אינסולין מחט 29 גרם עם הנפח הנכון של חומר הניגוד (gadofosveset trisordium) כדי להשיג מינון של 0.03 ממול/ק"ג. שמור על נפח ההזרקה בין 50-150 מיקרוליטר.
  3. הנח את הכלוב על כרית חימום המכוונת ל-37 מעלות צלזיוס כדי לחמם מראש את החיה ולשמור על טמפרטורת הגוף.
  4. לגרום להרדמה על ידי הנחת העכבר בקופסת אינדוקציה מרופדת ברקמות סופגות. כוונן את מד הזרימה ל-3%-5% של איזופלורן ב-1 ליטר/דקה של O2 למשך כ-3-5 דקות.
    הערה: הקפידו על עומק הרדמה נכון על ידי זיהוי קצב הנשימה המאט, שאמור לרדת לפחות מ-70 נשימות לדקה (פעימות לדקה).
  5. אשר את ההרדמה בשיטת צביטת הבוהן (כלומר, אובדן רפלקס הנסיגה לצביטת הבוהן). העבירו את החיה למחזיק והכניסו את אפה לחרוט אף. הנח את המחזיק על כרית חימום כדי לשמור על טמפרטורת הגוף של בעלי החיים.
  6. שמור על הרדמה, המועברת דרך האף, על ידי הגדרת זרימת אוויר ההרדמה במחזיק ל-1%-2% איזופלורן ב-1 ליטר/דקה של O2.
  7. מרחו משחה וטרינרית על עיני החיה כדי למנוע יובש בזמן ההרדמה.
  8. הניחו את החיה על הבטן או על צדה ונקו את הזנב בעזרת ספוגית אלכוהול. אתר אחד משני ורידי הזנב. במידת הצורך, חממו את הזנב עם מנורת UV כדי להפוך את ורידי הזנב לגלויים יותר.
  9. הכנס את מחט האינסולין 29 גרם במקביל לווריד כששיפוע המחט פונה כלפי מעלה. הזרקו בעדינות את נפח המזרק הממולא מראש המכיל gadofosveset trisodium. ודא שאין דימום במקום ההזרקה לאחר משיכת המחט.
  10. המתן 30 שניות עד ש-gadofosveset יסתובב, ואז העבר את העכבר למיטת ה-MRI.

2. הכנת סורק ה-MRI (ראה איור 1)

  1. מכסים את שולחן ה-MRI ברקמות סופגות.
  2. הנח את סליל מקלט ה-MRI בעל לולאה אחת על מיטת ה-MRI. השתמש בפלטפורמה כדי להרים את סליל המקלט ולהימנע ממגע ישיר בין סליל המקלט לשולחן ה-MRI.
  3. אבטח את הסליל לפלטפורמה באמצעות סרט כירורגי.
  4. הנח ואבטח את הצינור המחובר למשאבת חימום במחזור סביב הסליל והגדר אותו ל-37 מעלות צלזיוס כדי לשמור על טמפרטורת הגוף של החיה במהלך ההדמיה.
  5. הנח את צינור אספקת ההרדמה לתוך הקדח של סורק ה-MRI והדביק אותו כך שחרוט האף יגיע לקצה סליל המקלט שבו יונח ראש החיה.
  6. הפעל את המצלמה הפנימית כדי לפקח על החיה מחדר הקונסולה.
  7. בחדר קונסולת ה-MRI, השתמשו בממשק התוכנה כדי להתחיל מחקר חדש עבור החיה (המטופל).

3. מיקום בעלי חיים בסורק ה-MRI וניטור (ראה איור 2)

  1. העבר את החיה המורדמת לחדר הסורק. הנח את העכבר במצב שכיבה על סליל המקלט וודא שהחוטם שלו נכנס לקונוס האף כדי לשמור על הרדמה. סובב את זרימת האוויר בהרדמה ל-1%-1.5% איזופלורן ב-1 ליטר/דקה של O2.
  2. הקפד למקם את החיה על סליל ה-MRI כאשר אזורי הלב והצוואר שלה ממוקמים במרכז סליל המקלט.
  3. אבטח את אף העכבר לתוך חרוט האף, הבטן וזנב העכבר על הרציף בעזרת סרט.
  4. הנח ארבע אלקטרודות על הכפות הקדמיות והאחוריות, וודא שכף היד של האצבעות פתוחה לחלוטין כדי להקליט את האלקטרוקרדיוגרמה (ECG). השתמש בג'ל מוליך א.ק.ג על כפות העכבר לפני חיבור רפידות האק"ג כדי לשפר את המוליכות.
  5. הקפד להשתמש בסרט כדי לחבר היטב את האלקטרודות לפלטפורמה.
  6. יישר את הלייזר של מיטת הסורק עם הבסיס (הקצה הפרוקסימלי) של הלב; השתמש בעצם הבריח ובקו הכפות הקדמי כציון דרך. מקם את החיה באיזוסנטר של המגנט באמצעות טבלת MR אוטומטית.

4. תכנון ורכישה של תמונות MRI

  1. התחל סריקת סקאוט כדי להפעיל את הכיולים הסטנדרטיים למערכת ה-MRI.
  2. הגדר את ציוד הניטור לזיהוי גל ה-R של האק"ג. התאם את הספים עבור כל עכבר ובתוך הפעלות הדמיה כך שתהיה הפעלה אמינה.
    הערה: תדר הלב של העכבר בהרדמה עמוקה נע בדרך כלל בין 400-600 פעימות לדקה (bpm).
  3. רכוש סריקת הד שיפוע תלת מימדית (GRE) כדי לקבל תמונות פיילוט רב-מישוריות (תמונות סקאוט) כדי לתכנן את שאר הסריקות (ראה טבלה 1 לפרמטרים של רכישת MRI ואיור 3 לתכנון).
  4. זהה את הלב בתמונות הצופים, במיוחד במבט העטרתי, בקלות רבה יותר על ידי חפצי הזרימה שלו.
    הערה: אם התמונות מראות שהעכבר אינו מרוכז היטב מעל הסליל או האיזוסנטר, משוך את המיטה וחזור על המיקום.
  5. תכנן סריקת MRI אנגיוגרפיה משופרת ניגודיות תלת מימדית (MRA) (ראה טבלה 1 לסריקה עבור פרמטרי רכישת MRI ואיור 3 לתכנון) במישור רוחבי המשתרע מבסיס הלב לכיוון הצוואר ועורקי הצוואר עם שדה ראייה (FOV) של 8 מ"מ.
  6. השתמש בתמונות הקרנה בעוצמה מקסימלית (MIP) כדי לדמיין את קשת אבי העורקים, עורקי הברכיוצפלי והצוואר ולתכנן את שיפור הגדוליניום המאוחר (LGE), מיפוי T1 וסריקות קולנוע (ראה איור 3 לתמונות מייצגות).
    הערה: אם רמת נפח ההדמיה שגויה, חזור על הרכישה על-ידי הזזת הפרוסות קרוב או רחוק.
  7. רכישת תמונת MRI למדידת חדירות אנדותל.
    1. השתמש בתמונות MIP ו-MRA רוחביות שנרכשו בעבר כדי לתכנן רכישה של פרוסה אחת 2D-Look-Locker (LL) בניצב לאבי העורקים העולים או לעורקי הצוואר (ראה טבלה 1 לסריקה עבור פרמטרי רכישת MRI ואיור 3 לתמונות מייצגות).
    2. הגדר את הדופק ל-60 פעימות לדקה בעת שימוש באות א.ק.ג מדומה או הגדר תקופת ריקון כדי להבטיח שדופק התאוששות ההיפוך בין פעימות התאוששות ההיפוך הבאות יהיה 1000 אלפיות השנייה בעת שימוש באות האק"ג המוקלט.
    3. השתמש בתמונות Look-Locker כדי לקבוע את זמן ההיפוך האופטימלי (TI) עבור ביטול אותות הדם הנדרש לסריקת LGE.
    4. הדמיית LGE: לאחר 20-30 דקות של הזרקת gadofosveset, ומיד לאחר סריקת LL (המתוארת בשלבים 4.7.1-4.7.3) רכשו סריקת LGE באמצעות רצף הד שיפוע מהיר תלת מימדי לשחזור היפוך (ראה טבלה 1 לפרמטרי רכישת MRI ואיור 3 לתמונות מייצגות).
    5. תכנן סריקת LGE הד שיפוע מהיר תלת מימדית רוחבית שתכסה את בסיס הלב (כדי לכלול חלק משורש אבי העורקים), העורק הברכיוצפלי (בין שורש אבי העורקים להתפצלות התת-בריחית), וחלק מעורקי הצוואר עם שדה ראייה (FOV) של 8 מ"מ בכיוון ראש כף הרגל תוך שימוש באותה גיאומטריה כמו עבור ה-MRA לעיל (ראה איור 3 לתמונות מייצגות).
    6. הגדר את הדופק ל-60 פעימות לדקה, בעת שימוש באות א.ק.ג מדומה, או הגדר תקופת ריקון כדי להבטיח שפעימות התאוששות היפוך עוקבות יתרחשו בכל 1000 אלפיות השנייה עבור סריקת LGE בעת שימוש באות ה-ECG המוקלט (כמו בשלב 4.7.2 לעיל).
      הערה: זה חשוב להתאוששות עקבית ובלתי תלויה בקצב הלב של המגנטיזציה בין פעימות התאוששות היפוך עוקבות.
    7. הכנס את ה-T1 שהתקבל מה-Look-Locker לרצף ה-LGE תחת ניגודיות > עיכוב היפוך.
    8. הדמיית מיפוי T1: השתמש ברכישת הד שיפוע מהיר תלת מימדי כדי לרכוש תמונות מיפוי T1 רוחביות 45 דקות לאחר הזרקת gadofosveset. תכנן את הרצף באותו כיוון וגיאומטריה כמו סריקת LGE לעיל (ראה טבלה 1 לפרמטרים של רכישת MRI ואיור 3 לתמונות מייצגות).
    9. הגדר את הדופק ל-120 פעימות לדקה, בעת שימוש באק"ג מדומה, או הגדר תקופת ריקון כדי להבטיח שדופק התאוששות ההיפוך בין שתי רכבות ההדמיה יתרחש בכל 500 אלפיות השנייה בעת שימוש במעקב האק"ג המוקלט.
      הערה: רצף המיפוי T1 משתמש בשני פולסי היפוך לא סלקטיביים עם זמני היפוך בין 20-2000 אלפיות השנייה, ואחריהם שמונה קריאות מקוטעות עבור שמונה תמונות בודדות. השילוב של שני שובלי ההדמיה מביא לסך של שש עשרה תמונות לכל פרוסה עם זמני היפוך משתנים. התמונות משוחזרות אוטומטית על הסורק באמצעות מודל התאמה של שלושה פרמטרים. המשוואות המשמשות ליצירת המפות הפרמטריות T1 הן:
      figure-protocol-7521
      figure-protocol-7594
  8. רכישת תמונת MRI למדידת תפקוד האנדותל
    1. הכינו תמיסה של אצטילכולין מדולל במי מלח. טען מזרק אינסולין מחט 29 גרם עם נפח התמיסה הנכון להשגה (16.6 מ"ג/ק"ג). שמור על נפח ההזרקה בין 50-150 מיקרוליטר.
    2. באמצעות ה-MRA הרוחבי ותמונות MIP מתאימות, הנח פרוסה רוחבית על פני העורק הברכיוצפלי, בין שורש אבי העורקים להתפצלות התת-בריחית (איור 3 לתמונות מייצגות).
    3. השתמש בהד שיפוע דו-ממדי רוחבי (GRE) עם שער א.ק.ג רטרוספקטיבי כדי לרכוש תמונות קולנועיות שנפתרו זמנית של העורק הברכיוצפלי (ראה טבלה 1 לפרמטרי רכישת MRI איור 3 לתמונות מייצגות).
    4. התאם את מספר שלבי הלב המקסימליים לקצב הלב של כל בעל חיים.
      הערה: בדרך כלל, 14 שלבים לבביים מספקים רזולוציה זמנית מספקת.
    5. לאחר רכישת התמונות הבסיסיות, היכנס לחדר סורק ה-MRI. בזמן שהעכבר מורדם בסורק, הזריק בעדינות אצטילכולין תוך צפקי (IP). הימנע מהזזת העכבר על הסליל.
    6. המתן 6-10 דקות עד שהדופק יתייצב וחזור על הרכישה.
    7. בתום הליך ההדמיה, החזירו את העכבר לכלוב שלו והניחו את הכלוב על כרית חימום להתאוששות.
      הערה: עכברים מתאוששים כאשר הם חוזרים להכרה מספקת כדי לשמור על שכיבה על עצם החזה.
    8. ייצא את התמונות שנרכשו בפורמט הדמיה דיגיטלית ותקשורת ברפואה (DICOM) והשתמש בתוכנת ניתוח תמונות בפלטפורמה פתוחה.

5. פילוח MRI וניתוח נתונים (ראה איור 4)

  1. גרור ושחרר את קבצי Dicom למסד הנתונים של תוכנת פלטפורמה פתוחה כדי לטעון את כל התמונות.
  2. השתמש בתמונות LGE כדי להמחיש את קליטת הניגודיות בדופן כלי הדם ולחשב את אזור השיפור כסמן חלופי לדליפת תאי אנדותל.
  3. בחר הן את סריקת ה-MRA והן את סריקת שחזור ההיפוך. הקש Enter כדי לטעון את התמונות הללו זו לצד זו. לחץ על הסמל הקטן שליד שם הסריקה וגרור ושחרר את תמונות ה-MRA על תמונות LGE.
  4. בחר באפשרות Re-sample כדי לפרוס מחדש את תמונות ה-MRA באמצעות תמונות LGE כהתייחסות להבדלים בעובי הפרוסה.
  5. לחץ על הסמל הקטן שליד שם הסריקה. גרור ושחרר את תמונות ה-LGE על תמונות ה-MRA (כמו בשלב 5.4 לעיל). מהתפריט, בחר Image Fusion כדי לכסות את תמונות LGE ו-MRA.
  6. בסרגל הכלים, לחץ על 2D Viewer ולאחר מכן בחר 3D Position Panel. השתמש בלחצנים כדי לתקן ידנית תזוזות במישור כדי לקחת בחשבון תזוזות קטנות פוטנציאליות עקב נשימה של בעלי חיים.
  7. השתמשו בכלי מצולע סגור הממוקם בסרגל הכלים כדי לפלח ידנית את המקטע המשופר מבחינה ויזואלית של דופן הכלי. השתמש בתמונות MRA ו-LGE הרשומות במשותף כדי להנחות את הפילוח.
  8. פלח את כל תמונות ה-LGE המקיפות את העורק הברכיוצפלי.
    הערה: אם לשיפור דופן הכלי יש מראה מפוזר או טלאים, פלח אותם בנפרד בכל פרוסה.
  9. לחץ על כפתור התוספים בסרגל הכלים ובחר כלי ROI, ולאחר מכן ייצא החזר ROIs כדי לייצא את האזור המפולח (מ"מ2) עבור כל אזור עניין (ROI) בגיליון אלקטרוני.
  10. סכם את השטח של כל פרוסה כדי לחשב את שטח השיפור הכולל בעורק הברכיוצפלי בגיליון האלקטרוני.
    הערה: שטח השיפור הכולל יכול לשמש כסמן כמותי לחדירות האנדותל.
  11. השתמש במפות T1 שנוצרות אוטומטית במחשב סורק ה-MRI כדי לחשב את ערך ה-T1 הממוצע של דופן הכלי המשקף את כמות הספיגה של gadofosveset לדופן הכלי - זהו סמן כמותי נוסף לחדירות האנדותל.
  12. טען את תמונות מפת MRA ו-T1 ופעל בגישה דומה כמתואר לעיל (שלבים 5.3-5.9) כדי לפלח את דופן הכלי ולחלץ את ערכי T1 (ms).
  13. בגיליון אלקטרוני, הפוך את ערכי T1 והכפל ב-1000 כדי לחשב את זמן ההרפיה R1 = 1/T1 בשניות. חשב את הממוצע R1 עבור כל הפרוסות המכסות את העורק הברכיוצפלי בכל חיה.
  14. טען את תמונות האנגיוגרפיה של ניגוד הפאזה ומפות המהירות כדי לחשב את השינויים באזור הכלי ובמהירות זרימת הדם, בהתאמה, במהלך מחזור הלב.
  15. פלח את שתי התמונות שנרכשו לפני ואחרי הזרקת אצטילכולין כדי לחשב תגובתיות כלי דם תלויה באנדותל, סמן חלופי לתפקוד אנדותל (לקוי).
  16. השתמש בכלי Grow Region האוטומטי למחצה הזמין בכרטיסייה ROI או השתמש באפשרות מצולע סגור הזמינה בסרגל הכלים (כמתואר בשלב 5.7) כדי לפלח את אזור הלומן (מ"מ2) של העורק הברכיוצפלי בתמונות האנגיוגרפיה.
    הערה: הכלי החצי אוטומטי משתמש בסף פיקסלים כדי לאכול פיקסלים המקיפים את מאגר הדם על סמך עוצמת האות שלהם.
  17. השתמש בכלי Close Polygon כדי לפלח את המפות המקודדות של מהירות זרימת הדם המתאימות כדי לחשב את מהירות זרימת הדם (ס"מ לשנייה).
  18. ייצא את אזור הלומן (מ"מ2) ומהירות זרימת הדם (ס"מ לשנייה) בגיליון אלקטרוני (כמתואר בשלב 5.9) וזהה את אלה המתאימים לשלב הלב הקצה דיאסטולי (שטח מקסימלי) וקצה סיסטולי (שטח מינימלי).
  19. השתמש בגיליון האלקטרוני בטבלה כדי לחשב את הרחבת כלי הדם התלויה באנדותל (חשב את אחוז השינוי באזור הלומן הדיאסטולי (ED) ומהירות זרימת הדם לפני ואחרי הזרקת אצטילכולין). השתמש בנוסחאות הבאות:
    שינוי שטח = figure-protocol-12420
    שינוי זרימה= figure-protocol-12503
  20. עבור כל בעל חיים, טבלאות הנתונים המתאימים הנגזרים מתמונות LGE, מפות T1 ובדיקת האצטילכולין בתוכנה סטטיסטית לניתוח.

תוצאות

בדוח זה, היישום של שיטת Quantitative MRI מודגם למדידת EndoThelial peRmeabIlity ו- (dys) funCtion (qMETRIC) בעורק הברכיוצפלי של עכברי ApoE-/- טרשת עורקים. שיטה זו מספקת נתונים ישירים וניתנים לכימות של שני סמנים לנזק לאנדותל - חדירות ותפקוד (לקוי), אותם ניתן לחלץ מסריקות דופן כלי דם in vivo שנרכשו בפגישת הדמיה אחת. ראשית, LGE משמשים למדידת שטח שיפור דופן כלי הדם (מ"מ3), ומפות T1 (או R1) משמשות לכימות קצב ההרפיה של דופן כלי הדם (s-1) לאחר מתן gadofosveset, שניהם סמנים חלופיים של חדירות (ראה איור 5 לתוצאות מייצגות). קצב ההרפיה של דופן כלי הדם R1 נע בין 2.42 שניות-1 ±-0.35 שניות-1 ל-3.45 שניות-1 ±-0.54 שניות-1 ל-3.83 שניות-1 ±-0.52 שניות-1 ב-4 שבועות, 8 שבועות ו-12 שבועות של דיאטה עתירת שומן, בהתאמה. לעומת זאת, עכברים מסוג בר (R1 = 2.15 ± 0.34 s-1) ועכברי ApoE-/- שטופלו בסטטינים (R1 = 3.0 ± 0.65 s-1) הראו פחות שיפור. בעכברי ApoE-/- שהוזנו בתזונה עתירת שומן עד 12 חודשים, המחקר מראה עם ניתוח היסטולוגי, צבע כחול אוונס ומיקרוסקופ אלקטרונים כי חדירות האנדותל עולה במהלך התקדמות טרשת עורקים, מה שהסכים עם נפח דופן כלי דם מוגבר LGE, שינוי מוגבר בהרפיה של דופן כלי הדם R1 והתכווצות כלי דם פרדוקסלית לאחר הזרקת אצטילכולין5. לעומת זאת, סטטינים וטיפולים אחרים ממוקדי אנדותל הפחיתו את חדירות האנדותל ואת גודל הפלאק, מה שבא לידי ביטוי בנפח LGE קטן יותר, ערכי R1 נמוכים יותר 5,7 ושיפור בהרחבת כלי הדם. מבחינה מכנית, gadofosveset נקשר באופן הפיך לאלבומין בסרום. התוצאה היא עלייה של פי 5-6 בהרפיה של T1 של הגשושית29 - מה שהופך אותה לניתנת לזיהוי על ידי MRI עם רגישות גבוהה. כאן, המחקר מראה כי קשורה לאלבומין, ספיגת הגשושית משקפת דליפת אנדותל מכיוון שהיא מתואמת עם ספיגת הצבע הכחול של אוון - שיטת ex vivo בתקן זהב לכימות דליפת אנדותל (איור 5) - וצמתים רחבים יותר של מרווח הדוק5. שנית, בדיקה פשוטה מודגמת למדידת תפקוד אנדותל (לקוי), בתגובה לאצטילכולין. בכלי הבקרה, אצטילכולין גורם להרפיית כלי דם תלויה באנדותל המובילה להגדלת שטח/נפח העורקים וזרימת הדם. כדי למדוד את תפקוד האנדותל, נעשה שימוש בתמונות אנגיוגרפיה המופעלות על ידי א.ק.ג שנרכשו לפני ואחרי מתן אצטילכולין. המחקר מחשב את השינוי באזור (או נפח) הקצה הדיאסטולי של לומן כלי הדם לפני ואחרי מתן אצטילכולין. נמצא כי בניגוד לכלי דם רגילים המתרחבים בתגובה לאצטילכולין, כלי דם טרשת עורקים מפגינים ירידה בתפקוד הרחבת כלי הדם התלויה באנדותל המתבטאת בשינוי מופחת בשטח כלי הדם (או בנפח) או אפילו התכווצות כלי דם פרדוקסלית של הכלי (איור 5). מעניין שטיפול בסטטינים שיפר את התכונות של הרחבת כלי הדם של האנדותל13.

figure-results-2992
איור 1: זרימת עבודה להדמיית חדירות אנדותל ותפקוד (לקוי) בעכברים טרשת עורקים. (א-ב) עכברים מורדמים תחילה ולאחר מכן מוזרקים עם חומר הניגוד אלבומין. (C) לאחר מכן עכברים מועברים לסליל MRI, שם משתמשים ברפידות אק"ג לניטור פעילות הלב. (ד-ה) תמונות MRI נרכשות כדי לכמת את חדירות האנדותל ותפקוד (לקוי) המנותחים לאחר מכן באמצעות תוכנת פלטפורמה פתוחה (שנוצרה עם BioRender.com). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-3814
איור 2: מיקום בעלי חיים וניטור א.ק.ג להדמיית חדירות אנדותל ותפקוד (לקוי) באמצעות סורק MRI קליני של 3 טסלה. (א-ב) החיה ממוקמת על סליל פני השטח ונשמרת מורדמת באמצעות איזופלורן הניתן לשאיפה. שקי חול משמשים לייצוב פלטפורמת ההדמיה. (ג-ד) רפידות א.ק.ג מונחות על הכפות ומחוברות למודול א.ק.ג קליני כדי לתעד את פעילות הלב. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-4566
איור 3: תכנון MRI ורכישת תמונות כדי לכמת חדירות אנדותל ותפקוד (לקוי) בעורק הברכיוצפלי של עכברים טרשת עורקים. (A) תמונות סקאוט נרכשות כדי לזהות את האזור האנטומי בין שורש אבי העורקים לעורקי הצוואר. (B) אנגיוגרמה MR משמשת כדי להמחיש את כלי הדם ולתכנן את הסריקות הבאות. (C) תמונות Look-Locker נרכשות ברמת העורק הברכיוצפלי כדי לקבוע את עיכוב הזמן המתאים לביטול האות מהדם בתמונות שיפור גדוליניום מאוחרות יותר (LGE). (D) תמונות LGE מספקות הערכה חזותית של שיפור דופן כלי הדם. (E) מיפוי T1 משמש לחישוב קצב הרפיית דופן כלי הדם המעיד על ריכוז הגדוליניום. (F) תכונות הרחבת כלי הדם התלויות באנדותל של דופן כלי הדם מכומתות לאחר מתן אצטילכולין. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-5634
איור 4: פילוח וניתוח תמונה לכימות חדירות אנדותל ותפקוד (לקוי) בעורק הברכיוצפלי של עכברים טרשת עורקים. (A) דופן כלי הדם מפולחת ידנית בתמונות LGE כדי לכמת את השטח/נפח של קליטת הניגודיות. (B) דופן כלי הדם מחולקת במיפוי T1 כדי לחשב את קצב ההרפיה של דופן כלי הדם T1. (C) דופן כלי הדם המפולחת באנגיוגרמות MR ותמונות מקודדות זרימת דם משמשת לחקר תכונות הרחבת כלי הדם של דופן כלי הדם על ידי חישוב השינויים ב-
אזור לומן דיאסטולי (או נפח) וזרימת דם לאחר מתן אצטילכולין. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-6483
איור 5: הדמיה כמותית של חדירות אנדותל ותפקוד (לקוי) (qMETRIC) בעכברים טרשת עורקים. (A) תמונות LGE ומפות הרפיה R1 מראות קליטה מוגברת של חומר הניגוד קושר האלבומין בתוך דופן כלי הדם במהלך התקדמות טרשת עורקים והשיפור לאחר טיפול בסטטינים. נתוני ההדמיה מאוששים על ידי הצטברות הצבע הכחול של אוון, צבע קושר אלבומין, ex vivo. (B) שינויים בתכונות הרחבת כלי הדם של דופן כלי הדם, בתגובה למתן אצטילכולין, מאפשרים כימות של הרחבת כלי דם תלוית אנדותל. כלי בקרה מתרחבים, בעוד שכלי דם טרשת עורקים מתכווצים בכלי הדם בתגובה לאצטילכולין, מה שמרמז על נזק לאנדותל. טיפול בסטטינים משפר את הנזק לאנדותל. המונחים "wks" ו- "HFD" באיור מייצגים "שבועות" ו"דיאטה עתירת שומן ", בהתאמה. נתון זה שונה מ-Phinikaridou, A. et al.5. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

סריקה / רצףפרמטרים לרכישה
סריקת סקאוט / פיילוטתלת-ממד, הד הדרגתי מהיר
רוחבי: FOV = 50 מ"מ x 27 מ"מ x 14 מ"מ, מטריצה = 96 x 52, רזולוציה במישור = 0.5 מ"מ x 0.5 מ"מ, עובי פרוסה = 0.5 מ"מ, TR/TE = 15/6.1 אלפיות השנייה, זווית היפוך = 30°, ממוצעים = 1
עטרה: FOV = 200 מ"מ x 102 מ"מ x 14 מ"מ, מטריצה = 336 x 173, רזולוציה במישור = 0.5 מ"מ x 0.5 מ"מ, עובי פרוסה = 0.5 מ"מ, TR/TE = 12/6 אלפיות השנייה, זווית היפוך = 30°, ממוצעים = 1
סריקת MRAהד שיפוע מהיר תלת-ממדי, FOV = 30 מ"מ x 30 מ"מ x 8 מ"מ, מטריצה = 200 x 200, רזולוציה במישור = 0.15 מ"מ x 0.15 מ"מ, עובי פרוסה = 0.5 מ"מ, TR/TE = 15/6.1 אלפיות השנייה, זווית היפוך = 40°, ממוצעים = 1
סריקת לוקרהד שיפוע מהיר דו-ממדי, FOV = 30 מ"מ x 30 מ"מ, מטריצה = 80 x 80, רזולוציה במישור = 0.38 מ"מ x 0.38 מ"מ, עובי פרוסה = 2 מ"מ, TR/TE = 19/8.6 ms, TR בין פולסי IR עוקבים = 1000 ms, וזווית היפוך = 10°, ממוצעים = 1.
סריקת LGEהד שיפוע מהיר תלת-ממדי, FOV = 30 מ"מ x 30 מ"מ x 8 מ"מ, מטריצה = 304 x 304, רזולוציה במישור = 0.1 מ"מ x 0.1 מ"מ, עובי פרוסה נמדד = 0.5 מ"מ, פרוסות = 32, TR/TE = 28/8 אלפיות השנייה, TR בין פולסי IR עוקבים = 1000 אלפיות השנייה, וזווית היפוך = 30°, ממוצעים = 1.
סריקת מיפוי T1הד שיפוע מהיר תלת מימדי, FOV = 36 מ"מ x 22 מ"מ x 8 מ"מ, מטריצה = 192 x 102, רזולוציה במישור = 0.18 מ"מ x 0.22 מ"מ, עובי פרוסה נמדד = 0.5 מ"מ, פרוסות = 16, TR/TE = 9.6/4.9 אלפיות השנייה, זווית היפוך = 10°, ממוצעים = 1.
סריקת אנגיוגרפיה של ניגודיות פאזהדו-ממדי, הד שיפוע מהיר, FOV = 40 מ"מ x 23 מ"מ, מטריצה = 132 x 77, רזולוציה במישור = 0.3 מ"מ x 0.3 מ"מ x 1 מ"מ, TR/TE = 9.8/4.9 אלפיות השנייה, זווית היפוך = 30°, פאזות לב = 14, ממוצעים = 6, מהירות זרימה (כיוון רגל-ראש) = 30 ס"מ לשנייה.

טבלה 1: פרמטרים לרכישת MRI

Discussion

קביעת בריאות האנדותל של כלי הדם היא סמן ביולוגי הדמיה אטרקטיבי שניתן להשתמש בו כדי לאבחן סיכון הקשור לטרשת עורקים ולניטור השפעות הטיפול. ניתן להשתמש בפרוטוקול qMETRIC המתואר כאן כדי לכמת באופן שחזורי את החדירות / דליפות האנדותל ותפקוד (לקוי) בפרוטוקול MRI מקיף, מהיר וישים קלינית. גישה כזו יכולה לספק חלופה פשוטה יותר או כלי משלים לפרוטוקולי DCE-MRI קיימים לכימות חדירות האנדותל. זה יכול גם לספק כלי לא פולשני להערכה ישירה של תפקוד האנדותל (לקוי) במיטות כלי דם, כגון העורקים הכליליים והצוואר, במקום להשתמש בטכניקות פולשניות או במדידות חלופיות בעורקים היקפיים המושפעים פחות מהמחלה. מדידת חדירות האנדותל בשיטה זו מאפשרת כיסוי של אבי העורקים, קשת אבי העורקים והעורקים הברכיוצפליים והצווארים ברזולוציה מרחבית גבוהה (0.1 מ"מ לתמונות LGE ו-0.22 מ"מ למיפוי T1) שהיא חיונית לפילוח מדויק של דופן כלי הדם במכרסמים. ניתוח התמונות יכול להתבצע באמצעות פלטפורמת קוד פתוח ודורש רק פילוח פשוט של דופן הכלי ללא צורך במודלים פרמקוקינטיים מורכבים. חשוב לציין, ניתן להתאים את הפרוטוקול הזה לשימוש במספר סורקים שונים הזמינים מסחרית, וניתן להרחיב אותו לשימוש במודלים שונים של בעלי חיים וגם בבני אדם. למרות שפרוטוקול זה מתאר את המתודולוגיה באמצעות מערך סורק קליני, ניתן ליישם את פרוטוקולי ה-MRI גם בעת שימוש בסורקי חיות קטנות בשדה גבוה. סורקים אלה מציעים לעתים קרובות שחזור היפוך, מיפוי T1 ופרוטוקולי אנגיוגרפיה שניתן להשתמש בהם או לתכנת אותם בשיתוף פעולה עם יצרני הסורקים.

כדי להשיג תוצאות מדויקות וניתנות לשחזור, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לכמה שלבים קריטיים של הפרוטוקול. ראשית, בעת הדמיית בעלי חיים קטנים בסורק קליני, יש צורך בסלילי מקלט מתאימים ומותאמים אישית כדי למקסם את יחס האות לרעש לאיכות תמונה גבוהה. מיקום החיה על הסליל הוא גם קריטי, הימנעות מהפרדה וחללים מלאים באוויר בין החיה לסליל כדי לשפר את יחס האות לרעש. מסיבה זו, יש למקם את אזור העניין האנטומי במרכז הסליל, ולאחר מכן להעבירו למרכז המגנט כדי לחשוף אותם לשדה המגנטי בהומוגניות מקסימלית. שנית, אות א.ק.ג יציב, חזק ומדויק הוא בעל חשיבות עליונה להפעלה/שער הדמיה אמין. זה חשוב לעירור עקבי של המגנטיזציה ולתזמון חלון רכישת התמונה בנקודות זמן ספציפיות ולרכישת תמונות מדויקות שנפתרו בזמן הכוללות את השלב הדיאסטולי הסופי עבור הבדיקה הפונקציונלית. אלקטרודות מבוססות רפידות או מחט של בעלי חיים קטנים הן אפשרויות מתאימות יותר בשימוש בסורקים בעלי עוצמה גבוהה יותר, שהם ממוגנים טוב יותר בהשוואה לסורקים קליניים. כאשר משתמשים באפשרויות אלה בסורקי שדה קליניים, יש לעוות את כבלי ה-ECG יחד כדי למנוע היווצרות מעגלי תהודה בתדר MRI Lamour שעלולים לדרדר את אות ה-ECG במהלך רצף הדופק. לחלופין, אנו מציעים שימוש במודול האק"ג וברפידות המשמשות לסריקות אנושיות עם התאמת גודל הרפידה לזה של כף העכבר וייצוב נוסף של הרפידות עם סרט לשיפור המוליכות. שלישית, בעת רכישת תמונות LGE בזמן שחומר הניגוד עדיין מסתובב בזרם הדם, חיוני לבחור את זמן הביטול הנכון כדי לדכא ביעילות את מאגר הדם כדי לתחום את דופן כלי הדם. יש להריץ רצף Look-locker לפני כל רצף LGE, ויש להתאים את זמן עיכוב ההיפוך בהתאם. רביעית, למיפוי T1 מדויק ומדויק באמצעות רצף התאוששות היפוך לוקר (MOLLI) שונה, יש ליישם את תוכנית רכישת התמונה המוצעת כדי לכסות מגוון של עיכובי היפוך הנעים בין 20 אלפיות השנייה לפחות ל-2000 אלפיות השנייה כדי ללכוד את מיני T1 הקצרים והארוכים. לבסוף, פילוח נתוני MRI חייב להיות קפדני וקריטריונים קפדניים המיושמים כדי למנוע הטיות תוך-ו/או בין צופים בחישובי השטח/נפח וערך T1.

בניגוד ל-DCE-MRI, ההליך המתואר כאן אינו מספק נתונים קינטיים של השטיפה והשטיפה של חומר הניגוד בדופן הכלי. במקום זאת, הוא מספק תמונת מצב של חדירות האנדותל בנקודת זמן מסוימת לאחר הזרקת חומר הניגוד קושר האלבומין, gadofosveset. עם זאת, הנתונים הכמותיים שחולצו מנקודות זמן אלה היו בקורלציה גבוהה עם צבעי אלבומין אחרים, כגון הצבע הכחול של אוון, שנחשב לתקן זהב למדידת חדירות אנדותל ורוחב צומת פער אנדותל מוגבר. מבחינה מכנית, גם השבר הקשור לאלבומין וגם השבר הבלתי קשור של gadofosveset קטנים מספיק כדי לעבור דרך הפסקות בצמתי האנדותל ולהוביל לשיפור אות MRI. בנוסף, ייתכן שהשבר הלא קשור עשוי להיקשר גם לאלבומין הפנימי לאחר שהוא נכנס לדופן הכלי וגורם לשיפור האות. נצפה כי ההרפיה של דופן כלי הדם היא r1≈17 mmol/L/s, כאשר gadofosveset מוזרק במינון קליני. ערך זה קרוב יותר לזה שדווח עבור השבר הקשור לאלבומין (r1≈25 mmol/L/s) בהשוואה לשבר החופשי (r1≈6.6 mmol/L/s)5,29.

יישומים עתידיים של שיטת הדמיה זו כוללים מחקרים מדעיים בסיסיים במודלים שונים של בעלי חיים ובמקטעי עורקים אחרים ושימוש בשיטה זו כדי להעריך תגובות ביולוגיות לחומרים פרמצבטיים קיימים או חדשים. ניתן לבצע מחקרים בחתך או לאורך כדי לאסוף נתונים מכניסטיים ותוצאות, בהתאמה. זרימת העבודה הפשוטה הופכת את הגישה הזו לנגישה וישימה קלינית לשימוש גם בבני אדם. התאמת שיטה זו להדמיית עורקי הצוואר וההיקפיים האנושיים קרובה יותר, אך היישום של שיטה זו להדמיית העורקים הכליליים דורש התקדמות נוספת ברכישת תמונה, שחזור ותיקון תנועה המפותחים כעת30,31.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

אנו אסירי תודה על המימון ל: (1) קרן הלב הבריטית (מלגת פיתוח קריירה מוקדמת של A.P, מענק פרויקט-PG/2019/34897, ומענקי פרויקט ותוכנית R.M.B. PG/10/044/28343, RG/12/1/29262 ו-RG/20/1/34802); (2) מרכז קינגס BHF למצוינות במחקר RE/18/2/34213; (3) מרכז Wellcome EPSRC להנדסה רפואית (NS/A000049/1); (4) משרד הבריאות, באמצעות המכון הלאומי לחקר הבריאות (NIHR), קואופרטיב טכנולוגיית בריאות הלב וכלי הדם (HTC) ומרכז המחקר הביו-רפואי המקיף שהוענק לקרן NHS של גאי וסנט תומאס בשותפות עם קינגס קולג' לונדון וקרן NHS של בית החולים קינגס קולג'; (5) הסוכנות הצ'יליאנית למחקר ופיתוח (ANID) - תוכנית יוזמת המדע של המילניום - NCN17_129 ו-FONDECYT 1180525.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
AcetylcholineSigma AldrichA6625- 100G, 16.6 mg/kg
Anesthesia equipmentGeneral Anesthetic ServicesGeneral Anesthetic Services
Circulating heating pumpThermoFisher Scientific, USABOM: 152510101
ECG conductive gel (Nuprep)Waever and Company, USA10-30-T
ECG monitoring moduleInvivo, USAREF 0700-1002
Gadofosveset trisordium (Vasovist/ Ablavar)Lantheus Medical Imaging Inc, North Billerica, MA, USA0.03 mmol/kg
High fat dietSpecial Diets Services, Witham, UK21% fat from lard, 0.15% (wt/wt) cholesterol
Induction boxVet Tech Solutions LTD
Insulin syringesBD Biosciences0.5 mL, 29 G
OsirixX softwareOsiriX Foundation, Geneva, SwitzerlandOpen-source platform
Philips Achieva MRI Scanner (3 Tesla)Philips Healthcare, Best, The NetherlandsEquipped with a clinical gradient system (30 mT m-1, 200 mT m-1 ms-1)
Single–loop surface microscopy receiver coilPhillips HamburgDiameter = 23 mmCustom built

References

  1. Lloyd-Jones, D. M., et al. Defining and setting national goals for cardiovascular health promotion and disease reduction: The American heart association's strategic impact goal through 2020 and beyond. Circulation. 121 (4), 586-613 (2010).
  2. Davignon, J., Ganz, P. Role of endothelial dysfunction in atherosclerosis. Circulation. 109 (23), Suppl 1 27-32 (2004).
  3. Ludmer, P. L., et al. Paradoxical vasoconstriction induced by acetylcholine in atherosclerotic coronary arteries. New England Journal of Medicine. 315 (17), 1046-1051 (1986).
  4. Crauwels, H. M., Van Hove, C. E., Holvoet, P., Herman, A. G., Bult, H. Plaque-associated endothelial dysfunction in apolipoprotein E-deficient mice on a regular diet. Effect of human apolipoprotein AI. Cardiovascular Research. 59 (1), 189-199 (2003).
  5. Phinikaridou, A., et al. Non-invasive magnetic resonance imaging evaluation of endothelial permeability in murine atherosclerosis using an albumin-binding contrast agent. Circulation. 126 (6), 707-719 (2012).
  6. Phinikaridou, A., et al. Increased vascular permeability measured with an albumin-binding magnetic resonance contrast agent is a surrogate marker of rupture-prone atherosclerotic plaque. Circulation; Cardiovascular Imaging. 9 (12), (2016).
  7. Phinikaridou, A., Andia, M. E., Passacquale, G., Ferro, A., Botnar, R. M. Noninvasive MRI monitoring of the effect of interventions on endothelial permeability in murine atherosclerosis using an albumin-binding contrast agent. Journal of the American Heart Association. 2 (5), 000402(2013).
  8. Sluimer, J. C., et al. Thin-walled microvessels in human coronary atherosclerotic plaques show incomplete endothelial junctions relevance of compromised structural integrity for intraplaque microvascular leakage. Journal of the American College of Cardiology. 53 (17), 1517-1527 (2009).
  9. Rubenfire, M., Cao, N., Smith, D. E., Mosca, L. Carotid artery reactivity to isometric hand grip exercise identifies persons at risk and with coronary disease. Atherosclerosis. 160 (1), 241-248 (2002).
  10. Nguyen, P. K., Meyer, C., Engvall, J., Yang, P., McConnell, M. V. Non-invasive assessment of coronary vasodilation using cardiovascular magnetic resonance in patients at high risk for coronary artery disease. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 10, 28(2008).
  11. Terashima, M., et al. Impaired coronary vasodilation by magnetic resonance angiography is associated with advanced coronary artery calcification. Journal of the American College of Cardiology; Cardiovascular Imaging. 1 (2), 167-173 (2008).
  12. Hays, A. G., et al. Non-invasive visualization of coronary artery endothelial function in healthy subjects and in patients with coronary artery disease. Journal of the American College of Cardiology. 56 (20), 1657-1665 (2010).
  13. Hirooka, Y., et al. Effect of L-arginine on acetylcholine-induced endothelium-dependent vasodilation differs between the coronary and forearm vasculatures in humans. Journal of the American College of Cardiology. 24 (4), 948-955 (1994).
  14. Takase, B., et al. Endothelium-dependent flow-mediated vasodilation in coronary and brachial arteries in suspected coronary artery disease. American Journal of Cardiology. 82 (12), 1535-1539 (1998).
  15. Al-Badri, A., Kim, J. H., Liu, C., Mehta, P. K., Quyyumi, A. A. Peripheral microvascular function reflects coronary vascular function. Arteriosclerosis Thrombosis and Vascular Biology. 39 (7), 1492-1500 (2019).
  16. Calcagno, C., et al. Detection of neovessels in atherosclerotic plaques of rabbits using dynamic contrast enhanced MRI and 18F-FDG PET. Arteriosclerosis Thrombosis and Vascular Biology. 28 (7), 1311-1317 (2008).
  17. Lobbes, M. B., et al. Atherosclerosis: contrast-enhanced MR imaging of vessel wall in rabbit model--comparison of gadofosveset and gadopentetate dimeglumine. Radiology. 250 (3), 682-691 (2009).
  18. Kerwin, W. S., Oikawa, M., Yuan, C., Jarvik, G. P., Hatsukami, T. S. MR imaging of adventitial vasa vasorum in carotid atherosclerosis. Magnetic Resonance Medicine. 59 (3), 507-514 (2008).
  19. van Hoof, R. H., et al. Vessel wall and adventitial DCE-MRI parameters demonstrate similar correlations with carotid plaque microvasculature on histology. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 46 (4), 1053-1059 (2017).
  20. Calcagno, C., Mani, V., Ramachandran, S., Fayad, Z. A. Dynamic contrast enhanced (DCE) magnetic resonance imaging (MRI) of atherosclerotic plaque angiogenesis. Angiogenesis. 13 (2), 87-99 (2010).
  21. van Wijk, D. F., et al. Increasing spatial resolution of 3T MRI scanning improves reproducibility of carotid arterial wall dimension measurements. Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology, and Medicine. 27 (3), 219-226 (2014).
  22. Li, B., et al. Turbo fast three-dimensional carotid artery black-blood MRI by combining three-dimensional MERGE sequence with compressed sensing. Magnetic Resonance Medicine. 70 (5), 1347-1352 (2013).
  23. Fan, Z., et al. Carotid arterial wall MRI at 3T using 3D variable-flip-angle turbo spin-echo (TSE) with flow-sensitive dephasing (FSD). Journal of Magnetic Resonance Imaging. 31 (3), 645-654 (2010).
  24. Li, X., Huang, W., Rooney, W. D. Signal-to-noise ratio, contrast-to-noise ratio and pharmacokinetic modeling considerations in dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging. Magnetic Resonance Imaging. 30 (9), 1313-1322 (2012).
  25. Heisen, M., et al. The influence of temporal resolution in determining pharmacokinetic parameters from DCE-MRI data. Magnetic Resonance Medicine. 63 (3), 811-816 (2010).
  26. Chen, H., et al. Scan-rescan reproducibility of quantitative assessment of inflammatory carotid atherosclerotic plaque using dynamic contrast-enhanced 3T CMR in a multi-center study. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 16, 51(2014).
  27. Calcagno, C., Vucic, E., Mani, V., Goldschlager, G., Fayad, Z. A. Reproducibility of black blood dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging in aortic plaques of atherosclerotic rabbits. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 32 (1), 191-198 (2010).
  28. Engel, L. C., et al. Non-invasive imaging of endothelial damage in patients with different HbA1c levels: A proof-of-concept study. Diabetes. 68 (2), 387-394 (2019).
  29. Caravan, P., et al. The interaction of MS-325 with human serum albumin and its effect on proton relaxation rates. Journal of the American Chemical Society. 124 (12), 3152-3162 (2002).
  30. Munoz, C., et al. Motion-corrected 3D whole-heart water-fat high-resolution late gadolinium enhancement cardiovascular magnetic resonance imaging. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 22 (1), 53(2020).
  31. Milotta, G., et al. 3D whole-heart isotropic-resolution motion-compensated joint T1 /T2 mapping and water/fat imaging. Magnetic Resonance Medicine. 84 (6), 3009-3026 (2020).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

MRIApoEMRI

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved