高周波高分解能心エコー検査：虚血 - 再灌流マウス心臓における心筋ストレイン、収縮性、および僧帽弁閉鎖不全の非侵襲的な反復測定に関する最初の証拠

要約

高周波ドップラー超音波は、局所的な心筋機能を評価するための新しい技術です。この作品は、心筋の歪み、DP / dtは、虚血 - 再灌流（IR）マウス心臓の僧帽弁逆流の繰り返し測定のためのこの多目的なイメージングプラットフォームの適用性を示す最初の証拠を提示。

要約

虚血再灌流（IR）は、外科的に次に重要な臨床的意義の機能的なパラメータの経時変化を監視するために繰り返しイメージングに供したマウスの心臓で実施した。二次元の映画は、高いフレームレート（8 kHz）で買収されたと質の高い心筋緊張を推定するために利用された。二次元elastograms（歪像）だけでなく、歪みのプロファイルは、可視化した。結果は、定量的左心室（LV）収縮、左室弛緩と無傷のマウスの両方の事前- IRおよびポストIR鼓動心臓の等積のフェーズを含む心事故のIRによる変化を評価する際に強力だった。さらに、侵害された部門ごとの壁運動と梗塞心筋の解剖学的変形が可視化した。 elastogramsは一意にマウスに心筋梗塞によって影響されることが知られている標準的な生理学的指標に加えて次のパラメータに関する情報を提供することができた：僧帽弁口と大動脈の内径、効果的な逆流オリフィス、心筋緊張（円周と同様ラジアルなど）、遅いと非対称壁の動きを示すカラードップラーの映画や速度プロファイル、LV部門における非同期、およびベクトルの長さと方向の変化で明らかにしたように血流パターンの乱れ。この作品は、このような分析が実行される方法を視覚的デモンストレーションを強調している。

プロトコル

実験的なプロトコル

以下の別のプロトコルが非侵襲的にIRマウス心臓の調査を目的とした測定の実現可能性を確立するために使用されていました。ベースラインの心エコーイメージングは​​、IRからの回復中に複数のタイムポイントで心エコー検査が行われました虚血 - 再灌流の外科的誘導（IR、プロトコル1）が続いた。

プロトコル1。左前下行（LAD）動脈IR：外科手術

雄のC57BL / 6成体マウス飼料および飲料水を自由にアクセスできる標準的な実験用住宅の条件の下で維持された（8週齢、ハーランテクノロジーズ、IN、24.5 ± 1.5グラムでは、平均± SD）。マウスは暖かい手術台の上に置かケタミン（100 mg / kg体重）及びキシラジン（10mg/kgより少ない）の混合物、の腹腔内注射を用いて麻酔し、気管内挿管。げっ歯類のための適切な麻酔の平面は、つま先のピンチの反射の停止や呼吸の減速によって、推論されます。ナショナルインスツルメンツは、70％エタノールで洗浄し、オートクレーブを経由して滅菌した。滅菌野に残っているインストゥルメントは継続して使用前に1分間ホットビーズ機器滅菌器に挿入した。マウスは、適切な速度と換気量で空気イソフルラン混合物を使用して（ハーバード装置、ボストン、マサチューセッツ州）換気を行った。心臓電気生理学は、3リードECGのセットアップを使用して手術中モニターし、変更がPC Powerlabソフトウェアを（ADの楽器）を使用して記録した。

心臓は左開胸を介してアクセスされました。左肺は、心膜へのアクセスを許可するために撤回されました。左心耳はテーパー針に取り付けられた7から0 Proleneの縫合糸を用いて分離された冠動脈LADの動脈を、公開する上昇した。縫合糸は、可逆的虚血を誘発するためにPE - 10チューブの部分にわたって強化されました。 LADを60分間閉塞した。 60分後、縫合糸は、負傷した心筋の再灌流を可能にするためにリリースされました。成功する再灌流時には、胸部が中断さ7〜0 Prolene縫合糸と同様に5から0 Prolene縫合糸で皮膚切開で閉鎖された。

手術中、体温が36.7に維持した± 0.5℃の温水手術台を使用し、直腸温度プローブを使用して監視。虚血 - エピソードは、視覚的に理解できるLV心筋の淡い色合いになります。胸部は縫合、閉鎖した、と気管チューブは、自分自身で呼吸するマウスを可能にする切断されました。動物は、そのケージに戻り、37に設定された加熱ブロック℃の上に置き、回復が完了した後、動物は心エコーイメージングの前にげっ歯類のビバリウムのユニットに戻された。すべての手順は、オハイオ州立大学の制度実験動物のケアと使用委員会（ILACUC）によって承認された。

プロトコル2。心機能や壁運動異常の検出を決定するためのM -モードイメージングプロトコル

心機能や壁運動異常の半径方向および長手方向の変化を評価するために、我々は、高頻度、高分解能の超音波スキャナを（ビジュアルソニックス（Sonics Inc。）、トロント、カナダ）を使用して、事前- IRイメージングを行った。このような壁の大きさなどの標準的なM -モード心エコー図のパラメータは、収縮期、拡張期と一回拍出量、駆出率（EF）、内径短縮率（FS）、心拍出量（CO）、および収縮期および拡張期における内径、時のボリュームが使用して評価した各時点（事前にIR、3日目および7日目）でビルドされたM -モードのプロトコル。

プロトコル3。追跡アルゴリズムのプロトコルをスペックVevoStrain

B -モードのムービーを取得し、ひずみの解析を実行するアルゴリズムをVevoStrain -建てに使用して処理を行った。これは、コントロールパネルで目的のアイコンをクリックすることで行われていたデータ値と一緒にインタラクティブなプロットとMモード画像を与えるインターフェースで提供される個別のラジオボタンを介して速度、変位、ひずみ、およびひずみ速度の評価が可能になります。

株の追跡評価をスペックル

2 - Dはシネループが> 275フレーム/秒のフレームレートでLV短軸像で獲得されたグレースケールワークステーション上でのオフライン解析のために各実験では、少なくとも3回連続の心臓周期が記録され、デジタルでハードディスクに保存されます。我々はVevo2100に組み込まスペックルトラッキングアルゴリズムを使用。ひずみの解析は、同じ訓練を受けた観察者によって行われた。関心領域は、最小の心内膜面積に対応する画像における心室の断面全体に重層した。用して自動的に6つのセグメントにLV短軸像を分割ソフトウェアのアルゴリズムは、心周期全体にわたって追跡スペックル。追跡品質は、目視検査、そして、それは少なくとも5つのセグメントには十分であった場合、トレースは受け入れるであったED。

プロトコル4。ドップラー流量測定プロトコル

僧帽弁逆流を研究し、LV収縮期血圧（DP / DT）の変化率を計算するために、ドップラーフロー検出プロトコルが使用されていました。この目的のために、パワードップラー血流速度プロファイルは、僧帽弁逆流のジェットと大動脈のジェットにプローブを配置することによって買収された。血流速度のイメージングは​​、ピークのようなピークや平均速度などのパラメータの値を取得し、圧力勾配、速度の時間積分、および時間を意味するために測定が行われました。のdP / dtの計算については、僧帽弁逆流速度プロファイルは収縮早期（負荷依存性を最小限に抑えるために速度分布の急峻な傾き）とスロープの対応する時間で速度を測定するために使用されていました。最後に、ベルヌーイの方程式は、収縮期血圧の増加率を決定するために速度 - 圧力変換を提供する。

心エコーデータ収集

発生しやすい左側臥位で経験豊富なハンドラが保持しながら、マウスを37の室温° Cで減少した周囲の照明との意識状態で撮像した。心臓は、1.0 cmの深さの設定と胸骨長期および短軸のビューにし≥270フレーム/秒のフレームレートでの2次元モードで画像化したMモード画像を200 mm / sなどの掃引速度で得られたすべての測定は、米国心エコー図学会から提供されたガイドラインに従って行われた。

イメージングは​​、心電図のタンデムの登録とともに意識マウスで行われた。端の収縮は、最小のLVの領域として定義されていました。分節S CIRCとSラド曲線は、拡張末期点から始めて適切な信号を積分することにより構築し、平均セグメントひずみ曲線を得るために平均化した。収縮末期の株はその後、平均ひずみ曲線から得られた。

代表的な結果

高フレームレート（8 kHz）で取得した二次元の映画は、高品質の心筋緊張を推定するために利用された。時間の関数として2次元elastograms（歪像）だけでなく、歪みのプロファイルは、IRの機能的結果を理解助けた。上記のアプローチは、次のパラメータの信頼性の検出につながった。

標準的なIRのアウトカム（一般的に文献で報告されている）

• 左心室（LV）収縮
  • 損傷は、機能失われる心臓の収縮と弛緩を阻害する
  • LV室の面積と質量の変化（肥大）
• 心を打つのプレIRとポストIR両方の等積の段階のLVの緩和
• 侵害セクターごとの壁運動
• カラードップラー映画や速度プロファイルで明らかにしたように血流パターンの乱れ
• 真球に向かって左室形状の変更
• 侵害駆出率
• 弱毒短縮率

ユニークなポストIRアウトカム

（前のマウスIR設定で報告されていないが、ヒトでの臨床的意義であることが知られていること）

• 効果的な逆流オリフィス（ERO）
  • 弁閉鎖不全症の根本的な対策
• 減少した心筋の菌株（円周と同様に放射状）
  • 心筋の強さと解剖学的変形の根本的な対策
• LVの分野における非同期
  • 心臓の固有の周期的なポンピング特性の基本測定
• 壁運動と対称性
  • 患部で大きさ、方向と対称性を示すベクトルの大きさと方向の変化
• 僧帽弁と大動脈の寸法
  • 僧帽弁口と大動脈の内径の変化
• 僧帽弁逆流
  • 僧帽弁尖の不完全閉鎖によるLVから左心房への血液の逆流

• セクタ単位の放射状の大きさの変化（SRAD）と円周（Scir）ひずみ
• プリIRデータとの相対的な変化パターンの著しい変化と共に歪率の変化
• LVのセクターのシンクロニシティは、米国心エコー図学会に応じて分割
• 心筋の剛性と心室の機械的シンクロニシティの協会と組織ドップラーとストレインイメージングにより評価される心筋の強度を低下させる
• IRの影響を受けたサイトの動画を描いた妥協運動（ゆっくりと非対称）に示すようにベクトルの大きさと方向の変化
• 僧帽弁orifの内径氷と大動脈

図。 。1I心筋ひずみ測定：最短ベクトル（M1）で示される拡張末期フル緩和

図。 。1ii心筋ひずみ測定：LVがベクトルの長さと方向が示されて契約され、損傷部位（緑点）は収縮を制限している（M2）

図。 。1iii心筋ひずみ測定：最短ベクトル（M3）で示すように、収縮末期、完全収縮

図。 。1iv心筋ひずみ測定：心拡張期における長軸（M4）

図。 1V心筋放射状系統（S _RAD）測定：コード化された曲線はFig1.i - IVの画像のそれぞれの色付きの点（M5）での歪みを表すカラー

図。 。1vi心筋円周方向ひずみ（S _CIR）測定：コード化された曲線はFig1.i - IVの画像のそれぞれの色付きの点（M6）での歪みを表すカラー

図1。拡張末期（ED）と収縮末期（ES）とLV室の大きさのポスト- IRの変化を視覚化するB -モードムービー。
二次元で左心室（LV）円周方向ひずみ（S _CIRC）と半径方向の歪み（S _Rad）を決定するためにBモード画像には、トラッキング心エコースペックル。

VevoStrainは、心筋の動きの大きさと方向を描いたベクトル、障害心筋の損傷部位でベクトルを示す軸方向および傍胸骨長軸の景色を観察するために追跡アルゴリズムをスペックル。

ベースラインのマウスとマウス後のIR day7での半径方向および長手方向の系統。カラーは、ベースラインの心筋（プレ- IR）と治療（後のIR、day7）心のサイトで別の色分けされた点を示す菌株のプロファイルをコード化。 LV -左心室、右心室、右心室、S _RAD -ラジアル歪み、S _CIR -円周ひずみ。

図2。心筋の部門別シンクロニシティ 。
分析では、ひずみデータの前後のIRに基づく。 LVは、米国心エコー図学会によると6セクタ（1 =後肺底枝、4 =前肺底、2 =後部半ば、5 =前方半ば、3 =後部頂点、6 =前頂部）に分かれて。組織ドップラーとストレインイメージングにより評価される心筋の剛性との関連付けを確認するために心室の機械的同調性の検証。

ミリ秒単位で対応する分野でピークに達する時間の値で1月6日からセクタを示すカラーコード化された画像のパネル。グラフの点では、事前- IRおよびポストIRのために提供ラジアルと縦synchronicities。グラフ上の色は、対応するセクタの色に対応しています。

図。 。3iの解剖学的測定：マウスの心臓の僧帽弁閉鎖不全のオリフィス径（繰り返し測定と青の線）、大動脈内のサンプル量（黄色線）（M8）

図。マウスの心臓、上部の前方と僧帽弁（M9）での低後方流れの3ii。逆流プロファイル

図。マウスの心臓における流速プロファイル外3iii。大動脈（M10）

図。 3iv。僧帽弁で逆流オリフィス、青=大動脈、LA =左心房、LV =左心室、R =半径（M11）

図3。逆流分画（RF）V僧帽弁。
逆流分画の測定のための心エコー画像のパネル（RF）。大動脈径（AOD）と逆流ジェットと大動脈におけるサンプルボリュームの配置を示す僧帽弁のオリフィス径（MVD）の測定。これらの測定は、ベースラインの上下に速度プロファイルはLVに前方と後方の血流を示すとバック​​左心房するための逆流速度プロファイルと昇順大動脈の流れを提供しています。 RF（％で）式を用いて計算、RF = MV CSA *拡張期でのMVのジェットのVTI - 収縮期における青ジェット機の青CSA * VTI）* 100 / MV CSA * VTIMVの。

後のIRマウスでは逆流僧帽弁にインジケータを逆流分画を示す逆流分画の定量化。 LVの真球度に起因する僧帽弁逆流効果的なオリフィス（ERO）後のIRの変化。左心房から左心室へ流れる血液を描いた代表的なカラードップラー画像。拡大血流のオリフィスは、乱流と上昇異常な流速を示している。 EROは、弁閉鎖不全症を示す。流速はエイリアス。パルス波は、層流から乱流への遷移を決定する際に恩恵を受けるとしても利用されている。式を使用してERO計算、ERO =フロー/ VMAX = 2πr2のVA / Vmaxは、VA =エイリアシング速度、R =オリフィスの半径、VMAX =最大速度。

図。プリIRマウスの機能パラメータの4I。測定。ソフトウエアは、トレース、赤い縦線でパラメータを計算する=心拡張、緑色の縦線の収縮期（M12）

図。後のIRマウスの機能パラメータの4ii。測定。ソフトウエアは、トレース、赤い縦線でパラメータを計算する=心拡張、緑色の縦線の収縮期（M13）

図4。心室収縮期圧（DP / DT）の変化率：事前事後のIR。
のdP / dtの駆出率の相関（EF）。基本的な機能的な測定が行われているから、M -モードを示すイメージパネル。

時間をかけて心臓の収縮性の差別;のdP / dtの後の- IRを示す棒グラフ。つのパラメータの測定を示すことは、他の臨床情報を提供します。

図5。プリIRひずみ測定を示す短軸の映画。
マウスの心臓より前のIRの形態を視覚化するために心臓の胸骨ビューから得られた心エコー映画。

図6。後のIR LVのひずみ測定を示す短軸の映画
マウスLVの代表的な軸方向の映画は考慮さ測定における5つの特定のポイントで組織のひずみのベクトルを示す心内膜にトレース。

図7。傍胸骨長軸カラードップラーの映画
カラードプラ血流映画は、拡張期の間にLVに僧帽弁を通って左心房からの揚水と血が流れ離れて青い色と赤の色に向かって（BART）の方向で心臓の収縮期の段階で大動脈を通して送り出される血液を実証超音波プローブ。

ディスカッション

使用して測定に基づいて歪データは、追跡アルゴリズムがソフトウェアによって実行される分析のほとんどが依存して相対的に少ないオブザーバーであるスペックル。しかし、観察者は経験に依存するよりB -モードのムービーで心外膜と心内膜の国境をトレースする際に注意する必要があります。また、速度分布のM -モードの解析と測定にも依存して最小限のオブザーバーです。測定における誤差の小さくても量ができるベルヌーイの式で表されるようにしかし、倍の圧力上昇と測定の測定では、観測者が測定中に非常に細心の注意を必要とする圧力は、ピーク速度の2乗に直接依存するので、のdP / dtの測定における合計誤差の二乗効果を生み出す。また、逆流オリフィスは、収縮期全体を通じて必ずしも一定ではなく、これは潜在的に逆流重症度の推定に影響を与える可能性があります。麻酔の高用量は、他の機能のパラメータに影響を与える短縮率の劇的な削減になることがあります。そのため、鎮静の標準的な使用は、より良い成果のために重要です。ほとんどのパラメータは、例えば、MRIタギングは、2Dと3Dの菌株を測定することができる、他のモダリティを用いて測定することができます。しかし、心エコー検査は、よりユーザーフレンドリーです。

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Vevo2100	VisualSonics, inc.	SN2100-0032
Ventilation device	Harvard Apparatus	n/a
PC Powerlab software	ADInstruments	n/a
Isoflurane	Vedco, Inc.	5260-04-12
Aquasonic gel 100	Parker Laboratories Inc.	01-02