Name: ultrasound-based pulse wave velocity evaluation in mice
Uploaded: 2017-02-14T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 7 s
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動物実験は、欧州指令（2010年版/ 63 / UE）、イタリア法（D.Lvo 2014分の26）に従って行われ、それが実験動物ケアの原則に従いました。地域の倫理承認パネルが試験を承認しました。 1.イメージング手順<ol><li> 1リットル/分純酸素中の2.5％イソフルランで満たされた麻酔導入チャンバー内にマウスを置きます。つま先のピンチに無反応によって麻酔の深さを確認してください。 </li><li>仰臥位で温度制御された基板上の動物を置きます。ドライ実行しているそれらを回避するために、眼軟膏で動物の目を湿ら。専用のノーズコーンにマウスの鼻を配置することによって、麻酔ガスの流れ（1.5％イソフルラン）を供給する。必要に応じて、研究対象の動物に応じて、ケースにケースからイソフルランの割合を調整します。 40℃の基板温度を修正しました。 </li><li>コートに埋め込まれたECG電極上に導電性ペーストやテープそれらを持つ動物の四肢ボード。ワセリンで潤滑直腸プローブで体温を測定します。すべての生理学的測定（ECGおよび呼吸信号だけでなく、温度）が正しく取得されて表示されることを確認してください。 </li><li>脱毛クリームと音響結合ゲルとコートをして腹部から化学的に髪を削除します。 </li><li>メカニカルアームに（13-24 MHz）の米国のプローブを配置します。 </li><li>動物への米国のプローブの並列を修正し、焦点ゾーンに位置する関心領域と腹部大動脈の長手方向の画像を得るために、その位置を調整します。 </li><li> 解剖学的情報を収集します。 <ol><li>高フレームレート、心電同期獲得9を可能にするボタンをクリックして、700 fpsのに等しいフレームレート取得を選択し、取得を開始します。注：この方法では、単一の心周期に関連する血管の解剖学的画像を取得することができます。 </li></ol></li><li> 流速の情報を収集します。&lt;/強いです&gt; <ol><li>同じスキャン投影を使用して、PW-ドップラーボタンをクリックして、血管の中心にサンプルボリュームを配置し、シネループが3秒より短くはないことを保証する画像を取得します。これらのデータは、できるだけ小さい角度補正を維持し得た米国の投影に基づいて事例にケースからそれを調整し得ます。 </li></ol></li><li>温度制御ボードから動物を削除し、完全な回復を待ちます。 注：我々の経験では、これは約10分かかります。それは胸骨横臥位を維持するのに十分な意識を取り戻したまでは無人のままにして、動物しないでください。 </li></ol> 2.後処理<ol><li> DICOMファイルとしてエクスポートBモードとPW-ドップラー画像やパソコン上に保存します。 .TIFF画像にPW-ドップラーDICOMファイルを変換します。 </li><li> 工程Bモード画像。 <ol><li>専用のグラフィカルユーザインタフェース（GUI）を使用して、対応するDICOMファイルをインポートします。 </li><li> 、輪郭を初期化する（それを起動するためのシングルクリック、ダブルクリック、それを終了させるための）容器の奥の壁に近く、ライン描画するには近くの壁に近いダブルクリックします。奥の壁にその近くに平行な線が自動的に表示されます。 「ANALYSE」ボタンを押すことにより、単一のフレーム上のアルゴリズムを適用します。 </li><li>結果を確認してください。エッジが正しく同定されている場合（ すなわち 、初期化されたポイントの進化は後部と前壁の両方を検出した）、「GO」ボタンをクリックすることで、全体シネループ上のアルゴリズムを適用します。エッジが正しく識別されていない場合は、「クリア輪郭」をクリックすることで、それらをクリアし、ポイント2.2.2を繰り返すことによって、それらを再度初期化します。 注：このアルゴリズムは、エッジ検出や輪郭追跡法に基づいており、以前に詳細10に記載されています。 </li><li> 「RECORD」ボタンを押すことによって、最終的な結果を取得し、CORRを保存単一の心周期に関連した瞬間直径値を含む.MATファイルをesponding。 </li></ol></li><li> LND-Vループの実装のためのGUIを開きます。 </li><li> ベロシティカーブを意味し、シングルビートにつながるPWドップラー画像処理を開始するために、「VELOCITY」ボタンをクリックします。 <ol><li> PW-ドップラー・トレースを確認し、「WHITE LINE」ボタンを押して、ゼロに等しい速度値に対応する行を見つけます。 </li><li>それぞれ、（キャリブレーションパネルで）「VELOCITY」と「TIME」ボタンを使用して、速度キャリブレーションと時間のキャリブレーションを実行します。これらのボタンを押すと1は、その長さが挿入されたキャリブレーション係数に対応する線を描画することができます。 </li><li>手動で「ROIの生理」ボタンを使って、生理的信号を含むROIを選択します。 </li><li>手動で「ROI SIGNAL」ボタンを押して、PW-ドップラートレースを含むROIを選択します。 </li><li> CLI「ANALYSE」ボタンをCKとエンベロープが識別されているか確認してください。結果が得られない場合は、（「速度閾値「編集可能なテキストフィールドに新しい値を入力して）、閾値を変更して再度「ANALYSE」ボタンを押してください。画像の品質に応じてチューニングし、場合にしきい値、。 「精緻化」ボタンを押してください。 </li><li> ECG信号のRピークの位置を確認し、「UPDATE」ボタンをクリックすることで、それに応じて速度包絡線信号を分割します。ノイズによって壊れているか、「CHOOSE BEATS」ボタンをクリックすることで、吸気相に配置されていないビートを選択してください。このようにして、単一ビート速度波形を意味得ます。 </li></ol></li><li>周波数領域で選択したビートを補間し、それらのすべてが参照11で詳述したように同じ数の点からなるようにする方法を、高速フーリエ変換を使用してください。単にRETを押すことで、自動的にこの操作を実行ビート一度PCキーボード上の壷キーが選択されています。 「平均速度」チェックボックスが単一のビートをチェックされている場合平均速度信号は、放物線状の速度プロファイル12を仮定し、2によって最大速度曲線を分割することによって達成されます。 「OK」ボタンを押してください。 </li><li> 「直径」ボタンをクリックします。 「INTERPOLATE」ボタンを押すことにより、シングルビート速度信号と同じサンプリング周波数を有する単一のビート直径信号を得るために、時間領域における単一ビート直径波形を補間します。 「OK」ボタンをクリックします。 注：単一のビートの直径を有し、同一のサンプル周波数とデータポイントの同じ数の速度曲線を意味するために、それらは周波数領域において補間されます。 </li><li> （直径と速度波形を表示するグラフの上）アライメント方式として「第二次誘導体」アプローチを選択し、「UPDATE」buttoをクリックしてくださいn個。 2つの曲線が二次微分法14を使用して自動的に時間整列されます。 </li><li>シングルビートに対するシングルビート直径値の自然対数をプロットすることにより、最終的なLND-Vループを構築するには、速度値を意味します。 2つの波形が並んでいるときにこれが自動的に行われます。注：5％シングルビートの最大値の90％の間に含まれる点が速度曲線を自動的に配置され、これらの点の線形補間は、ループの直線部分の傾きを評価するために適用されるわけ。 </li><li>以下の式7に従ってPWVを計算します <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/54362/54362eq1.jpg" /></li></ol>

<ol>
	<li>Zaragoza, 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=Animal+Models+of+Cardiovascular+Diseases.">Animal Models of Cardiovascular Diseases.</a> J Biomed Biotechnol. 2011, 497-841 (2011).</li><li>Laurent, 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=Expert+consensus+document+on+arterial+stiffness:+methodological+issues+and+clinical+applications.">Expert consensus document on arterial stiffness: methodological issues and clinical applications.</a> Eur Heart J. 27, 2588-2605 (2006).</li><li>Wang, Y. X., 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+aortic+stiffness+assessed+by+pulse+wave+velocity+in+apolipoprotein+E-deficient+mice.">Increased aortic stiffness assessed by pulse wave velocity in apolipoprotein E-deficient mice.</a> Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 278, 428-434 (2000).</li><li>Mitchell, G. F., Pfeffer, M. A., Finn, P. V., Pfeffer, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+techniques+for+measuring+pulse-wave+velocity+in+the+rat.">Comparison of techniques for measuring pulse-wave velocity in the rat.</a> J Appl Physiol. 82 (1), 203-210 (1997).</li><li>Parczyk, M., Herold, V., Klug, G., Bauer, W. R., Rommel, E., Jakob, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+in+vivo+transit+time+measurements+of+aortic+pulse+wave+velocity+in+mice+with+high-field+CMR+at+17.6+Tesla.">Regional in vivo transit time measurements of aortic pulse wave velocity in mice with high-field CMR at 17.6 Tesla.</a> J Cardiovasc Magn Reson. 12, 72 (2010).</li><li>Hartley, C. J., Taffet, G. E., Michael, L. H., Pham, T. T., Entman, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+determination+of+pulse-wave+velocity+in+mice.">Noninvasive determination of pulse-wave velocity in mice.</a> Am J Physiol. 273 (1), 494-500 (1997).</li><li>Feng, J., Khir, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+wave+speed+and+wave+separation+in+the+arteries+using+diameter+and+velocity.">Determination of wave speed and wave separation in the arteries using diameter and velocity.</a> J Biomech. 43 (3), 455-462 (2010).</li><li>Borlotti, A., Khir, A. W., Rietzschel, E. R., De Buyzere, M. L., Vermeersch, S., Segers, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+determination+of+local+pulse+wave+velocity+and+wave+intensity:+changes+with+age+and+gender+in+the+carotid+and+femoral+arteries+of+healthy+human.">Noninvasive determination of local pulse wave velocity and wave intensity: changes with age and gender in the carotid and femoral arteries of healthy human.</a> J Appl Physiol. 113 (5), 727-735 (2012).</li><li>Ch&#233;rin, 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=Ultrahigh+frame+rate+retrospective+ultrasound+microimaging+and+blood+flow+visualization+in+mice+in+vivo.">Ultrahigh frame rate retrospective ultrasound microimaging and blood flow visualization in mice in vivo.</a> Ultrasound Med Biol. 32 (5), 683-691 (2006).</li><li>Gemignani, V., Faita, F., Ghiadoni, L., Poggianti, E., Demi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+system+for+real-time+measurement+of+the+brachial+artery+diameter+in+B-mode+ultrasound+images.">A system for real-time measurement of the brachial artery diameter in B-mode ultrasound images.</a> IEEE Trans Med Imaging. 26 (3), 393-404 (2006).</li><li>Di Lascio, N., Stea, F., Kusmic, C., Sicari, R., Faita, F. <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+assessment+of+pulse+wave+velocity+in+mice+by+means+of+ultrasound+images.">Non-invasive assessment of pulse wave velocity in mice by means of ultrasound images.</a> Atherosclerosis. 237 (1), 31-37 (2014).</li><li>Nichols, W. W., O'Rourke, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> McDonald's Blood Flow in Arteries: Theoretical, Experimental, and Clinical Principles. , 215-358 (1998).</li><li>Williams, 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=Noninvasive+ultrasonic+measurement+of+regional+and+local+pulse+wave+velocity+in+mice.">Noninvasive ultrasonic measurement of regional and local pulse wave velocity in mice.</a> Ultrasound Med Biol. 33 (9), 1368-1375 (2007).</li><li>Penny, D. 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=Aortic+wave+intensity+of+ventricular-vascular+interaction+during+incremental+dobutamine+infusion+in+adult+sheep.">Aortic wave intensity of ventricular-vascular interaction during incremental dobutamine infusion in adult sheep.</a> Am J Physiol Heart Circ Physiol. 294, 481-489 (2008).</li><li>Segers, P., 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=Wave+reflection+leads+to+over-+and+underestimation+of+local+wave+speed+by+the+PU-+and+QA-loop+methods:+theoretical+basis+and+solution+to+the+problem.">Wave reflection leads to over- and underestimation of local wave speed by the PU- and QA-loop methods: theoretical basis and solution to the problem.</a> Physiol Meas. 35 (5), 847-861 (2014).</li></ol>

著者らは、開示することは何もありません。

この研究では、マウスでPWV評価のLND-Vのループに基づいて、画像処理アルゴリズムを詳細に説明してきました。提案されたアプローチは、米国の画像処理に基づいてのみ、したがって、既存の技術6、マウスモデルにおける動脈硬化の評価のために13への有効な代替物を表すことができます。実際には、逆に動脈圧力信号の取得に基づいて屠殺される...

マウスモデルは、ますます、心血管疾患（CVD）の調査のために使用され、特に、疾患の発症1の異なる相の特徴付けを可能にする長手方向の研究に使用されています。大動脈の弾性特性は異なる病理学的状態に関連しています。技術的な観点から、動脈硬化は、パルス波が導管容器2内を移動する速度を表す脈波伝播速度（PWV）を測定することによって評価することができます。理由は、その臨床的重要性は、ますますも前臨床小動物モデル3で測定されます。 異なる技術は、マウスにおけるPWVを評価するために利用可能です。侵襲的なアプローチは、カテーテル先端の圧力変換器の使用に基づいています。 PWVは、二つの異なる動脈部位に圧力信号を取得する二つの測定の間の距離を割ることによって評価されます信号4との間の時間シフトによってITES。技術のこれらの種類に関連する主な欠点は、2つの測定位置と、従って、縦研究に使用することができないとの間の距離を評価するための動物の犠牲を必要とすることです。この制限を克服するために、異なる画像化技術に基づく非侵襲的なアプローチが、開発されています。以前の研究は、速度エンコードされた磁気共鳴画像データ5とパルスドップラー信号6の通過時間法を適用したマウスにおいて、PWVの評価を報告しています。しかしながら、これらの方法で得られたPWV値は、動脈硬化の地域の評価です。実際には、大きさや弾性特性の点で異なる動脈を占め、平均値を表しています。また、評価のこれらの種類はinfができ、エラーの原因である二つの測定部位間の距離の評価を必要とします最終的な結果をluence。 PWVは、直径、速度（LND-V）ループ7を用いて評価することができます。この方法は、選択された容器の直径及び流速値の同時評価に基づいています。この手法によれば、LND-Vループは自然対数の直径の値をプロットした対速度値を平均し、PWVは、早期収縮期に対応して得られたループの直線部分の傾きを計算することによって推定されます。この方法の実用化に関しては、以前の作品は、すでにin vitroでのセットアップシステム7への応用と人間8の両方の頸動脈および大腿PWVの評価のためのその使用に関する結果を報告しています。 本研究の主な目的は、Uを用いて、マウスにおいて非侵襲的動脈PWV測定値を提供する画像処理アルゴリズムの詳細な説明を提供することですS映像のみ。提案されたアプローチは、Bモードとパルス波ドップラー（PW-ドップラー）画像の両方の処理により、局所動脈硬化を評価することができ、そのような腹部大動脈として、重要な鍵の動脈に適用することができます。

<table><tbody><tr><td>VEVO2100</td><td>FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canada</td><td></td><td>micro-ultrasound equipment</td></tr><tr><td>MS250 Ultrasound Probe</td><td>FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canada</td><td></td><td>micro-ultrasound probe</td></tr><tr><td>EKV Software</td><td>FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canada</td><td></td><td>Software</td></tr><tr><td>Matlab R2015a&amp;nbsp;</td><td>MathWorks Inc, Natick, MA, USA</td><td></td><td>Software</td></tr><tr><td>Conductive Paste</td><td>Chosen by the operator</td><td></td><td>Laboratory material</td></tr><tr><td>Petroleum Jelly</td><td>Chosen by the operator</td><td></td><td>Laboratory material</td></tr><tr><td>Depilatory Cream</td><td>Chosen by the operator</td><td></td><td>Laboratory material</td></tr><tr><td>Acoustic Coupling Gel&amp;nbsp;</td><td>Chosen by the operator</td><td></td><td>Laboratory material</td></tr><tr><td>Developed Matlab Software</td><td></td><td></td><td>The authors are willing to collaborate with those researchers who are interested in the software and to make the software available under their supervision</td></tr></tbody></table>

ultrasound-based pulse wave velocity evaluation in mice

動脈硬化は、脈波伝播速度（PWV）、 すなわち 、脈波管容器内で移動する速度を計算することにより評価することができます。このパラメータは、ますます、特定の遺伝子型/治療に関連血管機能の変化を評価するために、または心血管疾患の進行を特徴付けるために使用される小型の齧歯類モデルで研究されています。このプロトコルは、超音波（US）画像のみを使用して、マウスでの非侵襲的動脈PWV測定につながる画像処理アルゴリズムを説明します。本手法は、マウスの腹大動脈のPWVを評価し、その年齢に関連した変化を評価するために使用されています。 腹部大動脈米国スキャン高周波米国プローブを備えた特定のUS装置を用いて、気体麻酔下マウスから得られます。 Bモードとパルス波ドプラ（PWドプラ）の画像は、それぞれ、直径を求め、速度の瞬時値を平均するために分析されています。この目的のために、エッジ検出や輪郭追跡技術が採用されています。シングルビートは、直径と速度波形が時間直径-速度（LND-V）ループを実現するために整列され、組み合わされている意味します。 PWV値は、初期の収縮期に対応するループの直線部分の傾きから得られます。 本発明の方法を用いて、マウスの腹部大動脈約解剖学的及び機能的情報を非侵襲的に達成することができます。 US画像の処理を必要とするだけで、その弾性特性の点で、マウスにおける異なった動脈部位の非侵襲的な特徴付けのために有用なツールを表すことができます。本技術の適用は容易従って、マルチサイト動脈硬化の評価を取得する可能性を提供し、そのような頸動脈のような他の血管の地区に拡張することができます。

提案されたアプローチは、以前の研究11匹のマウスの腹部大動脈に適用されています。次の図は、実際のマウスの画像に記載されたアプローチの適用の結果を示します。これらのデータは、1匹の動物（：C57BL6、重量：13週齢の野生型マウス、株33 G）からのものである。特に、 図1は、米国の画像の解析の結果を表します。高フレームレー...

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Ultrasound-based Pulse Wave Velocity Evaluation in Mice

動脈硬化は、動脈硬化の代理指標と考えることができ、心血管疾患とパルス波速度（PWV）の重要な要素を表します。このプロトコルは、異なる動脈部位に適用された超音波画像処理に基づいて、マウスにおいてPWVを算出するための画像処理アルゴリズムを記述する。

マウスにおける超音波ベースのパルス波速度の評価

Arterial stiffness can be evaluated by calculating pulse wave velocity (PWV), i.e., the speed with which the pulse wave travels in a conduit vessel. This ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

13.1K ビュー.  Scuola Superiore Sant'Anna. 動脈硬化は、動脈硬化の代理指標と考えることができ、心血管疾患とパルス波速度（PWV）の重要な要素を表します。このプロトコルは、異なる動脈部位に適用された超音波画像処理に基づいて、マウスにおいてPWVを算出するための画像処理アルゴリズムを記述する。 

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Transthoracic Echocardiography in Mice

In recent years, murine models have become the primary avenue for studying the molecular mechanisms of cardiac dysfunction resulting from changes in gene expression. Transgenic and gene targeting methods can be used to generate mice with altered cardiac size and function,1-3 and as a result, in vivo techniques are needed to evaluate their cardiac phenotype. Transthoracic echocardiography, pulse wave Doppler (PWD), and tissue Doppler imaging (TDI) can be used to provide dimensional measurements of the mouse heart and to quantify the degree of cardiac systolic and diastolic performance. Two-dimensional imaging is used to detect abnormal anatomy or movements of the left ventricle, whereas M-mode echo is used for quantification of cardiac dimensions and contractility.4,5 In addition, PWD is used to quantify localized velocity of turbulent flow,6 whereas TDI is used to measure the velocity of myocardial motion.7 Thus, transthoracic echocardiography offers a comprehensive method for the noninvasive evaluation of cardiac function in mice.

Transthoracic echocardiography offers a noninvasive method for the evaluation of cardiac function in mice. A combination of ultrasound and Doppler imaging modalities can be used to obtain dimensional measurements of the heart and intracardiac blood flow, which together provide an assessment of cardiac systolic and diastolic performance.

マウスにおける経胸壁心エコー

In recent years, murine models have become the primary avenue for studying the molecular mechanisms of cardiac dysfunction resulting from changes in gene ...

医学

High-frequency High-resolution Echocardiography: First Evidence on Non-invasive Repeated Measure of Myocardial Strain, Contractility, and Mitral Regurgitation in the Ischemia-reperfused Murine Heart

Ischemia-reperfusion (IR) was surgically performed in murine hearts which were then subjected to repeated imaging to monitor temporal changes in functional parameters of key clinical significance. Two-dimensional movies were acquired at high frame rate (8 kHz) and were utilized to estimate high-quality myocardial strain. Two-dimensional elastograms (strain images), as well as strain profiles, were visualized. Results were powerful in quantitatively assessing IR-induced changes in cardiac events including left-ventricular (LV) contraction, LV relaxation and isovolumetric phases of both pre-IR and post-IR beating hearts in intact mice. In addition, compromised sector-wise wall motion and anatomical deformation in the infarcted myocardium were visualized.  The elastograms were uniquely able to provide information on the following parameters in addition to standard physiological indices that are known to be affected by myocardial infarction in the mouse: internal diameters of mitral valve orifice and aorta, effective regurgitant orifice, myocardial strain (circumferential as well as radial), turbulence in blood flow pattern as revealed by the color Doppler movies and velocity profiles, asynchrony in LV sector, and changes in the length and direction of vectors demonstrating slower and asymmetrical wall movement. This work emphasizes on the visual demonstration of how such analyses are performed. 

High-frequency High-resolution Echocardiography: First Evidence on Non-invasive Repeated Measure of Myocardial Strain, Contractility, and Mitral Regurgitation in the Ischemia-reperfused Murine Heart 

High frequency Doppler ultrasound is a novel technology for assessing regional myocardial function. This work presents first evidence demonstrating applicability of this versatile imaging platform for the repeated measure of myocardial strain, dp/dt, and mitral regurgitation in the ischemia-reperfused (IR) murine heart.

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

Ischemia-reperfusion (IR) was surgically performed in murine hearts which were then subjected to repeated imaging to monitor temporal changes in ...

Murine Echocardiography and Ultrasound Imaging

Rodent models of cardiac pathophysiology represent a valuable research tool to investigate mechanism of disease as well as test new therapeutics.1 Echocardiography provides a powerful, non-invasive tool to serially assess cardiac morphometry and function in a living animal.2 However, using this technique on mice poses unique challenges owing to the small size and rapid heart rate of these animals.3 Until recently, few ultrasound systems were capable of performing quality echocardiography on mice, and those generally lacked the image resolution and frame rate necessary to obtain truly quantitative measurements. Newly released systems such as the VisualSonics Vevo2100 provide new tools for researchers to carefully and non-invasively investigate cardiac function in mice. This system generates high resolution images and provides analysis capabilities similar to those used with human patients. Although color Doppler has been available for over 30 years in humans, this valuable technology has only recently been possible in rodent ultrasound.4,5 Color Doppler has broad applications for echocardiography, including the ability to quickly assess flow directionality in vessels and through valves, and to rapidly identify valve regurgitation. Strain analysis is a critical advance that is utilized to quantitatively measure regional myocardial function.6 This technique has the potential to detect changes in pathology, or resolution of pathology, earlier than conventional techniques. Coupled with the addition of three-dimensional image reconstruction, volumetric assessment of whole-organs is possible, including visualization and assessment of cardiac and vascular structures. Murine-compatible contrast imaging can also allow for volumetric measurements and tissue perfusion assessment.

This video demonstrates use of a rail-mounted high-frequency ultrasound probe to perform echocardiography on an anesthetized mouse. The methods describe both conventional two-dimensional and M-mode measurements of cardiac function in addition to newer, more powerful tools such as color Doppler, strain analysis, as well as general and targeted contrast imaging.

マウス心エコー検査と超音波イメージング

Rodent models of cardiac pathophysiology represent a valuable research tool to investigate mechanism of disease as well as test new therapeutics.1  ...

Pulse Wave Velocity Testing in the Baltimore Longitudinal Study of Aging

Carotid-femoral pulse wave velocity is considered the gold standard for measurements of central arterial stiffness obtained through noninvasive methods1.&#160;Subjects are placed in the supine position and allowed to rest quietly for at least 10 min prior to the start of the exam. The proper cuff size is selected and a blood pressure is obtained using an oscillometric device. Once a resting blood pressure has been obtained, pressure waveforms are acquired from the right femoral and right common carotid arteries. The system then automatically calculates the pulse transit time between these two sites (using the carotid artery as a surrogate for the descending aorta). Body surface measurements are used to determine the distance traveled by the pulse wave between the two sampling sites. This distance is then divided by the pulse transit time resulting in the pulse wave velocity. The measurements are performed in triplicate and the average is used for analysis.

Pulse wave velocity (PWV) measurement assesses arterial stiffness by a tonometry-based system that measures the speed with which arterial pressure wave travels along the arterial tree, typically approximating the time that it takes this wave to travel from the descending aorta (using the carotid artery as a surrogate) to the femoral artery. Carotid-femoral PWV increases two- to threefold across the adult lifespan.

高齢化のボルチモア縦断的研究におけるパルス波速度のテスト

Carotid-femoral pulse wave velocity is considered the gold standard for measurements of central arterial stiffness obtained through noninvasive ...

Assessment of Right Ventricular Structure and Function in Mouse Model of Pulmonary Artery Constriction by Transthoracic Echocardiography

Emerging clinical data support the notion that RV dysfunction is critical to the pathogenesis of cardiovascular disease and heart failure1-3. Moreover, the RV is significantly affected in pulmonary diseases such as pulmonary artery hypertension (PAH). In addition, the RV is remarkably sensitive to cardiac pathologies, including left ventricular (LV) dysfunction, valvular disease or RV infarction4. To understand the role of RV in the pathogenesis of cardiac diseases, a reliable and noninvasive method to access the RV structurally and functionally is essential.
A noninvasive trans-thoracic echocardiography (TTE) based methodology was established and validated for monitoring dynamic changes in RV structure and function in adult mice. To impose RV stress, we employed a surgical model of pulmonary artery constriction (PAC) and measured the RV response over a 7-day period using a high-frequency ultrasound microimaging system. Sham operated mice were used as controls. Images were acquired in lightly anesthetized mice at baseline (before surgery), day 0 (immediately post-surgery), day 3, and day 7 (post-surgery). Data was analyzed offline using software.
Several acoustic windows (B, M, and Color Doppler modes), which can be consistently obtained in mice, allowed for reliable and reproducible measurement of RV structure (including RV wall thickness, end-diastolic&#160;and end-systolic dimensions), and function (fractional area change, fractional shortening, PA peak velocity, and peak pressure gradient) in normal mice and following PAC.
Using this method, the pressure-gradient resulting from PAC was accurately measured in real-time using Color Doppler mode and was comparable to direct pressure measurements performed with a Millar high-fidelity microtip catheter. Taken together, these data demonstrate that RV measurements obtained from various complimentary views using echocardiography are reliable, reproducible and can provide insights regarding RV structure and function. This method will enable a better understanding of the role of RV cardiac dysfunction.

Right ventricle (RV) dysfunction is critical to the pathogenesis of cardiovascular disease, yet limited methodologies are available for its evaluation. Recent advances in ultrasound imaging provide a noninvasive and accurate option for longitudinal RV study. Herein, we detail a step-by-step echocardiographic method using a murine model of RV pressure overload.

経胸壁心エコー検査による肺動脈狭窄のマウスモデルにおける右室の構造と機能の評価

Emerging clinical data support the notion that RV dysfunction is critical to the pathogenesis of cardiovascular disease and heart failure1-3. Moreover, ...

Measuring Ascending Aortic Stiffness In Vivo in Mice Using Ultrasound

We present a protocol for measuring in vivo aortic stiffness in mice using high-resolution ultrasound imaging. Aortic diameter is measured by ultrasound and aortic blood pressure is measured invasively with a solid-state pressure catheter. Blood pressure is raised then lowered incrementally by intravenous infusion of vasoactive drugs phenylephrine and sodium nitroprusside. Aortic diameter is measured for each pressure step to characterize the pressure-diameter relationship of the ascending aorta. Stiffness indices derived from the pressure-diameter relationship can be calculated from the data collected. Calculation of arterial compliance is described in this protocol.
This technique can be used to investigate mechanisms underlying increased aortic stiffness associated with cardiovascular disease and aging. The technique produces a physiologically relevant measure of stiffness compared to ex vivo approaches because physiological influences on aortic stiffness are incorporated in the measurement. The primary limitation of this technique is the measurement error introduced from the movement of the aorta during the cardiac cycle. This motion can be compensated by adjusting the location of the probe with the aortic movement as well as making multiple measurements of the aortic pressure-diameter relationship and expanding the experimental group size.

Measuring Ascending Aortic Stiffness In Vivo in Mice Using Ultrasound

We describe a technique for measuring aortic stiffness from its pressure-diameter relationship in vivo in mice. Aortic diameter is recorded by ultrasound and aortic pressure is measured invasively with a solid-state pressure catheter. Blood pressure is changed incrementally and the resulting diameter is measured.

昇順大動脈剛性の測定<em&gt;インビボ</em&gt;超音波​​を使用したマウスにおける

We present a protocol for measuring in vivo aortic stiffness in mice using high-resolution ultrasound imaging. Aortic diameter is measured by ultrasound ...

Ultrasound Based Assessment of Coronary Artery Flow and Coronary Flow Reserve Using the Pressure Overload Model in Mice

Transthoracic Doppler echocardiography (TTDE) is a clinically useful, noninvasive tool for studying coronary artery flow velocity and coronary flow reserve (CFR) in humans. Reduced CFR is accompanied by marked intramyocardial and pericoronary fibrosis and is used as an indication of the severity of dysfunction. This study explores, step-by-step, the real-time changes measured in the coronary flow velocity, CFR and systolic to diastolic peak velocity (S/D) ratio in the setting of an aortic banding model in mice. By using a Doppler transthoracic imaging technique that yields reproducible and reliable data, the method assesses changes in flow in the septal coronary artery (SCA), for a period of over two weeks in mice, that previously either underwent aortic banding or thoracotomy. 
During imaging, hyperemia in all mice was induced by isoflurane, an anesthetic that increased coronary flow velocity when compared with resting flow. All images were acquired by a single imager. Two ratios, (1) CFR, the ratio between hyperemic and baseline flow velocities, and (2) systolic (S) to diastolic (D) flow were determined, using a proprietary software and by two independent observers. Importantly, the observed changes in coronary flow preceded LV dysfunction as evidenced by normal LV mass and fractional shortening (FS). 
The method was benchmarked against the current gold standard of coronary assessment, histopathology. The latter technique showed clear pathologic changes in the coronary artery in the form of peri-coronary fibrosis that correlated to the flow changes as assessed by echocardiography. 
The study underscores the value of using a non-invasive technique to monitor coronary circulation in mouse hearts. The method minimizes redundant use of research animals and demonstrates that advanced ultrasound-based indices, such as CFR and S/D ratios, can serve as viable diagnostic tools in a variety of investigational protocols including drug studies and the study of genetically modified strains.

Coronary flow reserve (CFR) is useful for assessment of myocardial oxygen demand and evaluation of cardiovascular risk. This study establishes a step-by-step transthoracic Doppler echocardiographic (TTDE) method for longitudinal monitoring of the changes in CFR, as measured from coronary artery in mice, under the experimental pressure overload of aortic banding.

マウスの圧負荷モデルを用いた冠動脈の流れと冠血流準備の超音波ベースのアセスメント

Transthoracic Doppler echocardiography (TTDE) is a clinically useful, noninvasive tool for studying coronary artery flow velocity and coronary flow ...

Assessment of Cardiac Morphological and Functional Changes in Mouse Model of Transverse Aortic Constriction by Echocardiographic Imaging

Transverse aortic constriction (TAC) in mice has been used as a valuable model to study mechanisms of cardiac hypertrophy and heart failure1. A reliable noninvasive method is essential to assess real-time cardiac morphological and functional changes in animal models of heart disease. Transthoracic echocardiography represents an important tool for noninvasive assessment of cardiac structure and function2. Here we used a high-resolution ultrasound imaging system to monitor myocardial remodeling and heart failure progression over time in a mouse model of TAC. B-mode, M-mode, and Doppler imaging were used to precisely assess cardiac hypertrophy, ventricular dilatation, and functional deterioration in mice following TAC. Color and pulse wave (PW) Doppler imaging was used to noninvasively measure pressure gradient across the aortic constriction created by TAC and to assess transmitral blood flow in mice. Thus transthoracic echocardiographic imaging provides comprehensive noninvasive measurements of cardiac dimensions and function in mouse models of heart disease.

The goal of this protocol is to noninvasively assess cardiac structural and functional changes in a mouse model of heart disease created by transverse aortic constriction, using B- and M-mode echocardiography and color/pulse wave Doppler imaging.

心臓形態学的および心エコーイメージングによって横大動脈狭窄のマウスモデルにおける機能の変更の評価

Transverse aortic constriction (TAC) in mice has been used as a valuable model to study mechanisms of cardiac hypertrophy and heart failure1. A reliable ...

Echocardiographic Approaches and Protocols for Comprehensive Phenotypic Characterization of Valvular Heart Disease in Mice

The aim of this manuscript and accompanying video is to provide an overview of the methods and approaches used for imaging heart valve function in rodents, with detailed descriptions of the appropriate methods for anesthesia, the echocardiographic windows used, the imaging planes and probe orientations for image acquisition, the methods for data analysis, and the limitations of emerging technologies for the evaluation of cardiac and valvular function. Importantly, we also highlight several future areas of research in cardiac and heart valve imaging that may be leveraged to gain insights into the pathogenesis of valve disease in preclinical animal models. We propose that using a systematic approach to evaluating cardiac and heart valve function in mice can result in more robust and reproducible data, as well as facilitate the discovery of previously underappreciated phenotypes in genetically-altered and/or physiologically-stressed mice.

This protocol provides a detailed description of the echocardiographic approach for comprehensive phenotyping of heart and heart valve function in mice.

マウスの弁膜症の包括的表現型の特徴のための心エコーアプローチとプロトコル

The aim of this manuscript and accompanying video is to provide an overview of the methods and approaches used for imaging heart valve function in ...

Measurement of Pulse Propagation Velocity, Distensibility and Strain in an Abdominal Aortic Aneurysm Mouse Model

An abdominal aortic aneurysm (AAA) is defined as a localized dilation of the abdominal aorta that exceeds the maximal intraluminal diameter (MILD) by 1.5 times of its original size. Clinical and experimental studies have shown that small aneurysms may rupture, while a subpopulation of large aneurysms may remain stable. Thus, in addition to the measurement of intraluminal diameter of the aorta, knowledge of structural traits of the vessel wall may provide important information to assess the stability of the AAA. Aortic stiffening has recently emerged as a reliable tool to determine early changes in the vascular wall. Pulse propagation velocity (PPV) along with the distensibility and radial strain are highly useful ultrasound-based methods relevant for assessing aortic stiffness. The primary purpose of this protocol is to provide a comprehensive technique for the use of ultrasound imaging system to acquire images and analyze the structural and functional properties of the aorta as determined by MILD, PPV, distensibility and radial strain.

This manuscript describes a detailed protocol for using high frequency ultrasound imaging to measure luminal diameter, pulse propagation velocity, distensibility and radial strain on a mouse model of abdominal aortic aneurysm.

腹部大動脈瘤マウスモデルにおける脈拍伝播速度、分解性およびひずみの測定

An abdominal aortic aneurysm (AAA) is defined as a localized dilation of the abdominal aorta that exceeds the maximal intraluminal diameter (MILD) by 1.5 ...