우리는 동물 생리학 코어, 기술 지원 및 Vevo 2100 초음파 biomicroscopy (UBM) 시스템에 대 한 오픈 액세스를 제공 하기 위한 UCLA에서 분자 의학의 감사. 이 연구는 NIH/아동 건강 연구 센터 (5K12HD034610/K12), UCLA-어린이 디스커버리 연구소와 오늘과 내일 아 이들의 기금에 의해 지원 되었다 그리고 M. 성격은 데이비드 Geffen 학교의 의학 연구 혁신 상을.

캘리포니아 대학, 로스 앤젤레스, 동물 관리 및 사용 위원회는이 프로토콜에 표시 된 모든 절차를 승인 했습니다. 실험은 활성 동물 프로토콜 승인 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 캘리포니아 대학, 로스 앤젤레스, 캘리포니아, 미국에서 진행 중인 연구의 일환으로 실시 되었다. 동물 처리 및 치료 관리 및 실험 동물의 사용에 대 한 가이드의 기준에 따 랐 다.
1. 높은 주파수 초음파 이미징 시스템 준비
<ol><li>초음파 이미징 시스템 및 생리학 모니터링 장치를 켭니다.</li>
	<li>30/45 MHz 트랜스듀서를 연결 합니다.</li>
	<li>그것의 홀더 이미징 플랫폼 근처에 해당 스캔 헤드를 놓습니다.</li>
	<li>심장 측정 프로그램 옵션을 선택 합니다.</li>
	<li>초음파 젤 37 ° c 설정 미리 데우는 컨테이너에 거꾸로 하는 장소</li>
	<li>마 취에 대 한 적절 한 배관 시스템을 확인 하 고 산소와 isoflurane 수준을 확인 합니다.</li>
	<li>이미징 플랫폼과 작업 영역을 치료.</li>
	<li>일정 온도 유지 하기 위해 이미징 플랫폼의 열 수준 및 댐의 심장 박동을 설정 합니다.</li>
</ol>2. 임신 마우스 준비
<ol><li>마 취 유도 실에서 임신 마우스 (C57/BL6) 댐을 놓습니다.</li>
	<li>마 취를 유도 사용 하 여 지속적으로 100% 산소 (100% O2) 유도 실에서 200 mL/min의 유량에 섞인 inhalational isoflurane (isoflurane 2%-3%)를 전달.</li>
	<li>Sedated 동물 부정사 위치에 이미징 플랫폼에 전송.</li>
	<li>안 면 마 취 튜브 시스템 제공 isoflurane (1.0-1.5%)에 연결을 사용 하 여 정상 상태 진정 섞인 100% O2 200 mL/min에서 제공 합니다. 주의: 용기 집합을 포함 하는 숯 필터를 갖춘 환기 시스템을 사용 하 여 마 취 가스의 누설을 제어 합니다.</li>
	<li>모성 심장 및 호흡 속도 지속적으로 모니터링을 달성 하기 위해 전극 젤의 신청 후 부드럽게 임베디드 electrocardiographic 전극에 사지를 테이프.</li>
	<li>(50 비트/분 (bpm) + 450)의 평균 심장 박동을 유지 하기 위해 isoflurane 수준을 조정 합니다.</li>
	<li>37.0 ° C ± 0.5 ° c.의 범위 내에서 체온을 유지 체온과 생리학 컨트롤러 단위에 표시 되 고 심장 박동을 모니터링 합니다.</li>
	<li>Sedated 마우스 이미징 절차에 걸쳐 마다 15 분의 생체 신호를 기록 합니다.</li>
	<li>마우스의 자세, 심장 박동, 그리고 pinches 발가락에 대 한 응답을 평가 하 여 마 취의 정도 평가 합니다.</li>
	<li>눈 건조 및 각 막 손상을 방지 하기 위해 안과 밤 (각 눈에 1 방울)을 적용 합니다.</li>
	<li>초음파 감쇄를 최소화 하기 위해 depilatory 크림을 사용 하 여 더 낮은 사지에 중순 가슴 수준에서 모피를 제거 합니다. 습식 및 건식 거 즈를 교체 하 여 응용 프로그램 손상을 방지 하기 위해 피부에 패치 후 크림 1-1.5 분을 제거 합니다.</li>
</ol>3. 배아 식별
<ol><li>복 부 벽은 태아를 찾아서 그들을 밖으로 확산을 부드럽게 만져</li>
	<li>댐의 복 부에 각 배아를 주석 하 고 마커를 사용 하 여 그들의 이전 후부 및 등 쪽 복 부 방향을 정의 합니다.</li>
	<li>Sedated 댐의 자 궁 경부를 사용 하 여 랜드마크로. L1, L2, L 3, 왼쪽 및 오른쪽 자 궁 뿔에 태아 레이블 등 (왼쪽)와 R1, R2, R3, 등 (오른쪽), 각각 (그림 1A). 주의:는 태아를 강제로 확산 하지 마십시오. 각 담가에 1-2 태아는 다른 사람, 그들의 위치 및 이미징 신뢰할 수 없는 만드는 겹칠 수 있습니다. 분석에서이 태아를 제외 합니다.</li>
</ol>4. 태아 심장 시각화 및 주석
<ol><li>복 부에 미리 데워 진된 초음파 젤을 적용 하 고 거품 형성을 피하기 위해 신중 하 게 그것을 확산. 스캔 이미지의 영역에 젤의 추가 금액을 추가 합니다.</li>
	<li>그것의 기계적인 보유자에 초음파 프로브를 놓고 두꺼운 젤 레이어 검색 B 모드 (그림 1)를 사용 하 여 뛰는 심장에 대 한 찾는 동안 접촉 하 게 피부 쪽으로 점차적으로 그것을 동원 합니다.</li>
	<li>2 차원 이미지를 스캔 B 모드 버튼을 클릭 합니다. 첫 번째 태아는 오른쪽 또는 왼쪽된 자 궁 경적에 위치를 식별 하 고 각각 R1 또는 L1로 표시 하는 랜드마크로 방광을 사용 합니다.</li>
	<li>실시간으로 개별 태아의 오른쪽 및 왼쪽 방향 수평 평면에 이미징 플랫폼을 이동 하 여 확인 합니다. 랜드마크 (그림 1B, 비디오 1)로 서 주 둥이, 팔, 다리 및 척추를 주석을 꼬리 머리에서 스캔.</li>
	<li>뛰는 심장 시각화 하 고 주석이 왼쪽된 심 실 (LV)와 우 심 실 (RV). 심장 시각화를 최적화 하기 위해 사용 색 도플러 모드 (그림 1 C-G, 동영상 1-2).</li>
	<li>보기-parasternal 짧은 축를 스캔 B 모드 버튼을 클릭 LV와 RV 데이터 수집 프레임의 센터에 그들의 최대 직경에 표시 됩니다. 라이브 영상 (그림 1B-C)을 시작 합니다.</li>
	<li>경도 4 챔버 보기 (그림 1D)를 비행기를 검색에 대해 마우스의 방향을 변경 합니다. 첫째, 심 방, interventricular 심장, 왼쪽 및 오른쪽 유출 책자 등 심장의 나머지 구조를 식별 합니다. 다음, 그들의 최대 직경에 표시 되는 심 실 및 심 방 실 있다. 이미지 수집을 시작 합니다.</li>
	<li>최종 분석에서 최적 비, 간접 이미지를 제외 합니다. 10의 최소 연속 녹음 'Cineloops'를 Cini 클릭 기록된 이미지 저장 후 s.</li>
</ol>5. 태아 심 박수 및 심 실 기능 평가
<ol><li>4 개의 챔버 비행기 (비디오 3)에서 심장 이미지를 스캔 M 모드 버튼을 클릭 합니다.</li>
	<li>모든 태아의 이미지 작업이 완료 되 면 분석에 대 한 기록의 목록 보기</li>
	<li>최종 분석에서 최적 비, 간접 이미지를 제외 합니다.</li>
	<li>측정 벽 두께와 심장 (LVID, d;에서 왼쪽/오른쪽 심 실 내부 직경 분석 버튼을 클릭 RVID, d)와 systole (LVID, s; RVID, s), 그림 2와 같이.</li>
	<li>각을 재생 하 여 평균 태아의 심장 박동 기록 추적 하 고 계산 하는 다음과 같은 흐름에 하나의 흐름 주기의 측정 주기 (인접 한 봉우리 사이의 간격) M 모드를 결정 합니다.</li>
	<li>평균 심장 박동 (그림 2)를 얻기 위해 여러 측정 (추적 당 적어도 5)를 수행 합니다.</li>
	<li>왼쪽된 심 실 내부 확장기 직경 (LVID, d) 사이의 심장 주기 끝 systole (LVID, s)에서 왼쪽된 심 실 내부 직경 시간적 변화를 측정 합니다. 다음 분수 단축 백분율 (FS %)를 다음과 같이 계산: FS % [(LVID,d-LVID,s)/LVID, d =] x100.</li>
	<li>평균 FS % 값을 얻기 위해 여러 측정 (추적 당 적어도 5)를 수행 합니다.</li>
</ol>6. 구급 흐름 매개 변수를 평가
<ol><li>수집의 각도 분야 60o조정 합니다. 45-MHz 변환기를 사용 하 여 2 차원 4 챔버 영상 평면에서 펄스 파 도플러 측정을 수행 하려면 도플러 클릭 합니다.<ol>
<li>먼저, 오른쪽 유출 관을 식별 하 고 폐 동맥의 분기 시각화. 다음으로 폐와 대동맥 밸브 (그림 3A, 비디오 4) 통해 흐름 패턴을 얻기 위해 펄스 파 도플러 단추를 클릭 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>펄스 파 도플러 추적, 최대 수축 기 속도 (PkV), 배출 시간 (동부 표준시), (에서), 가속 시간 등에서 폐 흐름 측정을 가져옵니다.</li>
	<li>(오른쪽) 그림 3A 에서 같이 평균 측정을 얻기 위해 여러 측정 (추적 당 적어도 5)를 수행 합니다.</li>
	<li>AT 계산 / 외 각에 대 한 유출 책자 patency의 지표로 서 밸브를 유출 비율과 혈액 흐름.</li>
	<li>펄스 파 도플러를 사용 하 여 2 차원 꼭대기 4 챔버 뷰에서 mitral 및 대동맥 흐름 패턴을 얻을로 이동 합니다. 먼저, 왼쪽된 심 방 및 좌 심 실 챔버를 식별 합니다. 그런 다음 펄스 파 도플러 샘플 볼륨을 (A) (그림 3B)24,25mitral 유입 도플러 패턴 및 측정 초기 확장기 속도 (E)와 심 방 수축 속도의 기록에 대 한 놓습니다.</li>
	<li>대동맥 도플러 제트 패턴을 얻기 위해 도플러 샘플 볼륨을 조정 합니다. 대동맥 도플러 제트기 (오른쪽) 그림 3B 에서 같이 가속 (에서) 시간과 배출 시간 (동부 표준시)을 측정 하기 위해 추적 (비디오 5)를 사용 하 여</li>
</ol>7. 평가 Feto Placental 축
<ol><li>컬러 도플러 검사를 사용 하 여 45의 트랜스듀서 (그림 4A)를 사용 하 여 자 궁 동맥 및 feto 태 반 혈관 트리 시각화.</li>
	<li>태아 복 부에서 코드 종료 직후 탯, 양수 내 세그먼트에 탯 줄 혈관 (두 동맥과 1 개의 정 맥)를 식별 합니다.</li>
	<li>장소 펄스 파 도플러 샘플 볼륨 탯 줄 동맥 흐름 패턴 (그림 4A)를.</li>
	<li>(에서), 방출 시간 (동부 표준시), 가속 시간을 포함 한 혈관 피크 흐름 매개 변수를 측정 하 고 흐름 속도 끝 systole (PkV, s)에서 피크 펄스 파 도플러 검사 기록 (그림 4B)를 사용 하 여.</li>
	<li>태아의 움직임과 모성 호흡 운동, 각 선박에 대 한 평균 최고 속도 측정 하의 부재에서 각 선박에서 5 연속 파형을 얻을.</li>
	<li>다음 배아를 진행 합니다.</li>
</ol>8. 후 이미징 동물 모니터링
<ol><li>이미징 프로세스의 완료 후 isoflurane 컨테이너를 해제 합니다.</li>
	<li>계속 복구 단계 동안 체온, 호흡 속도 심장 박동을 모니터링 합니다.</li>
	<li>댐 시작 자발적인 움직임은 안 면 및 연결된 배관 시스템을 제거 합니다.</li>
	<li>적절 한 주거에 댐을 반환 하 고 표준 기관 수술 후 프로토콜에 따라 관찰을 계속.</li>
	<li>정상적인 활동의 전체 재개 시간을 문서화 합니다.</li>
</ol>9. 성능 요구 사항 및 기술 고려 사항
<ol><li>생체 신호 및 생리 적 매개 변수에 장시간된 마 취의 부작용을 피하기 위해 약 1 h ~ 8 태아에 대 한 처리 시간을 제한 합니다.</li>
	<li>이미지 수집 및 흐름 패턴 짧은 시간 프레임에 추적에 대 한 기술을 최적화 하 8-10 임신 쥐와 함께 훈련을 완료 합니다.</li>
</ol>

<ol>
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관심 없음 충돌 선언.

심장 혈관 기형 및 질병 실질적으로 유전 요인과 환경 요소19에 의해 좌우 된다. 우리 이전 두 번째 임신의 feto 태 반 순환 흐름 및 태아 심장 기능9중 시작 모성 열 량 제한의 상당한 영향을 설명 했다.
태아 저 산소 증은 대단히 feto placental 생리학 및 순환 시스템에 영향을 미칠 수 있습니다 태아 개발 중 또 다른 일반적인 스트레스 요소 이다...

심장의 선 천 성 기형의 조기 심장 개발 하는 동안 발생 하는 다른 유형의 구조적 결함이 있습니다. 운영 절차의 현재 기술 진보는 CHDs1,2유아의 생존 율에 상당한 개선을 이끌어 냈다. 그러나, 삶의 질입니다 종종 장기간된 입원을 필요 손상 된 보조 외과 수리 절차1,2,3,,45을 벌였다. CHDs의 기본 분자 메커니즘의 태아 기 탐지 계획 초기 개입, 새로운 예방 전략을 실시 하 고 평생 결과6,7을 개선 하기 위해 결정적 이다.
여러 유전과 환경 요인 CHDs 병에 연루 되어, 비록 unmet 필요가 개선 진단, 치료, 그리고 예방 전략1,8,9 남아는 인과 관계를 설정 ,10,,1112. 또한, 미래의 조사11,12에 대 한 새로운 장소 열립니다 utero에 스트레스 요인과 epigenetic 한정자의 역할을 검토. 지난 10 년간 실제로 차세대 시퀀싱 기술 등 단일 염기 다형성 (SNP) microarray, 전체 exome 시퀀싱, 게놈 전체 메 틸 화 연구, 유전자 연구에 그들의 사용에서에서 급속 한 발전을 목격 했다 CHDs1,,89,10,11 소설 돌연변이 아직 되지 않은 유전 이체를 식별 하는 방법은 포장을 포함 하 여 복잡 한 인간의 질병의 원인 그들의 pathogenicity 적절 한 동물 모델에 대 한 테스트.
다른 질병 모델 시스템 가운데 마우스는 선택, 뿐만 아니라 초기 cardiogenesis13,14,,1516, 동안 뿐만 아니라 명료 CHDs의 메커니즘을 조사 동물 모델 임산부 및 주 스트레스 요인에 늦은 임신에서 기능과 심장 챔버 성숙에 그들의 영향. 따라서, vivo에서 phenotypic 특성 돌연변이 태아 마우스 심 혼의 개발 초기와 후반 단계를 수행 하는 것은 이러한 유전자 변이 심장 개발에 환경 요인의 역할을 이해 하는 중요 한 고 약 실 특정 성숙에 잠재적인 미래 영향 쥐에 처리합니다.
조기 발견 및 개발 하는 동안 심장 결함의 정확한 진단이 중재 계획17,18에 대 한 중요 합니다. 안전, 간단 하 고, 휴대용 하 고 반복 되 고, 태아 초음파 실제로 되고있다 이미징 병원에서 심장 평가 위한 기술 표준. 태아 순환 평가 도플러 초음파를 사용 하 여 널리 사용 되었습니다 임상 연습 심장 결함의 검출을 위한 뿐만 아니라 뿐만 아니라 혈관 이상, 태 반 부족 및 자궁내 성장 금지를 감지 하 고 평가 하 태아 복지 utero에 모욕 hypoxemia, 모성 질환 및 약물 독성17,18를 포함 하 여에 대 한 응답. 인간의 결함과 질병 평가에서 그 가치를 병렬로 태아 쥐의 초음파 평가 실험 설정19,20,,2122에서 증가 유틸리티를 얻고 있다 23. 특히, 태아 심장 초음파 (심장 초음파) 개발의 순차적 vivo에서 시각화를 수 있습니다. 많은 실험 연구 유전자 변형 태아 쥐에 태아 심장 혈관 개발 관찰을 초음파 이미징 기술을 사용. 도플러 초음파는 특히 유용 생리 적 문제 또는 질병 조건10,19태아 순환의 흐름 패턴 같은 pathophysiological 매개 변수를 명료 하 게 되었습니다. 둘 다 인간과 동물, 태아에 게 비정상적인 혈액 흐름이 나 산소 공급 utero에서 태아 환경 중단 하 고 fetoplacental 축, 태 반 이상를 포함 하 여 어머니 산소에 영향을 미칠 수 있는 다양 한 조건에서 발생할 수 있습니다. 임신 성 당뇨병, 고 약물 유도 혈관 수축15,22. 따라서 태아 쥐에 도플러 초음파를 수행 하기 위한 표준화 된 방법을 수립 강화할 것입니다 대단히 CHDs의 미래 연구 모니터링 흐름 패턴 및 동안 심혈 관 회로의 주요 hemodynamic 인덱스를 촉진 하 여 유전 마우스 모델. 에 심장 개발의 다른 단계
높은 주파수 초음파 마우스 모델 및 인간 질병18에서 심장 혈관 시스템의 개발 및 생리 적 매개 변수를 측정 하는 강력한 도구로 떠오르고 있다. 이 기술은 최근 몇 년 동안에서 더 세련 되어 있다. 우리와 다른 연구자는 태아 마우스 심 혼15,19,20,21,22에 매우 높은 주파수 초음파 연구 수행을 위한이 시스템의 타당성을 증명 하고있다 ,23. 시스템은 도플러 컬러 흐름 매핑 및 높은 주파수 (30 ~ 50 m h z) 프레임 레이트에서 2 차원, 동적 이미지를 생성 하는 선형 배열 센서를 갖추고 있습니다. 낮은 주파수 초음파 시스템 및22, 높은 주파수의 초음파21,이전 세대에 비해 이러한 이점을 제공 심층 평가 태아 순환에 대 한 필요한 감도 및 해상도 시스템, 심장 구조, 챔버 기능 및 태아 쥐의 흐름 지 수의 포괄적인 묘사를 포함 하 여 실험 설정에서. 여기, 우리가 높은 주파수 시스템을 사용 하 여 심장과 순환 및 배아 하루 E18.5에서 vivo에서 에서 feto 태 반 순환의 급속 한 평가 수행 하는 방법을 설명 합니다. 우리는 약 60 µ m의 축 분해능과 – 150 µ m의 수평 해상도 30/45 MHz 트랜스듀서를 선택 했다. 그러나, 유사한 방법론 접근에 따라 이전 발달 단계를 분석 하는 더 높은 주파수 변환기 (40/50 MHz)를 선택할 수 있습니다. M 모드는 선택 된 높은 시간 해상도 수준 (1, 000 프레임/s)에서 모션 조직의 시각화 수 있습니다. 마지막으로, 우리가 태아 심장 혈관 hemodynamic 상태 및 기능 기준선에 쥐에 있는 태아 hypoxia 스트레스에 대 한 응답에서의 상세한 포괄적인 phenotypic 특성에 대 한 높은 초음파의 타당성을 보여줍니다.

<table><tbody><tr><td>Vevo 2100</td><td>VisualSonics, Toronto, Ontario, Canada</td><td>N/A</td><td>High Freequency Ultrasound Biomicroscopy. The set up is available in animal physiology core facility, division of molecular medicine, UCLA. USA</td></tr><tr><td>inbred mice (c57/BL6)</td><td>Charles River Laboratories</td><td>N/A</td><td>Inbread wild type mouse strain</td></tr></tbody></table>

fetal mouse cardiovascular imaging using a high-frequency ultrasound (30/45mhz) system

선 천 성 심장 결함 (CHDs) 어린 시절 병 적 상태와 초기 사망률의 가장 일반적인 원인입니다. 태아 기 탐지 CHDs의 기본 분자 메커니즘의 새로운 예방 및 치료 전략을 발명에 대 한 결정적 이다. 돌연변이 마우스 모델은 새로운 메커니즘 및 심장 발달 및 그들의 잠재적인 CHDs 드라이브 환경 스트레스 한정자를 강력한 도구입니다. 그러나, 이러한 putative 참여자의 인과 관계를 설정 하는 노력 되었습니다 조직학 및 분자 비 생존 동물 실험에서 연구 하는 주요 생리 및 hemodynamic 매개 변수를 모니터링 하는 결 석. 라이브 이미징 기술을 CHDs의 병 인을 설정 하는 필수적인 도구가 되고있다. 특히, 초음파 영상 없이 사용할 수 있습니다 prenatally 수술 노출 태아, 심장 챔버의 hemodynamic 및 구조 측면에서 환경 스트레스의 영향을 모니터링 하는 동안 그들의 기준선 생리학을 유지 수 개발입니다. 여기, 높은-주파수 초음파 (30/45) 시스템 사용 하 여 심장 혈관 시스템 E18.5에서 utero에 기준선에 태아 쥐에 태아 hypoxia 노출에 대 한 응답에서을 검사 하. 우리 심장 챔버 크기, 형태, 심 실 기능, 태아 심장 박동, 그리고 탯 줄 동맥 흐름 인덱스, 그리고 조직의 만성 산소에 utero에서 진짜에서에 노출 태아 쥐에 그들의 변경 측정 시스템의 타당성 입증 시간입니다.

심장 및 hemodynamic 인덱스의 통계 분석은 오프 라인으로 수행 되었습니다. 3 최적의 이미지에서 5 연속 측정 수단을 계산 했다. 데이터는 ± SEM. 학생의 t의미 표현 했다-테스트 intergroup 비교 유추 하는 데 사용 되었다. P 값이 0.05 통계적으로 간주 되었다.
위의 프로토콜에 따라 우리 특징 태아 쥐의 심장 혈관 상태에 ?...

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Fetal Mouse Cardiovascular Imaging Using a High-frequency Ultrasound 30/45MHZ System

태아 마우스 심장 혈관 이미징 높은 주파수 초음파 (30/45 m h Z) 시스템을 사용 하 여

태아 마우스의 높은 주파수 초음파 이미징 영상 해상도 개선 하 고 심장 개발 및 구조적 결함의 정확한 비-침략 적 특성을 제공할 수 있습니다. 여기에 설명 된 프로토콜은 실시간 태아 쥐 심장 초음파에서 vivo에서수행 하도록 설계 되었습니다.

Congenital heart defects (CHDs) are the most common cause of childhood morbidity and early mortality. Prenatal detection&#160;of the underlying molecular ...

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11.5K 조회수.  University of California, Los Angeles. 태아 마우스의 높은 주파수 초음파 이미징 영상 해상도 개선 하 고 심장 개발 및 구조적 결함의 정확한 비-침략 적 특성을 제공할 수 있습니다. 여기에 설명 된 프로토콜은 실시간 태아 쥐 심장 초음파에서 vivo에서수행 하도록 설계 되었습니다.

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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.

Murine Echocardiography 및 초음파 이미징

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

연구

의학

Contrast Imaging in Mouse Embryos Using High-frequency Ultrasound

Ultrasound contrast-enhanced imaging can convey essential quantitative information regarding tissue vascularity and perfusion and, in targeted applications, facilitate the detection and measure of vascular biomarkers at the molecular level. Within the mouse embryo, this noninvasive technique may be used to uncover basic mechanisms underlying vascular development in the early mouse circulatory system and in genetic models of cardiovascular disease. The mouse embryo also presents as an excellent model for studying the adhesion of microbubbles to angiogenic targets (including vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2) or &#945;v&#946;3) and for assessing the quantitative nature of molecular ultrasound. We therefore developed a method to introduce ultrasound contrast agents into the vasculature of living, isolated embryos. This allows freedom in terms of injection control and positioning, reproducibility of the imaging plane without obstruction and motion, and simplified image analysis and quantification. Late gestational stage (embryonic day (E)16.6 and E17.5) murine embryos were isolated from the uterus, gently exteriorized from the yolk sac and microbubble contrast agents were injected into veins accessible on the chorionic surface of the placental disc. Nonlinear contrast ultrasound imaging was then employed to collect a number of basic perfusion parameters (peak enhancement, wash-in rate and time to peak) and quantify targeted microbubble binding in an endoglin mouse model. We show the successful circulation of microbubbles within living embryos and the utility of this approach in characterizing embryonic vasculature and microbubble behavior.

Here, we present a protocol to inject ultrasound microbubble contrast agents into living, isolated late-gestation stage murine embryos. This method enables the study of perfusion parameters and of vascular molecular markers within the embryo using contrast-enhanced high-frequency ultrasound imaging.

고주파 초음파를 사용하여 마우스 태아에 대비 이미징

Ultrasound contrast-enhanced imaging can convey essential quantitative information regarding tissue vascularity and perfusion and, in targeted ...

발생학

Murine Fetal Echocardiography

Transgenic mice displaying abnormalities in cardiac development and function represent a powerful tool for the understanding the molecular mechanisms underlying both normal cardiovascular function and the pathophysiological basis of human cardiovascular disease. Fetal and perinatal death is a common feature when studying genetic alterations affecting cardiac development 1-3. In order to study the role of genetic or pharmacologic alterations in the early development of cardiac function, ultrasound imaging of the live fetus has become an important tool for early recognition of abnormalities and longitudinal follow-up. Noninvasive ultrasound imaging is an ideal method for detecting and studying congenital malformations and the impact on cardiac function prior to death 4. It allows early recognition of abnormalities in the living fetus and the progression of disease can be followed in utero with longitudinal studies 5,6. Until recently, imaging of fetal mouse hearts frequently involved invasive methods. The fetus had to be sacrificed to perform magnetic resonance microscopy and electron microscopy or surgically delivered for transillumination microscopy. An application of high-frequency probes with conventional 2-D and pulsed-wave Doppler imaging has been shown to provide measurements of cardiac contraction and heart rates during embryonic development with databases of normal developmental changes now available 6-10. M-mode imaging further provides important functional data, although, the proper imaging planes are often difficult to obtain. High-frequency ultrasound imaging of the fetus has improved 2-D resolution and can provide excellent information on the early development of cardiac structures 11.

Fetal and perinatal death is a common feature when studying genetic alterations affecting cardiac development. High-frequency ultrasound imaging has improved 2-D resolution and can provide excellent information on early cardiac development and is an ideal method to detect the impact on cardiac structure and function prior to death.

손쥐 태아 Echocardiography

Transgenic mice displaying abnormalities in  cardiac development and function represent a powerful tool for the understanding  the molecular mechanisms ...

A Novel Use of Three-dimensional High-frequency Ultrasonography for Early Pregnancy Characterization in the Mouse

High-frequency ultrasonography (HFUS) is a common method to non-invasively monitor the real-time development of the human fetus in utero. The mouse is routinely used as an in vivo model to study embryo implantation and pregnancy progression. Unfortunately, such murine studies require pregnancy interruption to enable follow-up phenotypic analysis. To address this issue, we used three-dimensional (3-D) reconstruction of HFUS imaging data for early detection and characterization of murine embryo implantation sites and their individual developmental progression in utero. Combining HFUS imaging with 3-D reconstruction and modeling, we were able to accurately quantify embryo implantation site number as well as monitor developmental progression in pregnant C57BL6J/129S mice from 5.5 days post coitus (d.p.c.) through to 9.5 d.p.c. with the use of a transducer. Measurements included: number, location, and volume of implantation sites as well as inter-implantation site spacing; embryo viability was assessed by cardiac activity monitoring. In the immediate post-implantation period (5.5 to 8.5 d.p.c.), 3-D reconstruction of the gravid uterus in both mesh and solid overlay format enabled visual representation of the developing pregnancies within each uterine horn. As genetically engineered mice continue to be used to characterize female reproductive phenotypes derived from uterine dysfunction, this method offers a new approach to detect, quantify, and characterize early implantation events in vivo. This novel use of 3-D HFUS imaging demonstrates the ability to successfully detect, visualize, and characterize embryo-implantation sites during early murine pregnancy in a non-invasive manner. The technology offers a significant improvement over current methods, which rely on the interruption of pregnancies for gross tissue and histopathologic characterization. Here we use a video and text format to describe how to successfully perform ultrasounds of early murine pregnancy to generate reliable and reproducible data with reconstruction of the uterine form in mesh and solid 3-D images.

Mice are widely used to study gestational biology. However, pregnancy termination is required for such studies which precludes longitudinal investigations and necessitates the use of large numbers of animals. Therefore, we describe a non-invasive technique of high-frequency ultrasonography for early detection and monitoring of post-implantation events in the pregnant mouse.

마우스에서 초기 임신 특성에 대 한 3 차원 높은-주파수 초음파의 새로운 사용

High-frequency ultrasonography (HFUS) is a common method to non-invasively monitor the real-time development of the human fetus in utero. The mouse is ...

Fetal Echocardiography and Pulsed-wave Doppler Ultrasound in a Rabbit Model of Intrauterine Growth Restriction

Fetal intrauterine growth restriction (IUGR) results in abnormal cardiac function that is apparent antenatally due to advances in fetoplacental Doppler ultrasound and fetal echocardiography. Increasingly, these imaging modalities are being employed clinically to examine cardiac function and assess wellbeing in utero, thereby guiding timing of birth decisions. Here, we used a rabbit model of IUGR that allows analysis of cardiac function in a clinically relevant way. Using isoflurane induced anesthesia, IUGR is surgically created at gestational age day 25 by performing a laparotomy, exposing the bicornuate uterus and then ligating 40-50% of uteroplacental vessels supplying each gestational sac in a single uterine horn. The other horn in the rabbit bicornuate uterus serves as internal control fetuses. Then, after recovery at gestational age day 30 (full term), the same rabbit undergoes examination of fetal cardiac function. Anesthesia is induced with ketamine and xylazine intramuscularly, then maintained by a continuous intravenous infusion of ketamine and xylazine to minimize iatrogenic effects on fetal cardiac function. A repeat laparotomy is performed to expose each gestational sac and a microultrasound examination (VisualSonics VEVO 2100) of fetal cardiac function is performed. Placental insufficiency is evident by a raised pulsatility index or an absent or reversed end diastolic flow of the umbilical artery Doppler waveform. The ductus venosus and middle cerebral artery Doppler is then examined. Fetal echocardiography is performed by recording B mode, M mode and flow velocity waveforms in lateral and apical views. Offline calculations determine standard M-mode cardiac variables, tricuspid and mitral annular plane systolic excursion, speckle tracking and strain analysis, modified myocardial performance index and vascular flow velocity waveforms of interest. This small animal model of IUGR therefore affords examination of in utero cardiac function that is consistent with current clinical practice and is therefore useful in a translational research setting.

We describe examination of fetal cardiac function with contemporary functional fetal echocardiography and fetoplacental Doppler ultrasound using the VisualSonics VEVO 2100 microultrasound in a surgically induced model of intrauterine fetal growth restriction in a rabbit.

자궁 내 성장 제한의 토끼 모델에서 태아 심 초음파 및 펄스 파 도플러 초음파

Fetal intrauterine growth restriction (IUGR) results in abnormal cardiac function that is apparent antenatally due to advances in fetoplacental Doppler ...

In utero Measurement of Heart Rate in Mouse by Noninvasive M-mode Echocardiography

Congenital heart disease (CHD) is the most frequent noninfectious cause of death at birth. The incidence of CHD ranges from 4 to 50/1,000 births (Disease and injury regional estimates, World Health Organization, 2004). Surgeries that often compromise the quality of life are required to correct heart defects, reminding us of the importance of finding the causes of CHD. Mutant mouse models and live imaging technology have become essential tools to study the etiology of this disease. Although advanced methods allow live imaging of abnormal hearts in embryos, the physiological and hemodynamic states of the latter are often compromised due to surgical and/or lengthy procedures. Noninvasive ultrasound imaging, however, can be used without surgically exposing the embryos, thereby maintaining their physiology. Herein, we use simple M-mode ultrasound to assess heart rates of embryos at E18.5 in utero. The detection of abnormal heart rates is indeed a good indicator of dysfunction of the heart and thus constitutes a first step in the identification of developmental defects that may lead to heart failure.

In utero Measurement of Heart Rate in Mouse by Noninvasive M-mode Echocardiography

Ultra-high frequency ultrasound is a powerful live imaging tool to examine cardiac abnormalities in small animals. Its noninvasiveness allows maintaining the physiologic state of embryos. Herein, we show the use of M-mode ultrasound to measure the heart rates of embryos at E18.5 in utero.

비 침습 M-모드 초음파 심장 검진 법에 의한 마우스의 심장 박동의 자궁 측정

Congenital heart disease (CHD) is the most frequent noninfectious cause of death at birth. The incidence of CHD ranges from 4 to 50/1,000 births (Disease ...

High Frequency Ultrasound for the Analysis of Fetal and Placental Development In Vivo

Ultrasound imaging is a widespread method used to detect organ anomalies and tumors in human and animal tissues. The method is non-invasive, harmless, and painless, and the application is easy, fast, and can be done anywhere, even with mobile devices. During pregnancy, ultrasound imaging is standardly used to closely monitor fetal development. The technique is important to assess intrauterine growth restriction (IUGR), a pregnancy complication with short- and long-term health consequences for both the mother and fetus. Understanding the process of IUGR is indispensable for developing effective therapeutic strategies. 
The ultrasound system used in this manuscript is an ultrasound device produced for the analysis of small animals and can be used in various research fields, including pregnancy research. Here we describe the usage of the system for in vivo analysis of fetuses from natural killer (NK) cell/mast cell (MC)-deficient mothers that give birth to growth-restricted pups. The protocol includes preparation of the system, handling of the mice before and during measurements, and the usage of the B-mode, color doppler mode, and pulse-wave doppler mode. Fetal size, placental size, and blood supply to the fetus were analyzed. We found reduced implantation sizes and smaller placentas in NK/MC-deficient mice from mid-gestation onwards. In addition, MC/NK-deficiency was associated with absent and reversed end diastolic flow in the fetal Arteria umbilicalis(UmA) and an elevated resistance index. The methods described in the protocol can easily be used for related and non-related research topics.

High Frequency Ultrasound for the Analysis of Fetal and Placental Development In Vivo

Here we describe the technique of high frequency ultrasound for in vivo analysis of fetuses in mice. This method allows the follow-up of fetuses and the analysis of placental parameters as well as maternal and fetal blood flow throughout pregnancy.

비보에 태아 및 태 반 개발의 분석에 대 한 높은 주파수 초음파

Ultrasound imaging is a widespread method used to detect organ anomalies and tumors in human and animal tissues. The method is non-invasive, harmless, and ...

Is My Mouse Pregnant? High-Frequency Ultrasound Assessment

The mouse is the mammalian animal model of choice for many human diseases and biological processes. Developmental biology often requires staged-pregnant mice to determine evolving processes at various timepoints. Moreover, optimal and efficient breeding of model mice requires an assessment of timed pregnancies. Most commonly, mice are mated overnight, and the presence of a vaginal plug is determined; however, the positive predictive value of this technique is suboptimal, and one needs to wait to know if the mouse is truly pregnant. High-resolution ultrasound biomicroscopy is an effective and efficient tool for imaging: 1) Whether a mouse is pregnant; 2) What gestational stage the mouse has reached; and 3) Whether there are intrauterine losses. In addition to the embryos and fetuses, the investigator must also recognize common artifacts in the abdominal cavity so as not to mistake these for a gravid uterus. This article provides a protocol for imaging along with illustrative examples.

High-resolution ultrasound can help streamline experiments requiring timed-pregnant mice by determining the state of pregnancy, gestational age, and pregnancy losses. Presented here is a protocol to illustrate methods to assess mouse pregnancies as well as potential pitfalls (image artifacts) that may mimic pregnancy.

내 마우스가 임신? 고주파 초음파 평가

The mouse is the mammalian animal model of choice for many human diseases and biological processes. Developmental biology often requires staged-pregnant ...

Ultrafast Doppler Ultrasound for Hepatic Microvasculature Analysis in Mice

Imaging and Quantification of the Hepatic Vasculature of Mice Using Ultrafast Doppler Ultrasound

Non-invasive in vivo imaging of the vasculature is a powerful tool for studying disease mechanisms in rodents. To achieve high sensitivity imaging of the microvasculature using Doppler ultrasound methods, imaging modalities employing the concept of ultrafast imaging are preferred. By increasing the frame rate of the ultrasound scanner to thousands of frames per second, it becomes possible to improve the sensitivity of the blood flow down to 2 mm/s and to obtain functional information about the microcirculation in comparison to a sensitivity of around 1 cm/s in conventional Doppler modes. While Ultrafast Doppler ultrasound (UFUS) imaging has become adopted in neuroscience, where it can capture brain activity through neurovascular coupling, it presents greater challenges when imaging the vasculature of abdominal organs due to larger motions linked to breathing. The liver, positioned anatomically under the diaphragm, is particularly susceptible to out-of-plane movement and oscillating respiratory motion. These artifacts not only adversely affect Doppler imaging but also complicate the anatomical analysis of vascular structures and the computation of vascular parameters. Here, we present a qualitative and quantitative imaging analysis of the hepatic vasculature in mice by UFUS. We identify major anatomical vascular structures and provide graphical illustrations of the hepatic macroscopical anatomy, comparing it to an in-depth anatomical assessment of the hepatic vasculature based on Doppler readouts. Additionally, we have developed a quantification protocol for robust measurements of hepatic blood volume of the microvasculature over time. To contemplate further research, qualitative vascular analysis provides a comprehensive overview and suggests a standardized terminology for researchers working with mouse models of liver disease. Furthermore, it offers the opportunity to apply ultrasound as a non-invasive complementary method to inspect hepatic vascular defects in vivo and measure functional microvascular alterations deep within the organ before unraveling blood vessel anomalies at the micron scale levels using ex vivo staining on tissue sections.

Ultrafast Doppler ultrasound (UFUS) with high spatial resolution (100 &#956;m) and sensitivity represents a suitable noninvasive imaging modality for obtaining a comprehensive qualitative overview of the hepatic vasculature. UFUS also facilitates quantitative measurements of the microvasculature, aiming to enhance our understanding of vascular disease mechanisms.

Non-invasive in vivo imaging of the vasculature is a powerful tool for studying disease mechanisms in rodents. To achieve high sensitivity imaging of the ...

High-frequency Ultrasound Imaging of the Abdominal Aorta

Source: Amelia R. Adelsperger, Evan H. Phillips, and <a href="https://www.jove.com/author/Craig+J._Goergen">Craig J. Goergen</a>, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana
High-frequency ultrasound systems are used to acquire high resolution images. Here, the use of a state-of-the-art system will be demonstrated to image the morphology and hemodynamics of small pulsatile arteries and veins found in mice and rats. Ultrasound is a relatively inexpensive, portable, and versatile method for the noninvasive assessment of vessels in humans as well as large and small animals. These are several key advantages that ultraound offers compared to other techniques, such as computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), and near-infrared fluorescence tomography (NIRF). CT requires ionizing radiation and MRI can be prohibitively expensive and even impractical in some scenarios. NIRF, on the other hand, is limited by the penetration depth of light required to excite the fluorescent contrast agents.
Ultrasound has limitations in terms of imaging depth; however, this may be overcome by sacrificing resolution and using a lower frequency transducer. Abdominal gas and excess body weight can severely diminish image quality. In the first case, the propagation of sound waves is limited, while in the latter case, they are attenuated by overlying tissues, such as fat and connective tissue. As a result, no contrast or faint contrast may be observed. Finally, ultrasound is a highly user-dependent technique, requiring the sonographer to be familiar with anatomy and to be able to work around issues, such as the appearance of imaging artifacts or acoustic interference.

High-frequency Ultrasound Imaging and Image Acquisition

복부 대동맥의 고주파 초음파 영상

Source: Amelia R. Adelsperger, Evan H. Phillips, and Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, 
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