Anatomiske rekonstruksjoner av Human Cardiac venøse systemet ved hjelp av kontrast-computertomografi av Perfusjons-fast Prøver

Summary

Målet med denne forskningen er å gjenskape og deretter få tilgang til anatomien i menneskets hjerte venøse systemet ved hjelp av 3D rekonstruksjoner generert fra kontrast-computertomografi skanninger.

Abstract

En detaljert forståelse av kompleksiteten og relative variasjonen i menneskets hjerte venøse systemet er avgjørende for utvikling av hjerte-enheter som krever tilgang til disse fartøyene. For eksempel er kardial venøs anatomi kjent for å være en av de viktigste begrensninger for korrekt levering av kardial resynkroniseringsbehandling (CRT) ^en Derfor kan utviklingen av en database med anatomiske parametere for humant hjerte venøse systemer hjelpe til utformingen av CRT levering enheter for å overvinne en slik begrensning. I dette forskningsprosjektet, ble de anatomiske parametre hentet fra 3D rekonstruksjoner av den venøse systemet ved hjelp av kontrast-computertomografi (CT) bildebehandling og modellering programvare (Materialise, Leuven, Belgia). Følgende parametre ble vurdert for hver vein: buelengde, tortuousity, forgrening vinkel, avstand til koronar sinus ostium, og fartøy diameter.

CRT er en potensiell behandling for patientene med elektromekanisk dyssynchrony. Omtrent 10-20% av pasienter med hjertesvikt kan ha nytte av CRT ^to. Elektromekanisk dyssynchrony innebærer at deler av hjertemuskelen aktivere og kontrakt tidligere eller senere enn normal conduction veien til hjertet. I CRT, blir dyssynchronous områder av myokard behandlet med elektrisk stimulering. CRT pacing innebærer vanligvis pacing fører som stimulerer høyre atrium (RA), høyre ventrikkel (RV), og venstre ventrikkel (LV) til å produsere mer synkronisert rytmer. LV bly implanteres vanligvis innen en hjertestans vene, med sikte på å kle det i stedet for siste hjerteinfarkt aktivering.

Vi tror at modellene innhentet og analysene av disse vil fremme anatomiske utdanning for pasienter, studenter, klinikere og medisinsk utstyr designere. De metoder som anvendes her, kan også benyttes for å studere andre anatomiske trekk ved vår menneskehjerteklaffer prøver, for eksempelkoronararteriene. For ytterligere å stimulere den pedagogiske verdien av denne forskningen, har vi delt de venøse modeller på vår gratis tilgang nettside: www.vhlab.umn.edu / atlas .

Protocol

Prosedyre

Tabell 1 oppsummerer de materialene som brukes under prosessen. Figur 1 gir en oversikt over prosessen.

1. Prøven og Scan Forberedelse

1. Skaff isolerte menneskenes hjerter friske og senere perfusjon fikse dem i 10% bufret formalin i sin endediastolisk tilstand.
2. Skyll hjertene som skal skannes i vann dagen før skanning for å fjerne det meste av formalin.
3. Før du drar til skanneren, cannulate koronar sinus (CS) vene innenfor hvert hjerte med en venogram ballong kateter. Få tilgang til CS gjennom enten den overlegne eller underlegne vena cava under direkte visualisering eller bruk av videoscopes.
4. Når på plass, blåse opp ballongen av denne venogram kateter for å forankre kateter i CS.
5. Plasser hvert hjerte i en lukkbar polymer beholder på toppen av en svamp som har blitt utformet slik athjertet kan sitte i sin attitudinally anatomisk korrekte posisjon.

2. CT Skanner

1. Plasser en gitt hjerte på CT skanneren som om en pasient lå liggende og hodet først på skanneren.
2. Koble den proksimale enden av kateteret venogram til en injektor som inneholder to injeksjonssprøyter: en for kontrast og en for saltvann.
3. Automatisk injisere 40 ml kontrast til den kardiale venøse system ved 5 ml / sek.
4. CT skanner hjertet 8 sek etter kontrast injeksjon er igangsatt. Sett CT scan til 512 x 512 pikslers oppløsning med 0,6 mm skive tykkelse.
5. Automatisk injisere 40 ml saltvann inn den kardiale venøse system ved 5 ml / sek for å spyle ut kontrasten.
6. Eksportere CT DICOM-bilder på en ekstern harddisk.

3. Gjenoppbygging og måling

1. Last CT DICOM bilder til Etterligner Software.
2. Generere en maske for CT images som bare inneholder piksler med høy Hounsfield enheter for å markere bare kontrasten til stede i hjertet.
3. Fjern kontrast som har lekket inn i kamrene eller diffunderte til vev slik at masken kun inneholder kontrasten mellom de større kardiale årer.
4. Manuelt fylle luftlommer innenfor en gitt vene bilde for bilde.
5. Generere et 3D-objekt fra den resulterende maske.
6. Glatt og pakk dette objektet for å fjerne grove geometrier. Video 1 viser en av disse 3D-modeller roterer i rommet.
7. Generere midtlinjer for hver opprettet 3D-modell.
8. Ved hjelp av disse midtlinjer, måle buelengde, forgrening vinkel, tortuousity (buelengde / luftlinje), og diameter for hver større fartøy i hvert hjerte. Vår anvendes anatomisk nomenklaturen vises i figur 2..

Representative Results

Tabell 2 viser median anatomiske parametre for de store kardiale årer for 42 menneskelige hjerte prøver. Alle hjerte prøvene inneholdt en posterior interventricular blodåre (PIV) og anterior interventricular blodåre (AIV). Noen prøver inneholdt mer enn en posterior åre av LV (PVLV), postero-lateral vene (PLV), venstre lateral vene (LLV), og / eller Antero-lateral vene (ALV), mens andre hjerter ikke kan ha hatt ett eller to av disse spesifikke årer stede.

Materialer som er brukt

Perfusjon-fast menneskenes hjerter

Venogram ballongkatetere

Polymer lukket beholder

Anatomisk korrekt hjerte svamp

CT-skanner og programvare

Kontrast og Saline Injector

Contrast (Omnipaque)

Etterligner Programvare

Tabell 1. Oppsummering av materialene som brukes i fremlagt metodikk.

Figur 1. Metoder Sammendrag. (A) den koronare sinus av en gitt isolert perfusjon-fast hjerte ble kanylert med et venogram ballongkateter og (B) plassert i sin attitudinally riktig stilling. (C) Prøven blir skannet mens derimot blir injisert inn i den kardiale venøs system etterfulgt av en saltvannsskylling. (D) De genererte bildene brukes for å lage digitale rekonstruksjoner av årer, slik at etterfølgende målinger kan tas.

Video 1. Et eksempel på en 3D-kardial venøs model generert fra kontrast-computertomografi CT. Klikk her for å se video.

Figur 2. Nomenklaturen av de store fartøyer av kardial venøse system.

Tabell 2. Oppsummering av målingene innhentet hittil for 42 menneskelige hjerte prøver. Klikk her for å se større tabell .

Discussion

Vårt laboratorium er å utvikle et bibliotek av perfusjon-faste hjerte prøver for ulike anatomiske undersøkelser. Til dags dato har vi over 240 bevarte eksemplarer. De spesifikke metoder vi har brukt for å forberede disse prøvene har blitt beskrevet tidligere ^tre. Foreliggende studie beskriver en ny metode for kartlegging av humane hjerte venøse system, og for utvikling av en anatomisk database, som kunne brukes for utforming av hjerteenheter anvendes innenfor fartøyene.

Tidligere studier har brukt magnetisk resonans (MR) ⁴ og CT ^5-12 bildebehandling på levende pasienter for å vurdere anatomi av hjertets venøse systemet. Den største fordelen med vår studie er at det er ingen fare å leve pasienter på grunn av kontrast injeksjon og stråling ^13-14. Vi er også i stand til å analysere en stor database av prøver, alle fremstilt på lignende måte. Disse prøvene kan skannes på nytt ved additional bildene er nødvendig. De anatomiske parametrene oppnådd fra denne metoden i tabell 2 har generelt vært større enn det som er presentert i den in vivo studier. Vi tror dette er fordi de statiske rekonstruksjoner som presenteres her er perfusjon-fiksert i sin ende-diastolisk form og bør representere et øyeblikksbilde av venene når hjertet er på dette stadiet av hjertets syklus (dvs. maksimal dimensjoner).

Det bør bemerkes at det er flere svakheter ved undersøkelsen er presentert her. I noen av de eldre menneskehjerteklaffer prøvene var ventriklene noe kollapset under avbildingsprosessen, noe som kan påvirke noen av de resulterende modeller. For å møte denne begrensningen, er vi for tiden med å geling ventrikkelen kamre for å sikre hjertet opprettholder sin ende diastolisk (utvidet) form. En annen begrensning i studien er at modellen generasjon og senere målinger innhentet kan være user-avhengig. Vi have prøvde å minimere denne begrensningen ved å ha en etterforsker sjekke hver generert modell. Bruker-avhengighet av modellene vil bli nærmere vurdert ved å sammenligne modeller av samme hjerte laget av forskjellige brukere. Til slutt, varierer hvor mye kontrast som sprer i prøven vev i løpet av disse statiske CT-skanning fra hjerte til hjerte. Derfor kan noen av de variasjonene vi observerer i denne databasen være variasjoner i vevet diffusjon, ikke virkelig variasjoner i venøs anatomi. Til tross for disse begrensningene, de genererte 3D-modeller gir nyttig informasjon om det menneskelige hjerte venøse system i ulike pasientgrupper. Vi vil fortsette å utvide og dele vår romanen database av disse modellene og deres tilhørende anatomiske målinger som vi mottar flere eksemplarer.