Summary
El objetivo de esta investigación es la de recrear y luego acceder a la anatomía del sistema venoso cardíaco humano utilizando reconstrucciones 3D generados por las exploraciones con contraste de tomografía computarizada.
Abstract
Una comprensión detallada de la complejidad y variabilidad relativa dentro del sistema venoso cardíaco humano es crucial para el desarrollo de dispositivos cardiacos que requieren acceso a estos vasos. Por ejemplo, la anatomía venosa cardíaca es conocido por ser una de las limitaciones principales para la entrega apropiada de la terapia de resincronización cardiaca (CRT) 1 Por lo tanto, el desarrollo de una base de datos de parámetros anatómicos para sistemas venosos cardíacos humanos puede ayudar en el diseño de la administración de TRC dispositivos para superar esta limitación. En este proyecto de investigación, se obtuvieron los parámetros anatómicos de las reconstrucciones 3D del sistema venoso mediante tomografía computarizada con contraste (TC) y el software de modelado (Materialise, Lovaina, Bélgica). Los siguientes parámetros fueron evaluados para cada sentido: longitud de arco, tortuosidad, el ángulo de ramificación, distancia al ostium del seno coronario, y el diámetro de los vasos.
CRT es un tratamiento potencial para patipadres con asincronía electromecánica. Aproximadamente el 10-20% de los pacientes con insuficiencia cardíaca puede beneficiarse de la TRC 2. Asincronía electromecánica implica que las partes de la activación del miocardio y el contrato antes o después de la vía de conducción normal del corazón. En CRT, dyssynchronous áreas del miocardio son tratados con estimulación eléctrica. Marcapasos CRT suele implicar cables de estimulación que estimulan la aurícula derecha (AD), ventrículo derecho (VD) y ventrículo izquierdo (LV) para producir ritmos más vuelven a sincronizar. El cable de VI se implanta normalmente dentro de una vena cardíaca, con el objetivo de superponer dentro del sitio de la última activación del miocardio.
Creemos que los modelos obtenidos y el análisis de los mismos promoverán la formación anatómica de los pacientes, estudiantes, médicos, y los diseñadores de dispositivos médicos. Las metodologías empleadas aquí también pueden ser utilizados para estudiar otras características anatómicas de los especímenes de corazón humano, tales comolas arterias coronarias. Para fomentar aún más el valor educativo de esta investigación, hemos compartido los modelos venosas en nuestro sitio web de acceso libre: www.vhlab.umn.edu / atlas .
Protocol
Procedimiento
La Tabla 1 resume los materiales utilizados durante el proceso. Figura 1 ofrece una visión general del proceso.
1. Preparación de muestras y análisis
- Obtener los corazones aislados de humanos frescos y, posteriormente, la perfusión fijarlos en formalina tamponada al 10% en su estado final de la diástole.
- Enjuague los corazones que se exploró en agua el día antes de explorar con el fin de eliminar la mayoría de la formalina.
- Antes de dirigirse al escáner, canular el seno vena coronaria (CS) dentro de cada corazón con un catéter de balón venografía. Obtener acceso a la CS ya sea a través del superior o inferior de la vena cava bajo visualización directa o el uso de videoscopios.
- Una vez en su lugar, inflar el globo de este catéter venograma para anclar el catéter en el CS.
- Coloque cada corazón dentro de un contenedor de polímero sellable en la parte superior de una esponja que ha sido diseñado de manera queel corazón puede sentarse en su posición anatómica correcta attitudinally.
2. Tomografía computarizada
- Coloque un corazón dado en el escáner CT como si el paciente estaba acostado en posición supina y la cabeza por primera vez en el escáner.
- Conectar el extremo proximal del catéter venograma a un inyector que contiene dos jeringas de inyección: uno para el contraste y uno para la solución salina.
- Inyectar automáticamente 40 ml de contraste en el sistema venoso cardíaco en 5 ml / seg.
- CT scan del corazón 8 segundos después de que se inició la inyección de contraste. Establezca la tomografía computarizada para x 512 píxeles de resolución 512 con 0,6 mm de grosor de corte.
- Inyectar automáticamente 40 ml de solución salina en el sistema venoso cardíaco en 5 ml / seg para eliminar el contraste.
- Exportar las imágenes de TC DICOM en un disco duro externo.
3. Reconstrucción y Medidas
- Subir CT imágenes DICOM en Imita Software.
- Generar una máscara para la CT images que sólo contiene píxeles con unidades de alta Hounsfield para resaltar sólo el contraste presente en el corazón.
- Retire contraste que se ha filtrado en las cámaras o difunde en el tejido de manera que la máscara sólo contiene el contraste dentro de las grandes venas cardiacas.
- Llenar manualmente en bolsas de aire dentro de un marco vena dada por cuadro.
- Generar un objeto 3D de la máscara resultante.
- Suave y envolver el objeto de eliminar geometrías irregulares. Vídeo 1 presenta uno de estos modelos 3D que gira en el espacio.
- Generar líneas centrales de cada modelo 3D creado.
- El uso de estas centrales, mida la longitud del arco, ángulo de ramificación, tortuosidad (longitud de arco / distancia lineal) y diámetros para cada vaso principal en cada corazón. Nuestra nomenclatura anatómica empleado se muestra en la Figura 2.
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Representative Results
La Tabla 2 presenta los parámetros anatómicos mediana para los principales venas cardiacas para 42 muestras de corazón humano. Todas las muestras contenían corazón una vena interventricular posterior (PIV) y la vena interventricular anterior (VIA). Algunas muestras contenían más de una vena posterior del (PVLV), vena LV postero-lateral (PLV), vena lateral izquierdo (LLV), y / o vena antero-lateral (ALV), mientras que otros corazones no han tenido uno o dos de estas vetas específicas presentes.
| Materiales utilizados |
| Perfusión fijos Corazones Humanos |
| Catéteres globo venograma |
| Polímero recipiente hermético |
| Esponja corazón anatómico correcto |
| CT escáner y el software |
| Contraste y Saline Inyector |
| Contraste (omnipaque) |
| Imita Software |
Tabla 1. Resumen de los materiales utilizados en la metodología que se presenta.
Figura 1. Resumen de Métodos. (A) El seno coronario de un corazón aislado de la perfusión-fijo establecido se canuló con un catéter de balón venograma y (B) colocado en su posición correcta attitudinally. (C) La muestra se escanea mientras contraste se inyecta en el venosa cardíaca sistema seguido por un enjuague de solución salina. (D) Las imágenes generadas se usan para crear reconstrucciones digitales de las venas de modo que las mediciones posteriores podrán ser tomadas.
Video 1. Un ejemplo de un cardiaco venosa m 3Dodelo generada a partir de contraste computarizada CT. Haz clic aquí para ver el video.
Figura 2. Nomenclatura de los principales vasos del sistema venoso cardíaco.
Tabla 2. Resumen de las medidas obtenidas hasta la fecha por 42 ejemplares del corazón humano. Haga clic aquí para ver la tabla más grande .
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Discussion
Nuestro laboratorio está desarrollando una biblioteca de perfusión fijos especímenes de corazón para diversas investigaciones anatómicas. Hasta la fecha, contamos con más de 240 especímenes conservados. Los métodos específicos que hemos usado para preparar estos especímenes se han descrito anteriormente 3. El presente estudio describe una nueva metodología para el mapeo del sistema venoso cardíaco humana y para el desarrollo de una base de datos anatómica, que podría ser utilizado para el diseño de dispositivos cardiacos empleados dentro de los vasos.
Estudios anteriores han utilizado resonancia magnética (MR) 4 y CT 5-12 formación de imágenes en pacientes en vivo para evaluar la anatomías del sistema venoso cardíaco. La principal ventaja de nuestro estudio es que no hay peligro de vivir los pacientes debido a la inyección de contraste y la exposición a la radiación 13-14. También estamos en condiciones de analizar una gran base de datos de las muestras, todo preparado de una manera similar. Estas muestras pueden ser analizados de nuevo si additionase requieren imágenes l. Los parámetros anatómicos obtenidos a partir de este método en la Tabla 2 han sido en general mayor que los presentados en los estudios in vivo. Creemos que esto es debido a que las reconstrucciones estáticos presentados aquí son la perfusión de la fijada en su forma final de la diástole y deben representan una instantánea de las venas cuando el corazón está en esta etapa del ciclo cardíaco (es decir, las dimensiones máximas).
Cabe señalar que hay varias limitaciones del estudio que aquí se presenta. En algunos de nuestros más viejos especímenes corazón humano, los ventrículos se derrumbaron un poco durante el proceso de formación de imágenes, que pueden afectar a algunos de los modelos resultantes. Para solucionar esta limitación, actualmente estamos estudiando la gelificación de las cámaras ventriculares para asegurar el corazón mantiene su forma final diastólica (dilatadas). Otra limitación del estudio es que la generación de modelos y medidas posteriores obtenidos pueden ser dependientes del usuario. Have intentó minimizar esta limitación por tener uno de los investigadores comprobar cada modelo generado. Usuario dependencia de los modelos se evaluó mediante la comparación de los modelos más de lo mismo corazón creado por diferentes usuarios. Por último, la cantidad de contraste que se difunde en el tejido muestra durante estas exploraciones CT estáticas varía de corazón a corazón. Por lo tanto, algunas de las variaciones que observamos en esta base de datos puede haber variaciones en la difusión del tejido, no es realmente variaciones en la anatomía venosa. A pesar de estas limitaciones, los modelos 3D generados proporcionan información útil sobre el sistema venoso cardíaco humano, en diferentes poblaciones de pacientes. Vamos a seguir ampliando y compartir nuestra nueva base de datos de estos modelos y sus mediciones anatómicas asociadas como recibamos ejemplares adicionales.
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Disclosures
No hay conflictos de interés declarado.
Acknowledgments
Nos gustaría agradecer Dionna Gamble, Allison Larson y Katia Torres para obtener ayuda con la generación de modelos y medidas, Monica mahre de asistencia manuscrito, Gary Williams para la asistencia técnica, Jerrald Spencer Jr. para obtener ayuda con las cifras y las imágenes de los servicios de Fairview en el Universidad de Minnesota.
Se ha recibido financiación del Instituto de Ingeniería en Medicina (Universidad de Minnesota) y en parte de un contrato de investigación con Medtronic Inc.
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