אולטראסאונד מבוסס הערכה מהירה גל דופק של עכברים
Summary
קשיות עורקים מהוות גורם מפתח מהיר גל מחלה ודופק לב וכלי דם (PWV) יכול להיחשב כמדד פונדקאי עבור קשיות עורקות. פרוטוקול זה מתאר אלגוריתם עיבוד תמונה לחישוב PWV בעכברים מבוססים על עיבוד תמונת אולטרסאונד כי הוא ישים באתרים עורקים שונים.
Abstract
ניתן להעריך קשיות העורקים על ידי חישוב מהיר גל דופק (PWV), כלומר, המהירות שבה הגל הדופק נוסע בתוך כלי צינור. פרמטר זה נחקר ויותר במודלים של מכרסמים קטנים שבם הוא משמש להערכת שינויים בתפקוד כלי דם הקשורים גנוטיפים מסוימים / טיפולים או לאפיון התקדמות מחלות לב וכלי דם. פרוטוקול זה מתאר אלגוריתם עיבוד תמונה אשר מוביל מדידת PWV עורקי פולשני בעכברים באמצעות תמונות אולטרסאונד (US) בלבד. הטכניקה המוצעת נעשה שימוש כדי להעריך PWV אבי העורקים בבטן בעכברים ולהעריך שינויים גיל-הקשורים אליו.
סריקות ארה"ב אבי עורקים בבטן מתקבלות מעכברים בהרדמת גזים באמצעות מכשיר מסוים בארה"ב מצויד בדיקות US בתדירות גבוהה. B-mode ו דופלר-הגל דופק (PW-דופלר) תמונות מנותחות על מנת לקבל בקוטר מתכוון מהירויות ערכים מיידיים, בהתאמה. לשם כך, מעקב טכניקות קונטור איתור קצה מועסקים. הסינגל-הפעימה אומרת גל קוטר ומהירות שמתאים זמן בשילוב כדי להשיג את המהירות-הקוטר (Lnd-V) לולאה. ערכי PWV מתקבלים שיפוע החלק הליניארי של הלולאה, אשר תואמת את השלב הסיסטולי מוקדם.
עם הגישה הנוכחית, אנטומי ומידע לגבי תפקודו העכבר אבי העורקים בבטן יכולה להיות מושגת הלא פולשני. דרישה בעיבוד תמונות ארה"ב בלבד, יתכן שהדבר מעיד כלי שימושי לאפיון לא פולשנית של אתרי עורקים שונים העכבר במונחים של תכונות אלסטיות. היישום של הטכניקה הנוכחית ניתן להרחיב בקלות למחוזות וסקולרית אחרים, כגון עורק התרדמה, ובכך לספק את האפשרות לקבל הערכת קשיות עורקים רב באתר.
Introduction
מודלים עכבר מועסקים ויותר לחקירה למחלות לב וכלי דם (CVD) ומשמש בעיקר מחקרים ארוכי טווח המאפשרים אפיון של השלבים השונים של התפתחות המחלה 1. תכונות אלסטיות של עורקים גדולים קשורות במצבים פתולוגיים שונים; מנקודת מבט טכנית, ניתן להעריך קשיות העורקים על ידי מהירות גל הדופק מדידה (PWV), המייצג את המהירות שבה גל הדופק נוסע צינור כלי 2. בגלל המשמעות הקלינית שלה, היא נמדדת ויותר אפילו 3 במודלים של בעלי חיים קטנים פרה-קליניים.
טכניקות שונות זמינות להערכת PWV בעכברים. גישות פולשנית מבוססות על השימוש מתמר ללחץ קטטר-קצה. PWV נבחנת באמצעות רכישת אותות הלחץ בשני אתרים עורקים שונים חלוקת המרחק בין שני של המדידהites ידי שינוי הזמן בין אותות 4. החסרון העיקרי הקשורים אלו סוגים של טכניקות הוא שהם דורשים קורבן חיה להערכת המרחק בין שני האתרים מדידים, ולכן לא ניתן להשתמש מחקרים ארוכים טווח. כדי להתגבר על מגבלה זו, גישות לא פולשנית, המבוססת על שיטות הדמיה שונות, פותחו. המחקרים קודמים דיווחו ערכות PWV בעכברים מתקבלות על ידי יישום שיטת זמן המעבר על נתוני הדמיה בתהודה מגנטית בקידוד מהירות 5 אותות פעמו-דופלר 6. עם זאת, ערך PWV שהושג עם שיטות אלה היא ערכה אזורית של קשיות עורקות. למעשה, היא מייצגת ערך ממוצע, והיוותה עורקים שונים מבחינת גודל ומאפיינים אלסטית. בנוסף, אלו סוגים של הערכות דורשים הערכת המרחק בין שני האתרים מדידים המהווה מקור לטעויות שיכולים INFluence את התוצאה הסופית.
PWV ניתן להעריך באמצעות מהירות קוטר (Lnd-V) לולאה 7. שיטה זו מבוססת על ההערכה סימולטני של ערכי מהירות קוטר וזרימה בתוך כלי שנבחר. על פי גישה זו, הלולאה-V Lnd מתקבלת על ידי ערכי קוטר לוגריתם טבעי זוממים vs מתכוונת ערכי מהירות PWV מוערך על ידי חישוב שיפוע החלק הליניארי של לולאת השיג המתאימה השלב הסיסטולי מוקדם. באשר ליישום המעשי של שיטה זו, עבודות קודמות כבר דיווחו על תוצאות על יישומו מערכת הגדרה במבחנת 7 והשימוש בו להערכה הן הקרוטיד PWV ירך בבני האדם 8.
המטרה העיקרית של המחקר הנוכחי היא לספק תיאור מפורט של אלגוריתם עיבוד תמונה המספק מדידת PWV עורקי פולשני בעכברים באמצעות Uתמונות S בלבד. הגישה המוצעת מאפשרת הערכה של קשיות העורקים המקומית באמצעות עיבוד של שני B-mode ו פעמו-Wave דופלר (PW-דופלר) תמונות יכול להיות מיושם על העורקים בעל חשיבות עליונה, כגון אבי העורקים בבטן.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, אלגוריתם עיבוד תמונה המבוסס על לולאת Lnd-V להערכת PWV בעכברים תואר בפירוט. הגישה המוצעת מבוססת על עיבוד תמונות ארה"ב בלבד, ולכן יכולים לייצג אלטרנטיבה חוקית לטכניקות קיימות 6, 13 להערכת קשיות העורקים במודלים של עכברים. למעשה, לע?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אף אחד.
Materials
| VEVO2100 | FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canada | micro-ultrasound equipment | |
| MS250 Ultrasound Probe | FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canada | micro-ultrasound probe | |
| EKV Software | FUJIFILM VisualSonics Inc, Toronto, Canada | Software | |
| Matlab R2015a | MathWorks Inc, Natick, MA, USA | Software | |
| Conductive Paste | Chosen by the operator | Laboratory material | |
| Petroleum Jelly | Chosen by the operator | Laboratory material | |
| Depilatory Cream | Chosen by the operator | Laboratory material | |
| Acoustic Coupling Gel | Chosen by the operator | Laboratory material | |
| Developed Matlab Software | The authors are willing to collaborate with those researchers who are interested in the software and to make the software available under their supervision |
Riferimenti
- Zaragoza, C., et al. Animal Models of Cardiovascular Diseases. J Biomed Biotechnol. 2011, 497-841 (2011).
- Laurent, S., et al. Expert consensus document on arterial stiffness: methodological issues and clinical applications. Eur Heart J. 27, 2588-2605 (2006).
- Wang, Y. X., et al. Increased aortic stiffness assessed by pulse wave velocity in apolipoprotein E-deficient mice. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 278, 428-434 (2000).
- Mitchell, G. F., Pfeffer, M. A., Finn, P. V., Pfeffer, J. M. Comparison of techniques for measuring pulse-wave velocity in the rat. J Appl Physiol. 82 (1), 203-210 (1997).
- Parczyk, M., Herold, V., Klug, G., Bauer, W. R., Rommel, E., Jakob, P. M. Regional in vivo transit time measurements of aortic pulse wave velocity in mice with high-field CMR at 17.6 Tesla. J Cardiovasc Magn Reson. 12, 72 (2010).
- Hartley, C. J., Taffet, G. E., Michael, L. H., Pham, T. T., Entman, M. L. Noninvasive determination of pulse-wave velocity in mice. Am J Physiol. 273 (1), 494-500 (1997).
- Feng, J., Khir, A. W. Determination of wave speed and wave separation in the arteries using diameter and velocity. J Biomech. 43 (3), 455-462 (2010).
- Borlotti, A., Khir, A. W., Rietzschel, E. R., De Buyzere, M. L., Vermeersch, S., Segers, P. Noninvasive determination of local pulse wave velocity and wave intensity: changes with age and gender in the carotid and femoral arteries of healthy human. J Appl Physiol. 113 (5), 727-735 (2012).
- Chérin, E., et al. Ultrahigh frame rate retrospective ultrasound microimaging and blood flow visualization in mice in vivo. Ultrasound Med Biol. 32 (5), 683-691 (2006).
- Gemignani, V., Faita, F., Ghiadoni, L., Poggianti, E., Demi, M. A system for real-time measurement of the brachial artery diameter in B-mode ultrasound images. IEEE Trans Med Imaging. 26 (3), 393-404 (2006).
- Di Lascio, N., Stea, F., Kusmic, C., Sicari, R., Faita, F. Non-invasive assessment of pulse wave velocity in mice by means of ultrasound images. Atherosclerosis. 237 (1), 31-37 (2014).
- Nichols, W. W., O’Rourke, M. F. . McDonald’s Blood Flow in Arteries: Theoretical, Experimental, and Clinical Principles. , 215-358 (1998).
- Williams, R., et al. Noninvasive ultrasonic measurement of regional and local pulse wave velocity in mice. Ultrasound Med Biol. 33 (9), 1368-1375 (2007).
- Penny, D. J., et al. Aortic wave intensity of ventricular-vascular interaction during incremental dobutamine infusion in adult sheep. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 294, 481-489 (2008).
- Segers, P., et al. 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. Physiol Meas. 35 (5), 847-861 (2014).
