Ultralyd-baserede Pulse Wave Velocity Evaluering i mus
Summary
Arteriel stivhed er en nøglefaktor i hjertekarsygdomme og Pulsbølgehastigheden (PWV) kan betragtes som et surrogat indeks for arteriel stivhed. Denne protokol beskriver en billedbehandling algoritme til beregning PWV i mus baseret på ultralyd billedbehandling, der er gældende på forskellige arterielle sites.
Abstract
Arteriel stivhed kan vurderes ved at beregne Pulsbølgehastigheden (PWV), dvs. den hastighed, hvormed pulsbølgen rejser i en ledning fartøj. Denne parameter i stigende grad undersøgt i små gnaver modeller, hvor det bruges til at vurdere ændringer i vaskulær funktion relateret til bestemte genotyper / behandlinger eller til karakterisering hjertekarsygdomme progression. Denne protokol beskriver et billedbehandlingssystem algoritme, der fører til ikke-invasiv arteriel PWV måling i mus kun bruger ultralyd (US) billeder. Den foreslåede teknik er blevet anvendt til at vurdere abdominale aorta PWV i mus og evaluere sine aldersbetingede ændringer,.
Abdominal aorta Amerikanske scanninger opnås fra mus under gasformig anæstesi ved hjælp af en bestemt amerikansk enhed udstyret med højfrekvente amerikanske sonder. B-mode og Pulse-Wave Doppler (PW-Doppler) billeder analyseres for at opnå diameter og betyder velocity øjeblikkelige værdier henholdsvis. Til dette formål er kant afsløring og kontur sporing teknikker anvendt. Den fælles-slag middeldiameter og hastigheds bølgeformer er tidsjusteret og kombineret for at opnå diameteren-hastighed (LND-V) sløjfe. PWV værdier opnået fra hældningen af den lineære del af sløjfen, som svarer til den tidlige systoliske fase.
Med den foreliggende fremgangsmåde, anatomisk og funktionel information om musen abdominale aorta kan være ikke-invasivt opnået. Krav om behandlingen af amerikanske kun billeder, kan det udgøre et nyttigt redskab for den ikke-invasiv karakterisering af forskellige arterielle steder i musen i form af elastiske egenskaber. Anvendelsen af den foreliggende teknik kan let udvides til andre vaskulære distrikter, såsom halspulsåren, hvilket giver mulighed for at få en multi-site arteriel stivhed vurdering.
Introduction
Musemodeller er i stigende grad anvendt til undersøgelse af hjerte-kar-sygdom (CVD) og især anvendt i longitudinelle studier, der tillader karakterisering af forskellige faser af sygdommen udvikling 1. Elastiske egenskaber af store arterier er relateret til forskellige patologiske tilstande; fra et teknisk synspunkt, kan arteriel stivhed vurderes ved at måle puls bølge hastighed (PWV), som repræsenterer den hastighed, hvormed den puls bølge rejser i en kanal beholder 2. På grund af sin kliniske signifikans, er det i stigende grad måles selv i prækliniske små dyremodeller 3.
Forskellige teknikker er tilgængelige til at vurdere PWV i mus. Invasive metoder er baseret på anvendelsen af kateter-tip tryktransducere. PWV vurderes ved at erhverve tryksignaler ved to forskellige arterielle steder og dividere afstanden mellem de to målinger sites ved tidsforskydningen mellem signalerne 4. Den største ulempe forbundet med disse typer af teknikker er, at de kræver dyreoffer for evalueringen af afstanden mellem de to målesteder og således ikke kan anvendes i longitudinelle studier. For at overvinde denne begrænsning, ikke-invasive metoder, baseret på forskellige billeddannelsesteknikker, er blevet udviklet. Tidligere undersøgelser har rapporteret PWV vurderinger i mus opnået ved at anvende transittiden metode på velocity-kodet magnetisk resonans data 5 og Pulserende-Doppler-signaler 6. Imidlertid PWV værdi opnået med disse metoder er en regional evaluering af arteriel stivhed. Faktisk repræsenterer en gennemsnitsværdi, der tegner sig for forskellige arterier med hensyn til størrelse og elastiske egenskaber. Desuden er disse typer af evalueringer kræve, at vurderingen af afstanden mellem de to målinger lokaliteter, som er en kilde til fejl, som kunne influence det endelige resultat.
PWV kan vurderes ved hjælp af diameteren-hastighed (LND-V) loop 7. Denne metode er baseret på den samtidige vurdering af værdier diameter og strømningshastighed i en udvalgt beholder. Ifølge denne fremgangsmåde er LND-V loop opnået ved afbildning værdier diameter naturlige logaritme vs betyde hastighedsværdier og PWV estimeres ved at beregne hældningen af den lineære del af den opnåede sløjfe svarende til den tidlige systoliske fase. Med hensyn til den praktiske gennemførelse af denne metode, har tidligere værker allerede rapporteret resultater om dens anvendelse i en in vitro set-up system 7 og dets anvendelse til vurdering af både carotis og femoralis PWV hos mennesker 8.
Hovedformålet med denne undersøgelse er at give en detaljeret beskrivelse af et billede algoritme, der giver en ikke-invasiv arteriel PWV måling i mus ved hjælp af US billeder kun. Den foreslåede fremgangsmåde tillader evaluering af lokal arteriel stivhed ved hjælp af behandling af både B-mode og Pulsed-Wave Doppler (PW-Doppler) billeder og kan anvendes på arterier af central betydning, såsom den abdominale aorta.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne undersøgelse har et billedbehandlingssystem algoritme baseret på LND-V loop for PWV vurdering i mus blevet beskrevet i detaljer. Den foreslåede tilgang er baseret på behandling af de amerikanske kun billeder og dermed kunne udgøre et gyldigt alternativ til eksisterende teknikker 6, 13 til evaluering af arteriel stivhed i musemodeller. Faktisk omvendt til invasive metoder 6 som er baseret på erhvervelse af intra-arterielle tr…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ingen.
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).
