Ultrasound-gebaseerde Pulse Wave Velocity Evaluatie in Muizen
Summary
Arteriële stijfheid is een belangrijke factor bij hart-en vaatziekten en pulsgolfsnelheid (PWV) kan als een surrogaat index voor arteriële stijfheid worden beschouwd. Dit protocol beschrijft een beeld processing algoritme voor het berekenen van PWV in muizen op basis van echografie beeldverwerking die van toepassing zijn op verschillende arteriële sites is.
Abstract
Arteriële stijfheid kan worden geëvalueerd door het berekenen pulsgolfsnelheid (PWV), dat wil zeggen, de snelheid waarmee de pulsgolf reist in een leiding vat. Deze parameter wordt steeds onderzocht in kleine knaagdiermodellen waarin het wordt gebruikt voor het beoordelen van veranderingen in vasculaire functie van het specifieke genotypen / of behandelingen voor het karakteriseren van cardiovasculaire ziekte progressie. Dit protocol beschrijft een beeldverwerkingsalgoritme die leidt tot niet-invasieve arteriële PWV metingen bij muizen met alleen ultrasone (US) beelden. De voorgestelde techniek is gebruikt om abdominale aorta PWV beoordelen muizen en leeftijdsgebonden veranderingen te evalueren.
Abdominale aorta US scans verkregen uit muizen onder verdoving middels gasvormige specifieke US apparaat uitgerust met hoogfrequent US probes. B-modus en Pulse-Wave Doppler (PW-Doppler) beelden worden geanalyseerd om een diameter van respectievelijk verkrijgen en gemiddelde snelheid momentane waarden,. Daartoe worden randdetectie en bodemaanpassing technieken toegepast. De single-beat gemiddelde diameter en snelheid golfvormen tijdaangepaste en gecombineerd om het diameter velocity (lnD-V) loop te bereiken. PWV waarden worden verkregen uit de helling van het lineaire gedeelte van de lus, die overeenkomt met de vroege systolische fase.
Met deze benadering, anatomische en functionele informatie over de muis abdominale aorta niet invasief verwezenlijkt. Waarbij de verwerking van echografiebeelden alleen kan het een nuttig instrument voor de niet-invasieve karakterisatie van verschillende arteriële sites in de muis qua elastische eigenschappen vertegenwoordigen. De toepassing van de onderhavige techniek kan gemakkelijk worden uitgebreid tot andere vasculaire gebieden, zoals de halsslagader, waardoor de mogelijkheid om een multi-site arteriële stijfheid beoordeling te verkrijgen.
Introduction
Muizenmodellen steeds toegepast voor het onderzoeken van cardiovasculaire ziekte (CVD) en vooral gebruikt in longitudinale studies die de karakterisering van verschillende stadia van ziekteontwikkeling 1 mogelijk. Elastische eigenschappen van grote slagaders zijn aan andere ziekten lijden vanuit een technisch oogpunt, kan arteriële stijfheid worden beoordeeld door het meten polsgolfsnelheid (PWV), die de snelheid waarmee de puls golf reist in een leiding vat 2 vertegenwoordigt. Vanwege de klinische relevantie is het steeds gemeten zelfs in preklinische diermodellen kleine 3.
Verschillende technieken zijn beschikbaar voor het beoordelen PWV in muizen. Invasieve benaderingen zijn gebaseerd op het gebruik van katheter-tip drukopnemers. PWV wordt beoordeeld door het verwerven druksignalen op twee verschillende arteriële plaatsen en verdelen van de afstand tussen de twee meetgebieden sieten tegen de tijd verschuiving tussen de signalen 4. Het belangrijkste nadeel in verband met dergelijke technieken is dat zij offeren van dieren voor de beoordeling van de afstand tussen de twee meetpunten en dus kan niet worden gebruikt in longitudinale studies. Om deze beperking te overwinnen, niet-invasieve benaderingen, gebaseerd op verschillende beeldvormende technieken ontwikkeld. Eerdere studies hebben PWV evaluaties bij muizen verkregen met de transittijd methode en snelheid-gecodeerde magnetische resonantie beeldgegevens en 5 gepulste Doppler signalen 6 vermeld. Echter, de PWV waarde verkregen met deze methoden is een regionale evaluatie van de arteriële stijfheid. In feite, het vertegenwoordigt een gemiddelde waarde, goed voor verschillende slagaders in termen van omvang en elastische eigenschappen. Bovendien, dit soort van evaluaties vereist de beoordeling van de afstand tussen de twee metingen sites die een bron van fouten die kunnen influence het eindresultaat.
PWV kan worden beoordeeld aan de hand van de diameter-velocity (lnD-V) lus 7. Deze methode is gebaseerd op de gelijktijdige evaluatie diameter en stroomsnelheid waarden in een geselecteerd vat. Volgens deze benadering wordt de lnD V-lus verkregen door het uitzetten van de natuurlijke logaritme diameterwaarden vs gemiddelde snelheidswaarden en PWV wordt geschat door het berekenen van de helling van het lineaire gedeelte van de verkregen lus overeenkomt met de vroege systolische fase. Wat betreft de praktische toepassing van deze methode, hebben eerdere werken reeds gerapporteerde resultaten over de toepassing in een in vitro opzet systeem 7 en het gebruik ervan voor de beoordeling van zowel carotis femorale PWV bij mensen 8.
Het belangrijkste doel van deze studie is een gedetailleerde beschrijving van een beeld processing algoritme dat een niet-invasieve arteriële PWV metingen in muizen met U biedt biedenAlleen S beelden. De voorgestelde benadering maakt de evaluatie van de lokale arteriële stijfheid door middel van het verwerken van zowel B-modus en gepulste Doppler Wave (PW-Doppler) beelden en kunnen worden toegepast bij slagaderen van belang, zoals de abdominale aorta.
Protocol
Representative Results
Discussion
In deze studie heeft beeldverwerkingsalgoritme basis van de lnD V-lus voor PWV beoordeling in muizen is beschreven. De voorgestelde benadering is gebaseerd op de verwerking van echografiebeelden alleen en dus kan een alternatief voor de bestaande technieken 6, 13 voor de evaluatie van arteriële stijfheid in muismodellen vertegenwoordigen. In feite omgekeerd invasieve methoden 6 die gebaseerd zijn op het verkrijgen van intra-arteriële dr…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Geen.
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 |
Referências
- 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).
