Ultralyd-basert Pulse Wave Velocity evaluering i Mus
Summary
Arteriell stivhet er en nøkkelfaktor i hjerte-og karsykdommer og puls bølgehastighet (PWV) kan betraktes som et surrogat indeks for arteriell stivhet. Denne protokollen beskriver et bildebehandlings algoritme for beregning PWV hos mus basert på ultralyd bildebehandling som gjelder på ulike arterielle nettsteder.
Abstract
Arteriell stivhet kan evalueres ved å beregne pulsbølgehastighet (PWV), dvs. den hastighet med hvilken puls bølgen i en ledning kar. Denne parameteren blir stadig undersøkt i små gnagermodeller hvor det er brukt for å vurdere endringer i vaskulær funksjon knyttet til bestemte genotyper / behandlinger eller for å karakterkardiovaskulær sykdom progresjon. Denne protokollen beskriver et bildebehandlings algoritme som fører til ikke-invasiv arteriell PWV måling i mus ved hjelp av ultralyd (US) bilder bare. Den foreslåtte teknikk som har blitt brukt for å vurdere abdominal aorta PWV i mus og evaluere dets alder-assosiert endringer.
Bukaorta amerikanske skanninger er hentet fra mus i henhold til gassanestesi ved hjelp av en bestemt amerikanske enheter utstyrt med høyfrekvente amerikanske sonder. B-mode og Pulse Wave-Doppler (PW-doppler) bildene ble analysert for å oppnå diameter og midlere hastighet momentane verdier, henhold. For dette formålet, er kantdeteksjon og kontur sporing teknikker ansatt. Enkelt-beat midlere diameter og hastighetsbølgeformer er innrettet tid og kombinert for å oppnå den diameter-hastighet (LND-V) sløyfe. PWV-verdier oppnås fra helningen av den lineære delen av sløyfen, som tilsvarer den tidlige systoliske fasen.
Med den foreliggende løsning, anatomisk og funksjonell informasjon om musen abdominale aorta kan være en ikke-invasiv oppnådd. Krever behandlingen av amerikanske kun bilder, kan det representere et nyttig verktøy for ikke-invasiv karakterisering av forskjellige arterielle steder i mus i form av elastiske egenskaper. Anvendelsen av den foreliggende teknikk kan lett utvides til andre vaskulære distrikter, slik som arteria carotis, og dermed gi mulighet for å oppnå en multi-site arteriell stivhet vurdering.
Introduction
Musemodeller er i økende grad anvendt for undersøkelse av kardiovaskulær sykdom (CVD) og spesielt anvendt i longitudinelle studier som tillater karakterisering av ulike faser av sykdomsutviklingen 1. Elastiske egenskaper av store arterier er relatert til forskjellige patologiske tilstander; fra et teknisk synspunkt, kan arteriell stivhet bli vurdert ved å måle pulsbølgehastighet (PWV), som representerer den hastighet med hvilken puls bølgen i en rørledning kar 2. På grunn av sin kliniske betydning, er det stadig måles selv i prekliniske små dyremodeller 3.
Forskjellige teknikker er tilgjengelige for å vurdere PWV i mus. Invasive metodene er basert på bruk av kateter-spissen trykktransdusere. PWV bedømmes ved å skaffe trykksignaler på to forskjellige steder arterielle og dividere avstanden mellom to måle serne av tidsforskyvningen mellom signalene 4. Den viktigste ulempen i forbindelse med slike metoder er at de krever dyr offer for evaluering av avstanden mellom de to målesteder og kan således ikke brukes i langsgående studier. For å overvinne denne begrensningen, ikke-invasive metoder, basert på ulike bildeteknikker, har blitt utviklet. Tidligere studier har rapportert PWV vurderinger i mus som oppnås ved bruk av transittiden metoden på velocity-kodet magnetisk resonanstomografi data 5 og Pulsed-Doppler signaler 6. Men PWV verdien oppnådd med disse metodene er en regional vurdering av arteriell stivhet. Faktisk, den representerer en gjennomsnittsverdi, og står for forskjellige arterier når det gjelder størrelse og elastiske egenskaper. I tillegg er slike evalueringer krever vurdering av avstanden mellom de to målinger områder som er en feilkilde som kan influence det endelige resultatet.
PWV kan vurderes ved hjelp av diameter-hastighet (LND-V) løkke 7. Denne metoden er basert på den samtidige evaluering av diameter og strømningshastighetsverdier i en valgt kar. Ifølge denne løsning blir LND-V løkke som oppnås ved plotting av diameterverdiene naturlige logaritme vs bety hastighetsverdier og PWV anslås ved å beregne helningen av den lineære del av den oppnådde sløyfe som tilsvarer den tidlige systoliske fasen. Med hensyn til den praktiske gjennomføringen av denne metoden, har tidligere arbeider allerede rapportert resultater om sin søknad i en in vitro set-up system 7 og bruken for vurdering av både carotis og femoral PWV hos mennesker 8.
Hovedmålet med denne studien er å gi en detaljert beskrivelse av et bildebehandlings algoritme som gir en ikke-invasiv arteriell PWV måling i mus ved hjelp av US bilder. Den foreslåtte løsning tillater evaluering av lokale arteriell stivhet ved hjelp av behandling av både B-mode og Pulsed-Wave Doppler (PW-doppler) bilder, og kan påføres på arterier av avgjørende betydning, slik som den abdominale aorta.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne studien har et bildebehandlings algoritme basert på LND-V sløyfe for PWV vurdering i mus er beskrevet i detalj. Den foreslåtte metode er basert på behandling av amerikanske bare bilder, og dermed kunne representere et verdifullt alternativ til eksisterende teknikker 6, 13 for evaluering av arteriell stivhet i musemodeller. Faktisk omvendt til invasive metoder 6 som er basert på kjøp av intra-arterielle trykksignaler og som k…
Disclosures
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 |
References
- 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).
