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Micro-CT 用于心脏功能评估，为医疗技术进步助力
865 人阅读发布时间：2019-08-22 17:17
随着造影剂及心跳门控技术的发展，显微计算机断层扫描技术 (Micro-CT) 成为临床前活体动物心脏研究的有利手段之一。Micro-CT 可以在相对短时间内获得心腔高分辨率的三维图像，时间短也就意味着麻醉时间短，对心脏的副作用小，同时也满足高通量的成像。
许多研究人员已经证明了，Micro-CT 可以对心脏的形态学和整体心室收缩指数进行量化，如心搏量体积、射血分数 (EF)，心脏输出量等。但是，使用 Micro-CT 评价收缩期排空或舒张期充盈的其他功能参数未见报道。舒张和收缩功能的评估是至关重要的，因为收缩功能异常常见于心血管疾病中，尤其在早期临床表现中；而舒张功能的改善与生存时间的延长有关。如果 Micro-CT 这种简单的成像模式，即可测定舒张和收缩期双心室功能参数，将对心肺疾病的诊断、预后具有重要意义。
大鼠肺动脉高压模型
为了评价 Micro-CT 能否同时评估左心室 (LV) 和右心室 (RV) 的动态舒张充盈和收缩排空，文中使用了 SU5416-低氧 (SuHx) 大鼠肺动脉高压模型 (PAH) 和健康大鼠进行实验。
肺动脉高压是一种罕见但极具破坏性的疾病，由于肺动脉血管收缩和重构，引起肺动脉低压升高。与 LV 不同，RV 对后负荷的增加很敏感，随着疾病的进展，额外的负荷会导致 RV 肥大、纤维化和衰竭。
实验方法
使用 PAH 及健康大鼠，尾静脉注射血池型碘化造影剂 eXIA160XL(Binitio Biomedical, Inc, Ottawa, Ontario, Canada)，剂量 5μL/g 体重，调整自动注射泵至速率 0.3 ml/min。大鼠经过气体麻醉后，置于珀金埃尔默 Quantum GX microCT 成像系统中进行成像，管电压调整至 90Kvp，电流 80 μA，仅需 4 min 即可完成扫描。重建的数据加载到 Analyze 12.0 软件中，在心内膜轮廓线进行图像重建，计算所有重建的 LV 和 RV 体积。
*相关缩写：
EDV：舒张末期容积；ESV：收缩末期容积；SV：心博量；LV：左心室；RV：右心室；EF：射血分数。
实验证实 SuHx 大鼠右心室显著增大，肺动脉扩张（图 1A-1C），以及扁平的室间隔朝 LV 偏移，形成压缩的 d 型 LV（图 1A 和 1B）。而健康的对照组大鼠，图像显示没有异常。
图 1. SU5416-hypoxia(SuHx) 和健康对照大鼠的心脏功能评价。(A) 冠状面， (B) 横断面，(C) 三维图像。
此外，与对照组相比，SuHx 大鼠 RV 舒张末期和收缩末期体积显著增加（图 2A-C），而 RV 心搏量体积和 EF 明显减少，该结果与临床一致（图 2C 和 2D）。同时，SuHx 大鼠 LV 舒张末期，收缩末和心搏量显著低于对照组（图 2E–2 G）。值得注意的是，SuHx 大鼠的 LV EF 不受影响，这表明 LV 收缩功能还可以维持（图 2 H）。
SV = EDV-ESV
EF = SV/EDV×100
图 2. SuHx 和对照大鼠心脏容积及功能参数对比。
(A) 右心室舒张末期容积， (B) 右心室收缩末期容积，(C) 右心室心博量容积，(D) 右心室射血分数，(E) 左心室舒张末期容积，(F) 左心室收缩末期容积，(G) 左心室心博量，(H) 左心室射血分数。
心脏肥大小鼠造影成像
几十年以来，一些心脏肥大和心力衰竭的转基因小鼠模型被学者们用于心肌肥厚和心衰这些致命疾病可能的分子机制研究。其中 Gαq（G 蛋白的一种）过表达小鼠就是很好的模型，Gαq 蛋白过表达可引起心肌细胞的肥大和左心室功能减退。在此文章中使用珀金埃尔默 Quantum GX microCT 成像系统来评价，Gαq 过表达对心脏的影响。
实验方法
使用 Gαq-过表达及健康小鼠作为模型，尾静脉注射 ExiTron nano6000，100μl/只，注射后立即扫描，使用 analyze 软件进行分析，用四种颜色代表心脏的不同分区。
由图中可以看出，Gαq 过表达对心脏的影响，使用自带软件可以清晰的看到冠状面断层图像，可以划分出心脏的四个腔室（图 3. 上排）。蓝色：右心房，黄色：右心室，粉色：左心房，绿色：左心室。相应横断面的图像显示出心房和心室肥大（图 3A）。通过软件可以测定各个腔室的容积，从而比较 Gαq40 小鼠和对照小鼠的心脏容积的差别。通过比较容积发现，相对比照小鼠，Gαq40 转基因小鼠四个心腔都显示肥大，心房肥大更加明显（图 3B）。
图 3. 心脏造影图像及定量数据。
(A) 造影后，对照组和 Gαq40 小鼠心脏成像；
(B) 心室及心腔的容积计算。
参考文献
1. Baktybek Kojonazarov, Alexander Belenkov etc., Evaluating Systolic and Diastolic Cardiac Function in Rodents Using Microscopic Computed Tomography. Circ Cardiovasc Imaging. 2018;11:e007653
关于珀金埃尔默：
珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有 12500 名专业技术人员，服务于 150 多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018 年，珀金埃尔默年营收达到约 28 亿美元，为标准普尔 500 指数中的一员，纽交所上市代号 1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问 www.perkinelmer.com.cn。
许多研究人员已经证明了，Micro-CT 可以对心脏的形态学和整体心室收缩指数进行量化，如心搏量体积、射血分数 (EF)，心脏输出量等。但是，使用 Micro-CT 评价收缩期排空或舒张期充盈的其他功能参数未见报道。舒张和收缩功能的评估是至关重要的，因为收缩功能异常常见于心血管疾病中，尤其在早期临床表现中；而舒张功能的改善与生存时间的延长有关。如果 Micro-CT 这种简单的成像模式，即可测定舒张和收缩期双心室功能参数，将对心肺疾病的诊断、预后具有重要意义。
大鼠肺动脉高压模型
为了评价 Micro-CT 能否同时评估左心室 (LV) 和右心室 (RV) 的动态舒张充盈和收缩排空，文中使用了 SU5416-低氧 (SuHx) 大鼠肺动脉高压模型 (PAH) 和健康大鼠进行实验。
肺动脉高压是一种罕见但极具破坏性的疾病，由于肺动脉血管收缩和重构，引起肺动脉低压升高。与 LV 不同，RV 对后负荷的增加很敏感，随着疾病的进展，额外的负荷会导致 RV 肥大、纤维化和衰竭。
实验方法
使用 PAH 及健康大鼠，尾静脉注射血池型碘化造影剂 eXIA160XL(Binitio Biomedical, Inc, Ottawa, Ontario, Canada)，剂量 5μL/g 体重，调整自动注射泵至速率 0.3 ml/min。大鼠经过气体麻醉后，置于珀金埃尔默 Quantum GX microCT 成像系统中进行成像，管电压调整至 90Kvp，电流 80 μA，仅需 4 min 即可完成扫描。重建的数据加载到 Analyze 12.0 软件中，在心内膜轮廓线进行图像重建，计算所有重建的 LV 和 RV 体积。
*相关缩写：
EDV：舒张末期容积；ESV：收缩末期容积；SV：心博量；LV：左心室；RV：右心室；EF：射血分数。
实验证实 SuHx 大鼠右心室显著增大，肺动脉扩张（图 1A-1C），以及扁平的室间隔朝 LV 偏移，形成压缩的 d 型 LV（图 1A 和 1B）。而健康的对照组大鼠，图像显示没有异常。
图 1. SU5416-hypoxia(SuHx) 和健康对照大鼠的心脏功能评价。(A) 冠状面， (B) 横断面，(C) 三维图像。
此外，与对照组相比，SuHx 大鼠 RV 舒张末期和收缩末期体积显著增加（图 2A-C），而 RV 心搏量体积和 EF 明显减少，该结果与临床一致（图 2C 和 2D）。同时，SuHx 大鼠 LV 舒张末期，收缩末和心搏量显著低于对照组（图 2E–2 G）。值得注意的是，SuHx 大鼠的 LV EF 不受影响，这表明 LV 收缩功能还可以维持（图 2 H）。
SV = EDV-ESV
EF = SV/EDV×100
图 2. SuHx 和对照大鼠心脏容积及功能参数对比。
(A) 右心室舒张末期容积， (B) 右心室收缩末期容积，(C) 右心室心博量容积，(D) 右心室射血分数，(E) 左心室舒张末期容积，(F) 左心室收缩末期容积，(G) 左心室心博量，(H) 左心室射血分数。
心脏肥大小鼠造影成像
几十年以来，一些心脏肥大和心力衰竭的转基因小鼠模型被学者们用于心肌肥厚和心衰这些致命疾病可能的分子机制研究。其中 Gαq（G 蛋白的一种）过表达小鼠就是很好的模型，Gαq 蛋白过表达可引起心肌细胞的肥大和左心室功能减退。在此文章中使用珀金埃尔默 Quantum GX microCT 成像系统来评价，Gαq 过表达对心脏的影响。
实验方法
使用 Gαq-过表达及健康小鼠作为模型，尾静脉注射 ExiTron nano6000，100μl/只，注射后立即扫描，使用 analyze 软件进行分析，用四种颜色代表心脏的不同分区。
由图中可以看出，Gαq 过表达对心脏的影响，使用自带软件可以清晰的看到冠状面断层图像，可以划分出心脏的四个腔室（图 3. 上排）。蓝色：右心房，黄色：右心室，粉色：左心房，绿色：左心室。相应横断面的图像显示出心房和心室肥大（图 3A）。通过软件可以测定各个腔室的容积，从而比较 Gαq40 小鼠和对照小鼠的心脏容积的差别。通过比较容积发现，相对比照小鼠，Gαq40 转基因小鼠四个心腔都显示肥大，心房肥大更加明显（图 3B）。
图 3. 心脏造影图像及定量数据。
(A) 造影后，对照组和 Gαq40 小鼠心脏成像；
(B) 心室及心腔的容积计算。
参考文献
1. Baktybek Kojonazarov, Alexander Belenkov etc., Evaluating Systolic and Diastolic Cardiac Function in Rodents Using Microscopic Computed Tomography. Circ Cardiovasc Imaging. 2018;11:e007653
关于珀金埃尔默：
珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有 12500 名专业技术人员，服务于 150 多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018 年，珀金埃尔默年营收达到约 28 亿美元，为标准普尔 500 指数中的一员，纽交所上市代号 1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问 www.perkinelmer.com.cn。