Micro-CT用於心臟功能評估,為醫療技術進步助力

2020-11-28 儀器信息網

隨著造影劑及心跳門控技術的發展，顯微計算機斷層掃描技術(Micro-CT)成為臨床前活體動物心臟研究的有利手段之一。Micro-CT可以在相對短時間內獲得心腔高解析度的三維圖像，時間短也就意味著麻醉時間短，對心臟的副作用小，同時也滿足高通量的成像。

許多研究人員已經證明了，Micro-CT可以對心臟的形態學和整體心室收縮指數進行量化，如心搏量體積、射血分數(EF)，心臟輸出量等。但是，使用Micro-CT評價收縮期排空或舒張期充盈的其他功能參數未見報導。舒張和收縮功能的評估是至關重要的，因為收縮功能異常常見於心血管疾病中，尤其在早期臨床表現中；而舒張功能的改善與生存時間的延長有關。如果Micro-CT這種簡單的成像模式，即可測定舒張和收縮期雙心室功能參數，將對心肺疾病的診斷、預後具有重要意義。

大鼠肺動脈高壓模型

為了評價Micro-CT能否同時評估左心室(LV)和右心室(RV)的動態舒張充盈和收縮排空，文中使用了SU5416-低氧(SuHx)大鼠肺動脈高壓模型(PAH)和健康大鼠進行實驗。

肺動脈高壓是一種罕見但極具破壞性的疾病，由於肺動脈血管收縮和重構，引起肺動脈低壓升高。與LV不同，RV對後負荷的增加很敏感，隨著疾病的進展，額外的負荷會導致RV肥大、纖維化和衰竭。

實驗方法

使用PAH及健康大鼠，尾靜脈注射血池型碘化造影劑eXIA160XL(Binitio Biomedical, Inc, Ottawa, Ontario, Canada)，劑量5μL/g體重，調整自動注射泵至速率0.3ml/min。大鼠經過氣體麻醉後，置於珀金埃爾默Quantum GX microCT成像系統中進行成像，管電壓調整至90Kvp，電流80 μA，僅需4min即可完成掃描。重建的數據加載到Analyze 12.0軟體中，在心內膜輪廓線進行圖像重建，計算所有重建的LV和RV體積。

*相關縮寫：

EDV：舒張末期容積；ESV：收縮末期容積；SV：心博量；LV：左心室；RV：右心室；EF：射血分數。

實驗證實SuHx大鼠右心室顯著增大，肺動脈擴張（圖1A-1C），以及扁平的室間隔朝LV偏移，形成壓縮的d型LV（圖1A和1B）。而健康的對照組大鼠，圖像顯示沒有異常。

圖1. SU5416-hypoxia(SuHx)和健康對照大鼠的心臟功能評價。(A)冠狀面， (B) 橫斷面，(C)三維圖像。

此外，與對照組相比，SuHx大鼠RV舒張末期和收縮末期體積顯著增加（圖2A-C），而RV心搏量體積和EF明顯減少，該結果與臨床一致（圖2C和2D）。同時，SuHx大鼠LV舒張末期，收縮末和心搏量顯著低於對照組（圖2E–2G）。值得注意的是，SuHx大鼠的LV EF不受影響，這表明LV收縮功能還可以維持（圖2H）。

SV= EDV-ESV

EF=SV/EDV×100

圖2. SuHx和對照大鼠心臟容積及功能參數對比。

(A)右心室舒張末期容積， (B) 右心室收縮末期容積，(C)右心室心博量容積，(D)右心室射血分數，(E)左心室舒張末期容積，(F)左心室收縮末期容積，(G)左心室心博量，(H)左心室射血分數。

心臟肥大小鼠造影成像

幾十年以來，一些心臟肥大和心力衰竭的轉基因小鼠模型被學者們用於心肌肥厚和心衰這些致命疾病可能的分子機制研究。其中Gαq（G蛋白的一種）過表達小鼠就是很好的模型，Gαq蛋白過表達可引起心肌細胞的肥大和左心室功能減退。在此文章中使用珀金埃爾默Quantum GX microCT成像系統來評價，Gαq過表達對心臟的影響。

實驗方法

使用Gαq-過表達及健康小鼠作為模型，尾靜脈注射ExiTron nano6000，100μl/只，注射後立即掃描，使用analyze軟體進行分析，用四種顏色代表心臟的不同分區。

由圖中可以看出，Gαq過表達對心臟的影響，使用自帶軟體可以清晰的看到冠狀面斷層圖像，可以劃分出心臟的四個腔室（圖3.上排）。藍色：右心房，黃色：右心室，粉色：左心房，綠色：左心室。相應橫斷面的圖像顯示出心房和心室肥大（圖3A）。通過軟體可以測定各個腔室的容積，從而比較Gαq40小鼠和對照小鼠的心臟容積的差別。通過比較容積發現，相對比照小鼠，Gαq40轉基因小鼠四個心腔都顯示肥大，心房肥大更加明顯（圖3B）。

圖3. 心臟造影圖像及定量數據。

(A)造影后，對照組和Gαq40小鼠心臟成像；

(B)心室及心腔的容積計算。

參考文獻

1. Baktybek  Kojonazarov, Alexander Belenkov etc., Evaluating Systolic and Diastolic Cardiac Function in Rodents Using Microscopic Computed Tomography. Circ Cardiovasc Imaging. 2018;11:e007653

關於珀金埃爾默：

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