搞定小鼠心超没那么难!左心室胸骨旁长轴/短轴成像技巧+建议一篇讲透

前言介绍:
小鼠超声心动图常用于模型或基因修饰小鼠,能够很好的反馈小鼠心功能[1]。该技术可以通过无创的连续多个时间点来纵向评估小鼠心脏结构及功能,从而观察疾病的动态变化,且操作过程安全直观,无需特殊防护,目前已成为研究小动物心血管发育和诊断心血管疾病的重要手段[2-3]。
在小动物心血管研究领域,左心室作为心脏泵血功能的核心结构[4],其形态与功能参数的精准量化,是评估小鼠心功能状态的核心指标。而胸骨旁长轴与短轴切面作为超声心动图观察左心室的重要切面[5],直接关系到上述测量参数的准确性与重复性。长轴切面可清晰显示左心室整体形态、房室瓣结构等,为评估左心室舒张末期/收缩末期容积提供基础;短轴切面则能精准捕捉室壁各节段的运动协调性[6],两者是我们评估心功能指标的重要依据。成像技巧掌握不到位,很容易导致测量参数出现偏差,就极有可能遗漏早期心功能异常的细微改变,直接影响我们获取实验结论的可靠性。因此,熟练掌握左心室胸骨旁长轴与短轴的标准化成像技巧,不仅是开展小鼠心功能评估的前提,更是保障实验数据科学性、提升研究结果说服力的核心环节。
本篇推文将系统介绍这两种关键切面的操作要点,帮助研究者建立规范化的成像流程,为精准评估小鼠心功能奠定坚实基础。

实操讲解:
Practical explanation:
实验动物及耗材:
SPF级小鼠、Fujifilm VisualSonics研发团队的VeVo F2小动物超声成像系统、小动物气体麻醉机、脱毛膏、耦合剂、导电膏、棉签、胶布、镊子。
实验前准备:
正式开机操作前,轻抓小鼠并固定,使用脱毛膏将小鼠胸前毛发涂抹去除。按照仪器使用说明依次将小动物超声仪及气麻机开机,检查麻醉机麻醉剂是否充足,小动物超声仪生理监测系统显示是否正常,并调整操作台。其生理监测系统可监测心率变异性与心律失常,小鼠板的体温调控可范围覆盖28-42℃,保证麻醉小鼠维持在正常体温范围,呼吸节律传感器精度达±0.2次/分钟,有助于我们实时监测以维持小鼠最佳生理状态。
实验操作:
1.按照超声仪器说明书开机,选择心脏模块,连接探头。
2.将小鼠放入麻醉机诱导箱,设置异氟烷浓度为4%-5%,气体流量约1 L/min,诱导约两分钟即可观察小鼠进入麻醉状态,取出小鼠,仰卧位放置在小鼠面板上,同时接入气体面罩,维持麻醉状态时将异氟烷浓度调整至1%-2%左右,气体流量控制在0.2-0.5 L/min,可根据小鼠体重和所需维持麻醉状态时间进行适量调整。麻醉期间,在超声触控板中新建所需文件夹,注明组别日期等信息。
3.使用医用胶带将小鼠四肢固定在电极片上,并涂抹导电膏,使小鼠心率等体征显示在主屏幕。
4.胸部区域涂抹耦合剂,平台向左下倾斜30度左右,并将探头放置于小鼠胸部正中间朝向十一点钟方向,如图1所示,可获取左心室胸骨旁长轴切面,定位后可微调操作台X/Y轴至左心室轮廓清晰,左侧为心尖,右侧对应主动脉流出道,需保证心尖与流出道水平。获取画面如图2所示。

图1 左心室胸骨旁长轴切面探头位置展示

图2 左心室胸骨旁长轴(B-Mode)
5. 在精准获取左心室胸骨旁长轴切面后,旋转探头90度,即可获取左心室胸骨旁短轴切面,探头约朝向下午两点钟方向,如图3所示,此时微调操作台Y轴,选择室腔最大面即为标准左心室胸骨旁短轴切面。该切面状态下可明显观察到乳头肌,且乳头肌分别位于下午两点及四点方向。获取画面如图4所示。

图3 左心室胸骨旁短轴切面探头位置展示

图4 左心室胸骨旁短轴(B-Mode)
6.获取最佳B-Mode数据后,我们可进一步采集M-Mode数据,将取样线放置在左心室室腔最大面处,如图5所示。

图5 左心室胸骨旁短轴(M-Mode)
7.采集图像完毕后,用高压灭菌后的纸巾擦拭掉小鼠胸前耦合剂,将小鼠四肢解开,放至备用笼盒观察,等待小鼠恢复至正常状态,方可放回笼盒。
8.通过左心室胸骨旁长轴与短轴成像我们可以获得每搏输出量(Stroke Volume,SV)、射血分数(Ejection Fraction,EF)、缩短分数(Fractional Shortening, FS)、心排血量(Cardiac Output,CO)、左心室质量(Left Ventricular mass,LV mass)、左心室舒张末期内径(Left Ventricular end diastolic diameter,LVIDd)、左心室收缩末期内径(Left Ventricular end-systolic dimension,LVIDs)等重要参数指标,更好的帮助我们评估心功能变化。
实丨验丨知丨识丨你丨知丨道

操作注意事项:
Precautions for operation:
1.探头不宜直接接触或挤压到小鼠皮肤,避免物理挤压从而导致成像出现误差。
2.进行左心室胸骨旁短轴拍摄时,需进行Y轴调整截面以帮助找到标准室腔最大面,避免成像结果偏差较大。
3.进行左心室胸骨旁长轴M-Mode拍摄时,需保证心尖与流出道水平,整体心脏水平,避免倾斜导致取样线捕获室腔数值偏大。
4.采集过程中,应保证小鼠心率维持在400-650 bpm范围内,且采集时应保证心率波动范围控制在±50 bpm,心率波动越小,采集数据越精确。
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百洋智心超声检测平台介绍
目前,百洋智心拥有万级洁净度屏障环境动物房(图6),配备齐全的实验设施,如动物麻醉机(TAIJI-IE)、呼吸机(Harvard VentElite)、体式显微镜(EVIDENT SZX16)、生物安全柜(HR40-IIA2)、安乐死装置(卡尔文KW-AL-G)、过氧化氢消毒传递舱(INNOVE-HPB1600)、脉动真空灭菌器(MZQ-D)等多项专业设备,可实现科研流程一体化。

图6:百洋智心屏障环境动物房展示
并设有专业超声检测室,配备Fujifilm VisualSonics研发团队的超高分辨率小动物超声成像系统VeVo F2(图7),该系统采用目前临床普遍应用的先进的触摸屏技术,拥用独创且先进的Vevo® HD 高清技术。

图7 VevoF2小动物超声成像系统
设备特点:
1.卓越的图片画质,触摸屏式用户界面,操作更加便捷直观;
2.最大解析度可达30μm,足以观察小动物体内的任何细微构造;
3.以 4D 形式(结合Color or Power Doppler)成像心脏;
4.优化的高帧率,可以更好地可视化动态过程,在时间和空间分辨率方面优于磁共振成像(MRI)、常规超声和计算机断层扫描(CT)。
主要应用场景有:
1.心血管研究(心脏功能评估、血管成像和血流动力学分析)
2.生物医学研究(动物模型的疾病研究、器官功能评估和药物研发)
3.肿瘤学研究(肿瘤模型评估、肿瘤生长监测、血管生成研究和药物疗效评估)
百洋智心平台可提供包括但不限于小鼠的超声检测服务,实验大小鼠的代养服务,帮助客户解决动物房空间不足或临时饲养要求,以及动物模型构建、动物饲养、给药、超声检测、样本采集到数据分析等一站式动物实验服务,帮助客户评估药物安全性、有效性,满足客户药物研发、病理研究等需求。
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参考文献:
[1] Marielle, Scherrer-Crosbie, and,et al. Echocardiography in Translational Research: Of Mice and Men[J]. Journal of the American Society of Echocardiography, 2008, 21(10): 1083-1092.
[2] Tanaka N, Dalton N, Mao L, et al. Transthoracic Echocardiography in Models of Cardiac Disease in the Mouse[J]. Circulation, 1996, 94(5): 1109-1117.
[3] Moise N S. Echocardiography and doppler imaging[J]. Textbook of Canine & Feline Cardiology, 1999.
[4]Hayashi SY, Lind BI, Seeberger A, et al. Analysis of mistral annulusmotion measurements derived from M-mode, anatomic M-mode, tissueDoppler displacement, and 2-dimensionsl strain imaging. J Am SocEchocardiogr, 2006, 19(9): 1092-1101.
[5]王琦,魏颖,朱烨,等.小鼠超声心动图成像方法学的探讨[J].中国超声医学杂志, 2014(12):4.
[6] Fatkin D, Christe M E, Aristizabal O, et al. Neonatal cardiomyopathy in mice homozygous for the Arg403Gln mutation in the α cardiac myosin heavy chain gene[J]. Journal of Clinical Investigation, 1999, 103(103(1)).
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