Mouse cardiac MRI

De laatste decennia is de interesse in het afbeelden van het hart in de levende muis enorm toegenomen. Deze interesse wordt voor een groot gedeelte gedragen door nieuwe ontwikkelingen in de gentechnologie en moleculaire biologie. Doel van het promotieonderzoek was een toolbox te ontwikkelen van verschillende MRI- (Magnetische Resonantie Imaging) en analysetechnieken, als ondersteuning van het huidige en toekomstige onderzoek op het gebied van muizenharten. Het is met een MRI scanner moeilijk het muizenhart goed af te beelden vanwege de geringe afmetingen van het muizenhart en de hoge frequentie waarmee het muizenhart klopt. Om een goede afbeelding van het muizenhart te krijgen is het noodzakelijk gebruik te maken van een opstelling welke zorgt dat de verschillende fysiologische parameters van de muizen gemeten en gecontroleerd kunnen worden gedurende de acquisitie. Verder worden grote bewegingsfouten voorkomen door de acquisitie van het tomografische beeld te synchroniseren met de cyclische beweging van het hart. Deze synchronisatie wordt normaal gerealiseerd door het begin van de hartcyclus te bepalen aan de hand van een elektrocardiogram en te bepalen wanneer de muis geen ademhalingsbeweging uitvoert. In dit proefschrift wordt een ’draadloze’ techniek beschreven waarbij het meten van de fase van de hartcyclus en de ademhalingscyclus bepaald wordt vanuit het magnetische resonantiesignaal zelf. Het asynchroon uitvoeren van de acquisitie, en deze na afloop van de meting te synchroniseren met de hartslag, heeft als bijkomend voordeel dat de sterkte van het magnetische resonantiesignaal hetzelfde blijft gedurende de volledige acquisitie. Dit zorgt ervoor dat contrastverschillen in het tomografische beeld gelijk blijven en niet afhankelijk zijn van de conditie van de muis. De constante signaalsterkte gaat ten koste van een lagere signaal-ruis-verhouding. De verlaging van de signaal-ruis-verhouding heeft er toe geleid dat de volumes van het werkende muizenhart enigszins verschillend werden beoordeeld. MRI is niet alleen in staat om tomografische afbeeldingen te maken, maar kan ook fysiologische parameters te kwantificeren. Het grote nadeel van een tomografische afbeeldingtechniek is dat het alleen kwalitatieve informatie geeft, zoals de morfologie. Kwantitatieve informatie ,bijvoorbeeld een volumebepaling, kan alleen verkregen worden door het segmenteren van het muizenhart uit de verkregen tomografische afbeelding. Het seg menteren kost enorm veel tijd wanneer dit met de hand moet worden uitgevoerd. Bovendien kan handmatige segmentatie onnauwkeurig worden als het niet door gekwalificeerde personen wordt uitgevoerd. We laten in dit proefschrift zien dat een automatische segmentatie methode een even grote fout maakt als de fout die gemaakt wordt wanneer twee verschillende gekwalificeerde personen dezelfde segmentaties met de hand uitvoeren binnen een muizengroep. De synchronisatietechniek zoals hierboven beschreven, gebaseerd op het magnetische resonantiesignaal, werd ook toegepast om de volledige bewegingscyclus van de aorta af te beelden in twee verschillende muisgenotypes (Smtn-B+/+ and Smtn-B-/-). Het genotype Smtn-B-/- heeft een afwijkende contractiekracht in de arteri¨en en een hogere gemiddelde arteri¨ele bloeddruk. De aortadiametertoename in het genotype Smtn-B-/- was tweemaal groter gedurende de hartcyclus in vergelijking met muizen van het genotype Smtn-B+/+. Verder hadden de muizenharten van de Smtn-B-/- genotype een grotere linkerventrikelmassa en een hogere ejectiefractie. Deze studie, waarin twee verschillende muizengroepen met elkaar werden vergeleken, laat zien dat de MRI-techniek zeer kleine verschillen in fysiologische parameters van het muizenhart kan detecteren. MRI wordt naast phenotypering ook gebruikt om muizenharten met een infarct te karakteriseren. Verschillende publicaties vergelijken fysiologische parameters van muizenharten met infarcten gemeten tussen MRI enerzijds en anderzijds: computertomografie-, echocardiografie- of druk-volumemeting met een katheter. Nieuwe ontwikkelingen op het gebied van nucleaire scantechnieken ,zoals bijvoorbeeld positron emissie tomografie (PET), maken het mogelijk dat deze nucleaire technieken ook muizenharten kunnen karakteriseren. Het grote voordeel van deze nucleaire scantechnieken is hun hoge gevoeligheid voor radioactieve contrastmiddelen, die ervoor zorgt dat men bijna geen toxicologische reacties hoeft te verwachten. In een gecombineerd experiment werden fysiologische parameters vergeleken tussen MRI- en PET-metingen. Ook werd een vergelijking gemaakt tussen de infarctgroottes zoals bepaald met behulp van een MRI-contrastmiddel en een PETcontrastmiddel. Er werd een goede correlatie gevonden tussen beide imagingtechnieken m.b.t. de fysiologische parameters: einddiastole volume, eindsystole volume en ejectiefractie. Aanzienlijke verschillen werden gemeten in de infarctgrootte bepaald uit de MRI- en PET-beelden. Verder werden er hoge correlaties gevonden in de MRI-data tussen drie verschillende infarctgroottebepalingen en de ejectiefracties. Het afbeelden van ziekteprocessen op het cellulaire en moleculaire niveau met MRI is mogelijk door gebruik te maken van krachtige en specifieke contrastmiddelen. MRI heeft een relatief lage detectiegevoeligheid voor contrastmiddelen. Om de gevoeligheid te vergroten, werd er een studie uitgevoerd naar een snelle MRI-sequentie, bekend onder de naam ’Rephased-FFE’. Deze sequentie liet een 6-maal hogere detectiegevoeligheid zien voor het contrastmiddel Gd-DTPA in een fantoomexperiment met een conventionele humane 1.5 Tesla MRI-scanner.