Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Högupplöst hjärtpositronemissionstomografi/datortomografi för smådjur

Published: December 16, 2022 doi: 10.3791/64066
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 3, 1, 1
1CNR Institute of Clinical Physiology, 2Sant’Anna School of Advanced Studies, 3Fondazione Regione Toscana/CNR “G. Monasterio”

Summary

Här presenterar vi ett experimentellt avbildningsprotokoll för kvantifiering av hjärtfunktion och morfologi med hjälp av högupplöst positronemissionstomografi/datortomografi för små djur. Både möss och råttor beaktas och diskuterar de olika kraven på datortomografikontrastmedel för de två arterna.

Abstract

Positronemissionstomografi (PET) och datortomografi (CT) är bland de mest använda diagnostiska avbildningsteknikerna, och båda tjänar till att förstå hjärtfunktion och metabolism. I preklinisk forskning används dedikerade skannrar med hög känslighet och hög spatio-temporal upplösning, utformade för att klara de krävande tekniska kraven som orsakas av den lilla hjärtstorleken och mycket höga hjärtfrekvenser hos möss och råttor. I denna uppsats beskrivs ett bimodalt hjärt-PET / CT-avbildningsprotokoll för experimentella mus- och / eller råttmodeller av hjärtsjukdomar, från djurberedning och bildförvärv och rekonstruktion till bildbehandling och visualisering.

I synnerhet möjliggör den 18 F-märkta fluorodeoxyglukosen ([18F] FDG) -PET-skanningen mätning och visualisering av glukosmetabolism i de olika segmenten av vänster ventrikel (LV). Polarkartor är praktiska verktyg för att visa denna information. CT-delen består av en tidsupplöst 3D-rekonstruktion av hela hjärtat (4D-CT) med hjälp av retrospektiv gating utan elektrokardiografi (EKG) -ledningar, vilket möjliggör morfofunktionell utvärdering av LV och efterföljande kvantifiering av de viktigaste hjärtfunktionsparametrarna, såsom utstötningsfraktion (EF) och slagvolym (SV). Med hjälp av en integrerad PET / CT-skanner kan detta protokoll utföras inom samma anestesiinduktion utan att djuret behöver placeras mellan olika skannrar. Därför kan PET/CT ses som ett omfattande verktyg för morfofunktionell och metabolisk utvärdering av hjärtat i flera smådjursmodeller av hjärtsjukdomar.

Introduction

Smådjursmodeller är oerhört viktiga för att öka förståelsen av hjärt- och kärlsjukdomar 1,2. Icke-invasiva, diagnostiska bildverktyg har revolutionerat hur vi ser på hjärtfunktionen under de senaste decennierna, både i kliniska och prekliniska miljöer. När det gäller smådjursmodeller av hjärtsjukdomar har specifika avbildningsverktyg utvecklats med mycket hög spatiotemporal upplösning. Således kan sådana instrument matcha behovet av exakt kvantifiering av relevanta metaboliska och kinetiska myokardiella parametrar på de mycket små och mycket snabba hjärtan hos möss och råttor i specifika sjukdomsmodeller, såsom hjärtsvikt (HF)3 eller hjärtinfarkt (MI)4. Flera metoder finns tillgängliga för detta ändamål, var och en med sina egna styrkor och svagheter. Ultraljud (USA) avbildning är den mest använda modaliteten på grund av dess stora flexibilitet, mycket höga tidsupplösning och relativt låga kostnader. Antagandet av amerikansk hjärtavbildning hos små djur har ökat avsevärt sedan tillkomsten av system som använder sonder med ultrahög frekvens5,6, med rumsliga upplösningar under 50 μm.

Bland de största nackdelarna med USA för helt 3D-hjärtavbildning är behovet av linjära skanningar längs hjärtaxeln genom att montera sonden på ett motoriserat översättningssteg för att skapa en full stack med dynamiska B-lägesbilder av hela hjärtat7. Så småningom ger denna procedur upphov (efter noggrann rumslig och tidsmässig registrering av de bilder som förvärvats i varje sondposition) till en 4D-bild med olika rumsliga upplösningar mellan riktningarna i och utanför planet. Samma problem med ojämn rumslig upplösning uppstår vid hjärt-MR (CMR),8 som fortfarande representerar guldstandarden i funktionell avbildning av hjärtat. Verklig isotrop 3D-avbildning kan istället erhållas med användning av både datortomografi (CT) och positronemissionstomografi (PET)9. PET ger ett mycket känsligt verktyg när det gäller bildsignal per mängd injicerad sond (i nanomolarområdet), även om den lider av en minskad rumslig upplösning jämfört med CT, MR eller US. Den största fördelen med PET är dess förmåga att visa de cellulära och molekylära mekanismerna som ligger till grund för organets patofysiologi. Till exempel, en PET-skanning efter injektion av [18F] FDG möjliggör rekonstruktion av en 3D-karta över glukosmetabolismen i kroppen. Genom att kombinera detta med dynamisk (dvs. tidsupplöst) datainsamling kan spårkinetisk modellering användas för att beräkna parametriska kartor över de metaboliska hastigheterna för glukosupptag (MRGlu), vilket kommer att ge viktig information om myokardiell livskraft10.

CT kräver betydande volymer av externa kontrastmedel (CA) vid höga koncentrationer (upp till 400 mg jod per ml) för att ge en mätbar förbättring av relevanta vävnadskomponenter (t.ex. blod kontra muskler), men det utmärker sig i rumslig och tidsmässig upplösning, särskilt när man använder toppmoderna mikro-CT-skannrar avsedda för smådjursavbildning. 11 En typisk sjukdomsmodell där hjärt-PET / CT kan tillämpas är experimentell utvärdering av hjärtinfarkt och hjärtsvikt och relaterat svar på terapi. Ett vanligt sätt att inducera MI hos små djur är genom kirurgisk ligering av den vänstra främre nedåtgående (LAD) kransartären12,13 och sedan longitudinellt utvärdera sjukdomsprogressionen och hjärtombyggnaden under de följande dagarna4. Icke desto mindre är den kvantitativa morfofunktionella utvärderingen av hjärtat hos små djur till stor del tillämplig även för andra sjukdomsmodeller, såsom utvärdering av åldrandets effekt på hjärtfunktion14 eller förändrat receptoruttryck i modeller av fetma15. Det presenterade avbildningsprotokollet är inte begränsat till någon given sjukdomsmodell och kan därför vara av det bredaste intresset i flera sammanhang av preklinisk forskning med små gnagare.

I denna uppsats presenterar vi ett start-till-slut-experimentellt protokoll för hjärtavbildning med hjälp av smådjursintegrerad PET / CT. Även om det presenterade protokollet är utformat för en specifik bimodal integrerad skanner, kan PET- och CT-delarna av det beskrivna förfarandet utföras oberoende på separata skannrar från olika tillverkare. I den PET/CT-skanner som används är operationssekvensen organiserad i ett förprogrammerat arbetsflöde. Huvudgrenarna i varje arbetsflöde är ett eller flera förvärvsprotokoll; Varje förvärvsprotokoll kan ha en eller flera grenar för specifika förbehandlingsprotokoll, och i sin tur kan varje förbehandlingsprotokoll ha en eller flera grenar för specifika rekonstruktionsprotokoll. Både beredningen av djuret på bildbädden och beredningen av de externa medel som ska injiceras under avbildningsförfarandena beskrivs. Efter avslutad bildförvärvsprocedur tillhandahålls exempelprocedurer för kvantitativ bildanalys baserad på allmänt tillgängliga programvaruverktyg. Huvudprotokollet är speciellt utformat för musmodeller; Även om musen fortfarande är den mest använda arten inom detta område, visar vi också en anpassning av protokollet för råttavbildning i slutet av huvudprotokollet. Representativa resultat visas för både möss och råttor, vilket visar vilken typ av utdata som kan förväntas med de beskrivna procedurerna. En grundlig diskussion görs i slutet av detta dokument för att betona fördelarna och nackdelarna med tekniken, kritiska punkter, samt hur olika PET-radiotracers kan användas med nästan ingen modifiering av förberedelse- och förvärvs- / rekonstruktionsstegen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Djurförsök utfördes i enlighet med rekommendationerna i Guide for the Care and Use of Laboratory Animals i de internationella riktlinjerna för hantering av försöksdjur, som krävs enligt det europeiska direktivet (direktiv 86/609/EEG från 1986 och direktiv 2010/63/UE) och italienska lagar (D.Lgs. 26/2014).

1. Inställning av PET / CT-bildprotokoll och arbetsflöde

OBS: Protokollet som presenteras här är speciellt utformat för hjärtavbildning av musmodeller. Att arbeta med råttor kan innebära vissa ändringar av det faktiska protokollet, främst på grund av djurets större storlek (ungefär 10x tyngre). Modifieringarna för råttavbildning nämns specifikt i stegen; Om inga ändringar nämns kan samma steg för musavbildning användas för råttor.

  1. Öppna det grafiska användargränssnittet (GUI) för PET/CT-skannern (se Tabell över material) och skapa en uppsättning nya protokoll (inklusive parametrar för datainsamling, förbehandling och bildrekonstruktion): i) en dynamisk PET-skanning, ii) a lågdos CT-skanning för dämpningskorrigering (CTAC) utan kontrastmedel, och iii) a kontrastförbättrad Cine-CT-skanning.
    OBS: Skapandet av nya protokoll (dvs. specifika programvaruinstruktioner för tomografen) för förvärvs-, förbehandlings- och rekonstruktionsfaserna är en enkel process; i händelse av problem kan användaren hitta mer detaljerad information i GUI-användarhandboken.
    1. För PET-skanningen öppnar du fliken Protokoll för skannern (GUI) och skapar tre nya protokoll (för förvärv, förbehandling och rekonstruktion) med följande parametrar:
      1. För förvärvsprotokollet : ställ in 3,600 s total skanningstid och enkelsängsposition. Spara det här protokollet med ett egennamn för efterföljande import till arbetsflödet. Gör detsamma också för alla nästa protokoll i följande punkter.
      2. För förbehandlingsprotokollet för mus: välj ett 250-750 keV energifönster (EW) och aktivera följande korrigeringar: radioaktivt sönderfall, slumpmässiga sammanträffanden och dödtid. Ställ in inramningsprotokollet (dvs. dynamisk delning av rådata) enligt följande: 8 x 5 s, 8 x 10 s, 3 x 40 s, 2 x 60 s, 2 x 120 s, 10 x 300 s (= 3 600 s). För råtta väljer du ett 350-750 keV energifönster (EW) med samma inramning som för musprotokollet.
      3. För rekonstruktionsprotokollet: Välj den högkvalitativa, Monte Carlo-baserade 3D-rankade delmängdsförväntningsmaximeringsalgoritmen (3D-OSEM-MC), med 8 delmängder och 8 iterationer, med normalisering, kvantitativ korrigering och CT-dämpningskorrigering aktiverad.
    2. För lågdos CT-skanning för dämpningskorrigering (CTAC), använd följande parametrar:
      1. För förvärvsprotokollet: enkel ram, enkelbäddsposition, fullskanning; rörinställningar: 80 kV, låg ström (låg dos); 576 visningar över 360 °, med 34 ms exponeringstid per visning (20 s skanningstid); rotationstyp: kontinuerlig, känslighetsläge: hög känslighet.
      2. För förbehandlingsprotokollet : 240 μm voxelstorlek, tvärgående synfält: Råtta, axiellt synfält: 100%.
      3. För rekonstruktionsprotokollet : filterfönster: slät, voxelstorlek: standard , aktivera strålhärdning och ringförkorrigering, inaktivera ringartefakt efter korrigering.
    3. För den kontrastförbättrade gated CT-genomsökningen skapar du tre nya protokoll (för förvärv, förbearbetning och rekonstruktion) med följande inställningar:
      1. För förvärvsprotokollet för mus: ställ in enkelram, enkelbäddsposition, fullskanning; rörinställningar: 65 kV, fullström (låg ljudnivå); 8 000 visningar över 360 °, med 15 ms exponeringstid per visning (120 s skanningstid); rotationstyp: kontinuerlig, känslighetsläge: hög känslighet. För råtta ställer du in förvärvsprotokollparametrarna enligt följande: 80 kV rörspänning, 16 000 visningar över 360 °, med 12 ms exponeringstid per vy (192 s skanningstid).
      2. För förbehandlingsprotokollet för mus: välj 120 μm voxelstorlek; tvärgående synfält (FOV): Mus; axiellt synfält: 50%. För råtta, välj en 240 μm voxelstorlek; tvärgående synfält (FOV): Råtta; axiellt synfält: 50%.
      3. För rekonstruktionsprotokollet : filterfönster: slät, voxelstorlek: standard; aktivera strålhärdning och ringförkorrigering, inaktivera ringartefakt efter korrigering.
    4. Öppna fliken Arbetsflöde i GUI och skapa ett nytt arbetsflöde och lägg till de protokoll som just skapats: steg 1.1.1.1-1.1.1.3 för PET, steg 1.1.2.1. -1.1.2.3. för CTAC och steg 1.1.3.1. -1.1.3.3. för gated CT, i given ordning. I båda fallen kontrollerar du att protokollen är kapslade med följande ordning: Förvärv | Förbehandling | Återuppbyggnad.
      OBS: Dynamiska PET-ramar med varaktigheter <5 s för att bättre fånga toppen av den arteriella inmatningsfunktionen i början av PET-skanningen är möjliga men rekommenderas inte eftersom detta kan leda till bullriga bilder med minskad kvantitativ noggrannhet. I steg 1.1.2.2 har vi använt storleken "Råtta" för det tvärgående synfältet. Detta används ofta för både råttor och möss i CTAC.

2. Djurberedning för avbildning av PET/CT

OBS: För det nuvarande protokollet fastade alla djur över natten.

  1. Bedöva musen med 3% -4% (v / v) isofluran i en induktionskammare initialt och behåll sedan med 1% -2% (v / v) isofluran.
  2. Väg musen och mät den basala glykemin för att övervaka djurets tillstånd. För att ta det nödvändiga blodprovet, använd en skarp sax och gör ett litet snitt vid svansspetsen och massera sedan försiktigt svansen för att samla en droppe blod (~ 1 μL) direkt på testremsan.
  3. Fortsätt med införandet av en venös åtkomst vid nivån av den kaudala venen med en 29 G fjäril för mus och 24 G för råtta.
    1. För att utföra kannuleringstekniken, använd samtidig uppvärmning (vanligtvis under en värmelampa) och desinfektion av den punkt där nålen sätts in för vasodilatation av venen. Efter cannulation, fixa fjärilen med ett sidenband i svansen för att hålla den på plats under proceduren.
      OBS: Fasta krävs för [18F] FDG-studier. Olika spårämnen kan innebära olika djurberedningar, men en grundlig diskussion om detta ämne ligger utanför tillämpningsområdet för detta protokoll. När det gäller [18F] FDG leder undvikande av fasta till mycket olika spårbiodistribution16.
  4. Slå på anestesisystemet (isofluran 1%-2%, 0,8 L/min O 2 för mus och 1-1,2 L/min för råtta) som är anslutet till PET-CT-skannern och överför musen till sängen.
  5. Placera musen i ryggläge, huvudet först, på skannerbädden på PET-CT-tomografen, sätt näsan i näsmasken för anestesi och blockera försiktigt mushuvudet till masken med tejp.
  6. Fixa musens övre och nedre extremiteter på skannerbädden för att förhindra ofrivilliga rörelser under bildprocedurerna, vilket kan leda till rörelseartefakter.
  7. Övervaka kroppstemperaturen och andningsfrekvensen med hjälp av en rektal sond respektive en andningskudde.

3. Beredning av dosberedning av PET-spårämne

  1. För möss, dra 10 MBq [18F] FDG i en volym av 100-150 μL med en insulinspruta (1 ml). För råttor, dra en högre dos på 15 MBq i 0,20-0,25 ml.
    OBS: Undvik högre aktivitet eftersom PET-skannern som diskuteras i detta protokoll har mycket hög känslighet och bara kräver en blygsam mängd aktivitet för att få högkvalitativa bilder.
  2. Om den ursprungliga koncentrationen av spårämnet i injektionsflaskan är för hög, använd fysiologisk lösning (0,9% w/v NaCl) för att späda spårdosen till en koncentration av 50-100 MBq/ml.
  3. Använd PET-doskalibratorn för att mäta den faktiska aktiviteten i sprutan. Kommentera förinjektionsaktiviteten och mättiden eftersom dessa värden kommer att användas senare med hjälp av specifika ingångsmoduler i PET-skannerns grafiska användargränssnitt.

4. Beredning av CT-kontrastmedel

  1. Dra 0,2 ml per 20 g musvikt av joderat lipidemulsionskontrastmedel i en 1 ml spruta. Begränsa injektionsvolymen till 0,5 ml CA för tyngre möss. Om du använder iomeprol, ställ in injektionshastigheten för möss på 10 ml/h (~0,17 ml/min) och begränsa injektionsvolymen till 0,5 ml.
    1. För råttor, dra 2,3-3 ml iomeprol, utspädd till en koncentration av 200 mg/ml, till en 5 ml spruta.
      OBS: Om smådjurs lipidemulsion CA inte är tillgänglig kan iomeprol med kontinuerlig injektion med hjälp av en sprutpump användas, som diskuteras nedan.
    2. Anslut sprutan till sprutpumpen och ställ in pumpen för den faktiska sprutstorleken och diametern.
    3. Anslut sprutan till CA-slangen och nålen och förfyll slangen med CA.
    4. Ställ in injektionshastigheten på 24 ml/h (= 0,4 ml/min) och begränsa injektionen till en maximal volym på 2 ml.
      OBS: Användning av blodpool CA baserat på joderad lipidemulsion är också möjligt hos råttor, trots den relativt höga kostnaden för denna procedur på grund av den större volymen av en enda injektion. Om detta alternativ är att föredra (t.ex. för att förenkla protokollet genom att undvika sprutpumpen) kan följande procedur användas:
  2. Dra 7,5 ml per kg kroppsvikt av joderat lipidemulsionskontrastmedel i en 5 ml spruta. Begränsa injektionsvolymen till 2 ml CA även för tyngre råttor.

5. Djuranpassning och förberedande åtgärder före avbildning

  1. Vid immobilisering av djuret på bildbädden, skapa en ny studie på tomografens GUI. Lägg till en studienamnsidentifierare i modulen Studienamn och välj det bildarbetsflöde som tidigare sparats i rullgardinsmenyn.
  2. Välj rätt anatomisk del med djur/ provinformation | Anatomisk del | Hjärt - och djurpositionering efter djur-/provinformation | Positionering | Liggande /Huvud först. Kommentera djurvikten i gram för motsvarande modul: Information om djur/prov | Djurvikt.
    All annan information i det här avsnittet är valfri, men det är användbart att tillhandahålla så mycket som möjligt av den begärda informationen för att hitta den i DICOM-huvudet för rekonstruktionsbilderna, vilket underlättar efterföljande datasökning.
  3. Välj radionukliden i PET-skanningsinformation | F18 för [18 F] FDG-studier och andra 18F-märkta föreningar; ändra om andra spårämnen (t.ex. [13N]NH3) används. Skriv även namnet på spårämnet i PET Scan-informationen | Spårningsnamnmodulen som det här namnet kommer att rapporteras i DICOM-huvudet när bildrekonstruktionen är klar.
    OBS: Informationen om spårinjektionstid, aktivitet och volym är obligatorisk men kan tillhandahållas senare under PET-förvärvet.
  4. I CT-skanningsinformationen skriver du all tillgänglig information om kontrastmedlet.
    OBS: All denna information är valfri men kan underlätta efterföljande datasökning om den tillhandahålls.
  5. Tryck på Utför skanning och vänta tills en annan flik i GUI öppnas, vilket möjliggör djurpositionering och specifikation av andra skanningsalternativ.
  6. Välj CT-kalibreringstyp i CT-kalibrering | Använd standard-CT-kalibrering.
  7. I avsnittet Studieförberedelse väljer du varje skanningsprotokoll från rullgardinsmenyn och markerar kryssrutan Vänta på användarbekräftelse innan den här skanningen .
    OBS: Detta steg är mycket viktigt, eftersom det kommer att sätta skannern i vänteläge och vänta på användarinmatning innan motsvarande förvärvsfas startas. För PET-skanningen möjliggör detta synkronisering av spårinjektionen och den faktiska PET-skanningsstarten; för CTAC-skanningen kommer det att tillåta användaren att stänga locket (skärmning) före utsläpp av röntgenstrålar under CT-skanningen (studien avbryts automatiskt om locket är öppet innan CT-skanningen startar); För Cine-CT-skanningen tillåter denna paus användaren att initiera CA-infusionsprotokollet och CT-dataskanning med önskad fördröjning.
  8. För djurpositionering, slå på motorstyrmodulen med omkopplaren på den vänstra rutan i GUI.
    OBS: Detta slår på centreringslasrarna på djurbädden och aktiverar de manuella sängjusteringsknapparna placerade på sidan av skannern.
  9. Använd de manuella sängjusteringsknapparna för att flytta djurets bröstkorg på lasermärkena. Kontrollera noggrant både djurets längsgående och vertikala inriktning.
  10. När djuret har placerats i rätt position enligt centreringslasern, tryck på Stäng av lasern för att spara den aktuella lasermärkta positionen, som ska flyttas till mitten av PET- och CT-skannrarna under motsvarande förvärvsfaser. Stäng sedan av motorstyrmodulen.

6. PET-skanning

  1. Tryck på Starta anskaffning för att flytta djuret till PET-skannerns synfält. Svansen och kanylen kommer att förbli utanför synfältet för att möjliggöra spårinjektion. Skannern förblir inaktiv tills användaren trycker på Fortsätt-knappen .
  2. Förbered sprutan med den kalibrerade PET-spårdosen.
  3. Starta förvärvet genom att trycka på Fortsätt-knappen och börja injicera spårämnet i kanylen inom 5 s från skanningsstarten (figur 1).
    OBS: Injektionstiden kommer att vara ~ 20-25 s.
  4. Sätt sprutan i PET-doskalibratorn för att mäta restaktiviteten i sprutan. Kommentera den faktiska aktiviteten och mättiden.
  5. På fliken Maskinvaruövervakare i skannerns grafiska användargränssnitt använder du knappen Uppdatera PET-spårningsinformation för att infoga den faktiska inmatade tiden, aktiviteten och volymen.
  6. Kontrollera djurets fysiologiska parametrar regelbundet under skanningen.
  7. Under skanningen mäter du glykemin enligt beskrivningen i steg 2.2 vid följande tidpunkter: 5 min, 20 min, 40 min och 60 min efter början av PET-skanningen.
  8. Efter mätningen av glykemi, sätt testremsan i gammaräknaren och utför aktivitetsmätningen i 60 s. Anteckna den faktiska tidpunkt då aktivitetsmätningen har utförts och korrigera för radioaktivt sönderfall, med spårinjektionstiden som referenstid. Omvandla de registrerade aktivitetsvärdena till aktivitetskoncentration (Bq/ml) genom att beakta en genomsnittlig blodvolym på 1 μl i glukostestremsan (dvs. med hjälp av ekvation [1]):
    C-blod(t) =A-blod(t)/0,001 ml [Bq/ml] (1)
    där Ablod(t) är den sönderfallskorrigerade uppmätta aktiviteten hos blodprovet i testremsan, uttryckt i Bq.
    OBS: PET-skanningsstart och spårinjektion kan utföras av samma operatör med hjälp av tomografens mobila styrenhet placerad på skannerns sidobord nära operatörens plats under injektionen. Längre fördröjningar mellan skanningsstart och början av injektionen är tillåtna, men vissa rekonstruerade ramar i början av den dynamiska sekvensen förblir tomma. Det rekommenderas att undvika förseningar större än 10 s (dvs. vilket leder till två tomma ramar med det aktuella protokollet).

Figure 1
Figur 1: Injektion av PET-spårämnet. Denna operation utförs direkt efter att PET-skanningen startat. Djuret är inne i PET-synfältet (huvudet först, med svansen synlig på operatörens sida). Förkortning: PET = positronemissionstomografi. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

7. CT-skanningar

  1. Innan du injicerar CT-kontrastmedlet startar du CTAC-skanningen direkt efter att du har stängt skannerns lock och tryckt på Fortsätt-knappen på GUI. I slutet av detta mycket korta förvärv, använd följande procedurer för att säkerställa korrekt förbättring av blodpoolen genom att injicera CA före förvärv med samma vaskulära åtkomst som används för injektion av PET-spårämnet.
    1. Joderad lipidemulsion CA:
      1. Efter avslutad CTAC-skanning, injicera den joderade lipidemulsionen CA med hjälp av kanylen som redan är ansluten till musens svansven. Den typiska injektionstiden är i storleksordningen 30-60 s.
      2. Starta avbildningen direkt efter avslutad injektion. Tryck på Fortsätt på skannerns grafiska användargränssnitt för att starta förvärvet av Cine-CT.
    2. Iomeprol/sprutpump:
      1. Om en normal röntgen-CA används, såsom iomeprol, använd en sprutpump som möjliggör långsam injektion i konstant takt.
      2. För möss, ställ in injektionshastigheten för CA till 10 ml/h (~0,17 ml/min) genom att begränsa injektionsvolymen till 0,5 ml. Med denna inställning, stoppa injektionen efter ~ 3 min. För råttor, ställ in pumpen på en hastighet av 24 ml/h (= 0,4 ml/min) och begränsa injektionsvolymen till 2 ml. Med denna inställning, stoppa injektionen efter 5 min.
      3. Anslut nålen som är fäst vid CA-slangen till svansvenens kanyl, se till att både slangen och nålen är förfyllda med CA.
      4. Starta injektionen. Stäng skannerns lock och förbered dig för Cine-CT-skanningen.
      5. Tryck på Fortsätt-knappen på tomografens grafiska användargränssnitt efter 60 s från början av injektionen för möss och efter 90 s från början av injektionen för råttor, så att Cine-CT-anskaffningen startas. Injektionen av CA kommer att sluta ungefär samtidigt som Cine-CT-skanningen avslutas för möss och efter avslutad för råttor.
  2. När Cine-CT-skanningen är klar, koppla bort djuret från det fysiologiska övervakningssystemet och ta bort svansvenkanylen. Beroende på det faktiska protokollet återvinns eller avlivas djur efter det beskrivna avbildningsförfarandet. I det första fallet väcks djur i sina burar i en varm miljö under en infraröd lampa. De övervakas tills fullständig uppvaknande och tar 15/30 min efter gasformig anestesi. Vid protokoll som kräver t.ex. vävnadsskörd i slutet av avbildningsproceduren avlivas djur med hjälp av en överdos av bedövningsmedel i en induktionskammare (5% isofluran), enligt bilaga VI till D.Lgs 26/2014.
    OBS: När det gäller 18F-baserade radionuklider enligt detta protokoll är 24 timmar efter spårinjektion tillräcklig för att uppnå en nivå av kvarvarande radioaktivitet på djurets kropp som är säker för alla praktiska ändamål.

8. Rekonstruktion av hjärtats 4DCT-bilder med hjälp av inneboende kardiorespiratorisk gating

OBS: Efter avslutad bildstudie utförs standard PET- och CT-rekonstruktion automatiskt. Ändå måste rekonstruktionen av 4D (Cine) cardio CT-sekvensen utföras manuellt och kräver viss användarinteraktion. Denna speciella typ av rekonstruktion, obligatorisk för den efterföljande morfofunktionella hjärt-CT-analysen, diskuteras i detta avsnitt.

  1. Öppna hjärtgrindsmodulen i tomograghs GUI och välj den bildstudie som ska analyseras.
  2. Välj ett område av intresse (ROI) på det visade djurets röntgenbilder (figur 2) för att bygga en tidsberoende hjärtrörelsekurva, som representerar grindsignalen - kymogrammet. Flytta vertikalt den förritade rektangulära avkastningen på ett sådant sätt att både hjärttoppen och membranet väljs. Välj sedan Gating signalanalys. Användargränssnittet visar nu grindsignalen både på tidsdomänen och frekvensdomänen.
  3. I det första frekvensdomändiagrammet väljer du andningsfrekvensbandet genom att markera den första gruppen toppar i frekvensspektrumet (se figur 3 för ett exempelspektrum).
  4. I den andra frekvensdomängrafen väljer du hjärtrörelsefrekvensbandet och markerar den näst skarpaste toppen.
  5. I nästa fas, observera tidsdomänens gate-signal med färgmarkörer (prickar) överlagrade, vilket visar de identifierade andningstopparna och hjärtkontraktionstopparna. Om markörpositionerna passar bra med andnings- och hjärttopparna i den ursprungliga grindsignalen, fortsätt till nästa fas. Annars:
    1. Om formen på grindsignalen skiljer sig för mycket från den som visas i figur 3, gå tillbaka till steg 8.2 och välj en annan roi.
    2. Om formen på grindsignalen är någorlunda lik den som visas i figur 3, gå tillbaka till steg 8.3 och steg 8.4 och välj olika frekvensband på grindsignalspektrumet.
  6. I nästa fas väljer du minst fyra hjärtportar.
    OBS: Typisk Cine-CT-rekonstruktion består av 8-12 hjärtportar.
  7. Välj rätt andningsfönster med hjälp av rullgardinsmenyn: Andningsfönster | 20% -80%.
    OBS: Detta kommer att behålla 60% av de förvärvade data i rekonstruktionen, exklusive fasen av toppinspiration och därmed förbättra skärpan hos de rekonstruerade myokardväggarna i varje hjärtfas.
  8. Utför rekonstruktion för att konvertera de retrospektivt gated Cine-CT-bilderna till DICOM-format, redo att importeras till programvaran för efterföljande funktionell analys.

Figure 2
Bild 2: ROI-markeringsverktyg för inneboende gating. Denna bild visas i tomografens GUI under Cine-CT-rekonstruktionsfasen. Användaren måste välja positionen för ROI (gul rektangel) på vilken den inneboende grindsignalen (kymogrammet) erhålls från de råa CT-projektionerna. Det cirkulära föremålet överlagrat på djurbröstet är andningskudden som endast används för fysiologisk övervakning under studien. Förkortningar: ROI = region av intresse; CT = datortomografi; GUI = grafiskt användargränssnitt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: Exempel på grindsignal (övre bildruta) och motsvarande frekvensspektrum (mitt och nederst). Bilder som erhållits med hjärt-gate-modulen i Atrium-programvaran. Användaren måste välja rätt frekvensband för både andningsrörelser (mittram) och hjärtrörelser (nedre ram). Detta möjliggör identifiering av andnings- och hjärtmarkörerna på grindsignalen, som måste kontrolleras av användaren innan du fortsätter med 4D-rekonstruktionen. Dålig identifiering av topparna eller fel tilldelning (t.ex. andningsvägar till hjärt eller vice versa) kommer att leda till felaktig rekonstruktion. De data som visades erhölls från analysen av en 4D Cine-CT-skanning av en frisk, vuxen manlig Wistar-råtta (507 g) injicerad med 2 ml iomeprol, 200 mg / ml, med en hastighet av 0,4 ml / min i 5 minuter (grafen ovanpå zoomas in på de första 22 s av förvärvet för att möjliggöra bättre visualisering av den identifierade hjärt- och andningsrörelsen). Förkortning: CT = datortomografi. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

9. PET-hjärtanalys

OBS: Detta avsnitt visar hur man utför en kinetisk analys av dynamiska [18F] FDG-data från smådjurets vänstra kammare. Analysen baseras på Carimas programvara. Instruktionerna nedan är inte avsedda att ersätta programvarans användarmanual17. Förfarandet som presenteras nedan är baserat på Patlak grafisk analys av dynamiska PET-data18. Se avsnittet Diskussion för mer information om den här analysen.

  1. Öppna DICOM-bilderna för den dynamiska PET-genomsökningen.
  2. Välj modulen HeartPlugin .
  3. Zooma in i bilden på musen/råtthjärtat och välj den sista tidsramen (eller motsvarande, summan av de senaste tre till fem tidsramarna) för vilken det mesta av blodpoolsaktiviteten redan har tvättats ut.
  4. Följ instruktionerna på skärmen för att omorientera bilden längs djurhjärtats huvudaxel (kort axel, vertikal och horisontell lång axel). Gör detta interaktivt genom att flytta de visade markörerna för hjärtbasen och toppen (figur 4).
  5. Välj segmenteringsverktyget .
    Som standard är automatisk segmentering aktiverad, vilket ger tillförlitliga resultat i de flesta fall.
  6. Om resultatet av den automatiska segmenteringen inte är acceptabelt, förfina formen på det segmenterade myokardiet och / eller LV-hålrummet genom att aktivera manuellt läge (ROI-sökning inaktiverad).
  7. I modelleringsverktyget väljer du lämplig kinetisk modell som ska användas för dynamisk PET-analys. Välj i så fall Grafisk | Patlak för att möjliggöra Patlak-plotanalysen för beräkning av den metaboliska hastigheten för glukosupptag (MRGlu) för varje hjärtsektor.
  8. I polarmap-verktyget väljer du rätt antal visade hjärtsegment. Välj i så fall 17 segment.
  9. Tryck nu på Fit-knappen för att utföra monteringsproceduren för Patlak-analysen.
  10. I slutet av monteringsproceduren, observera den visade polära kartan över K i-värdena (dvs. lutningen på den linjära regressionen uttryckti ml / [ml × min]).
  11. Använd K i-värdena för varje sektor som visasi en tabell och beräkna MRGlu med hjälp av ekvation (2):
    MR Glu = (Ki × PGlu)/LC (2)
    där PGlu är ett blodprovsbaserat värde av plasmaglukoskoncentrationen (mmol / L), och den klumpade konstanten (LC) är en empirisk koefficient som används för att kompensera för skillnaden i upptag mellan normal glukos och FDG. Se till exempel Ng et al.22 för typiska värden för den klumpade konstanten under olika experimentella förhållanden.
    OBS: Innan PET-analys påbörjas är det god praxis att visuellt inspektera den dynamiska sekvensen av PET-volymer i PET-analysprogramvaruverktyget. Detta är nödvändigt för att utesluta makroskopisk djurrörelse mellan tidsramar under studien. Om rörelse är närvarande bör korrekt bildregistrering (utanför ramen för detta protokoll) utföras före analys, om möjligt.

Figure 4
Figur 4: Omorienteringsverktyg för PET-analysprogramvaran. Projiceringen av två enkla linjesegment i 3D-rymden visas på vart och ett av de tre standardplanen (transaxial, koronal och sagittal). Det första segmentet tillåter användaren att välja hjärtbas och topp, medan den andra gör det möjligt att välja vänster och höger sida av hjärtat. Detta steg resulterar i en ny (interpolerad) PET-bild (nedre raden), där hjärtat omorienteras längs standard AHA-representationen. Bilder erhölls med Carimas från en frisk vuxen manlig CD-1-mus som väger 51 g och injicerades med 10 MBq [18F] FDG. Förkortningar: PET = positronemissionstomografi; AHA = Amerikanska hjärtföreningen; FDG = fluorodeoxiglukos. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

10. Cine-CT hjärtanalys

OBS: Detta avsnitt visar hur man utför kvantitativ analys av Cine-CT-hjärtbilden för att samla in globala kvantitativa data om hjärtfunktionen. Analysen är baserad på Osirix MD-programvaran. Instruktionerna nedan är inte avsedda att ersätta Osirix användarmanual24.

  1. Ladda DICOM-bilderna av Cine-CT-skanningen i programvaran.
  2. Öppna den dynamiska datauppsättningen med den inbyggda 4D-visningen.
  3. Använd verktyget 3D Multiplanar Reformation (MPR) för att omorientera bilddata längs den korta axeln (figur 5).
  4. Exportera omorienterade data till DICOM och se till att hela 4D-data exporteras, med bevarad segmenttjocklek (samma som originalet) och bildbitdjup (16 bitar per voxel)
  5. Öppna de exporterade 4D MPR-bilderna med 4D-visningen.
  6. Välj en tidsram som motsvarar slutdiastol. Bläddra igenom alla tidsramar med tidsreglaget i huvudverktygsfältet för att säkerställa att rätt hjärtfas väljs.
  7. På den här tidsramen väljer du det slutna polygonanteckningsverktyget och avgränsar manuellt LV: s endokardiella vägg.
  8. Gör samma sak för 10-20 skivor från basen till toppen, se till att alla ROI: er har samma namn (t.ex. LVENDO).
  9. På ROI-menyn väljer du ROI-volym | Generera saknade ROI:er för att generera ROI:erna på alla segment med kort axel genom interpolering av de manuellt ritade ROI:erna.
  10. På ROI-menyn väljer du ROI-volym | Beräkna volym för att beräkna volymen för ROI-gruppen med samma ROI-namn.
  11. Bläddra igenom tidsramarna och välj en fas som motsvarar end-systole (mindre LV-volym) och upprepa steg 10.7-10.10 ovan.
  12. Beräkna slagvolymen (SV) och utkastningsfraktionen med hjälp av ekvationerna (3) och (4):
    SV = EDV - ESV[ml] (3)
    EF = 100 × SV/EDV [%] (4)
    där EDV är den slutdiastoliska volymen och ESV är den slutsystoliska volymen.

Figure 5
Figur 5: Grafiskt gränssnitt för det multiplanära reformationsverktyget. Detta verktyg används för omorientering av Cine-CT-data för efterföljande funktionell analys. Användaren ska rotera och översätta referensaxlarna på skärmens vänstra sida på ett sådant sätt att kortaxelvyn av hjärtat visas till höger. I slutet av den här proceduren kan användaren exportera de omorienterade bilderna som en DICOM-filuppsättning. Bilderna erhölls med Osirix MD och avser en frisk vuxen Wistar-råtta (507 g) injicerad med 2 ml iomeprol, 200 mg/ml, med en hastighet av 0,4 ml/min i 5 minuter, rekonstruerad med filtrerad backprojection med en voxelstorlek på 0,24 mm3. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

I detta avsnitt visas typiska resultat för både PET- och CT-analys enligt de procedurer som hittills beskrivits. Figur 6 visar resultaten av den automatiska segmenteringen av myokardiell och LV-hålighet av [18F] FDG PET scan av en kontroll (frisk) CD-1-mus. Även om höger kammare inte alltid är synlig i de rekonstruerade bilderna, kan orienteringsaxlarna baserade på DICOM-huvudet användas för att korrekt skilja interventrikulär septum från de andra LV-väggarna, vilket krävs för tillförlitlig identifiering av standardsektorerna enligt American Heart Association (AHA) rekommendationer25 . Vid myokardiell ischemi framträder en regional sänkning av spårupptag som ett typiskt tecken på förlust av myokardiell vitalitet. Detta är inte nödvändigtvis korrelerat med reducerad perfusion, vilket skulle behöva ett annat spårämne (t.ex. [13 N]NH3 eller [15O] H2O) för att visualiseras i PET-bilder. Även hos friska försökspersoner observeras vanligtvis lägre rekonstruerade värden runt toppen vid PET (se figur 6). Detta kan uppstå från en mer uttalad partiell volymartefakt på grund av en (i allmänhet) tunnare myokardtjocklek vid toppen jämfört med till exempel vänster vägg eller septum.

Figure 6
Figur 6: Resultat av den automatiska segmenteringen av PET-analysprogramvaran. Bilderna erhölls med heart-plugin från Carimas-programvaran. Segmentering gjordes efter standardomorientering enligt AHA-riktlinjer. Bilderna som visas hänvisar till en frisk vuxen manlig CD-1-mus (samma som figur 4) som väger 51 g och injiceras med 10 MBq [18 F] FDG, utan hjärtgating, och summerar de sista 15minuterna av en 60 min PET-skanning. Bilderna rekonstruerades med en iterativ 3D-OSEM-algoritm med en voxelstorlek på 0,85 mm3. Förkortningar: PET = positronemissionstomografi; AHA = Amerikanska hjärtföreningen; FDG = fluorodeoxiglukos. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

I figur 7 visas ett exempel på den regionala Ki som erhållits genom Patlak grafisk analys18 (uppe till vänster). I ramen längst ner visas Patlak-spridningsdiagrammet och motsvarande resultat av den linjära regressionsanalysen. Varje punkt i spridningsdiagrammet representerar förhållandet mellan vävnadsaktivitetskoncentration och plasmaaktivitetskoncentration vid en given tidpunkt t (efter korrigering för radioaktivt sönderfall), CT(t)/CP(t), plottad mot tidsintegralen av plasmaaktivitetskoncentrationen från injektionstiden t 0 =0 till tiden t. Tabellen längst upp till höger i figur 7 visar värdena för lutningen (Ki) och skärningspunkten (Ic) för den linjära passningen som utförts på varje segment, tillsammans med motsvarande bestämningskoefficient (R2).

När det gäller hjärt-PET kan tecken på dåligt utförande av protokollet inkludera, men är inte begränsade till, följande: (i) lågt eller frånvarande spårupptag från myokardiet, vilket vanligtvis är ett tecken på att ett problem inträffade under spårinjektionen, såsom en extravaserad injektion; ii) liknande problem som i föregående punkt om djurtemperaturen är för låg under PET-skanningen (t.ex. under 35 °C) och därmed ett förändrat spårupptag uppstår, (iii) tydlig bildsuddighet, vilket kan bero på en anestesinivå som är för låg eller ofrivillig rörelse.

Figure 7
Figur 7: Resultat av den grafiska analysen av Patlak. Bilderna erhölls med heart-plugin från Carimas-programvaran. Överst till vänster: parametrisk polarkarta över regionala K ii LV som härrör från Patlak-analysen. Överst till höger: medelvärden för Ki och IC på varje myokardsegment, tillsammans med bestämningskoefficienterna för varje linjär passning (R2). Nederst: punktdiagram över y(t) kontra x(t) (se text för mer information) för det valda myokardiella segmentet (segment 1 i det här exemplet). Detta resultat avser de myokardiella PET-bilderna som visas i figur 4 och figur 6 (frisk vuxen manlig CD-1-mus som väger 51 g och injiceras med 10 MBq av [18F] FDG). Förkortningar: PET = positronemissionstomografi; FDG = fluorodeoxiglukos. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8: Exempel på manuell segmentering av LV för en råtta. Bilden avser samma djur som visas i figur 5 och erhölls med Osirix MD. Den resulterande volymetriska analysen av LV vid änddiastol och ändsystol visas längst ner. Från dessa resultat beräknas EF och SV enligt ekvationerna 3 och 4. Förkortningar: EF = utstötningsfraktion; SV = slagvolym; ROI = regioner av intresse; LV = vänster kammare. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 9
Bild 9: Volymåtergivning av Cine-CT-bilderna. Bilderna avser samma råtta som visas i figur 5 och figur 8 (frisk vuxen Wistar-råtta av hankön som väger 507 g och injiceras med 2 ml iomeprol, 200 mg/ml, med en hastighet av 24 ml/h i 5 minuter, rekonstruerad med FBP med en voxelstorlek på 0,24 mm3). Förkortningar: RA = höger atrium; LA = vänster atrium; LV = vänster kammare; RV = höger kammare; CT = datortomografi; FBP = Filtrerad BackProjection. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 8 och figur 9 behandlar de representativa resultaten av Cine-CT-hjärtanalysen för en frisk råtta. I figur 8 visas de olika formerna och storleken på LV för de slutdiastoliska och slutsystoliska faserna, tillsammans med 3D-rekonstruktionen av den segmenterade LV-volymen i båda faserna. I detta exempel resulterade beräkningen av volymerna enligt ekvationerna 3 och 4 i EDV = 0,361 ml och ESV = 0,038 ml, vilket motsvarar en slagvolym på SV = 0,323 ml och en ejektionsfraktion EF = 89,4%. Detta överensstämmer med de resultat som rapporterats om liknande protokoll i litteraturen, som visar normal EF för råttor i intervallet 70% -90% 26. Infarkterade hjärtan kan leda till en minskad EF, i intervallet 50%-70% eller mindre, beroende på lesionens svårighetsgrad och förlängning av det akinetiska myokardiet.

Följande tecken på dåligt utförande av experimentet kan uppstå för Cine-CT-bilder: (i) minskad eller frånvarande bildkontrast mellan hjärtkamrarna / kärlen och myokardiet; i detta fall är det troligt att ett problem i kontrastmedelsinjektionen inträffade; ii) suddiga konturer av hjärt- och kärlväggarna, i detta fall har ett problem i rekonstruktionen inträffat, troligen på grund av felaktig identifiering av hjärt- och andningstopparna från den inneboende grindsignalen, vilket i sin tur kan bero på dåligt val av frekvensband (figur 3) och / eller dåligt val av grindsignalens ROI (figur 2); (iii) uppenbara rörelseartefakter, vilket kan bero på en anestesinivå som är för låg eller ofrivillig rörelse.

I figur 9 visas en volymåtergivning av samma råtthjärta för både end-diastole och end-systole. Denna typ av visualisering gör det bara möjligt att avbilda de jodförbättrade kamrarna och kärlen, så deras värde är mer kvalitativt än kvantitativt. Icke desto mindre kommer minskad rörlighet hos myokardväggarna, såsom den som påträffas hos infarkterade råttor, att producera volymetriska bilder med mindre uppenbara skillnader mellan de end-diastoliska och end-systoliska faserna.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokollet som presenteras i denna uppsats fokuserar på ett typiskt experimentellt förfarande för translationell kardiovaskulär forskning på smådjursmodeller av hjärtskada genom att använda högupplöst PET / CT-avbildning. De presenterade resultaten indikerar det höga kvantitativa och kvalitativa värdet av PET- och Cine-CT-bilder, vilket ger både funktionell och strukturell information om hela hjärtat om dess glukosmetabolism, form och dynamiken i dess sammandragning. Dessutom är alla erhållna bilder 3D, tidsupplösta och presenterar isotropa pixelavstånd; Detta är fördelaktigt ur bildbehandlingssynpunkt eftersom det inte kräver förskanningsoperatorberoende uppgifter för att välja specifika segmentorienteringar längs hjärtats standardaxlar.

Detta dokument innehåller ett protokoll baserat på Patlak grafisk analys av dynamiska PET-data18. Denna typ av analys är användbar för att beskriva irreversibelt spårupptag från vävnaden, vilket är en bra approximation i fallet med [18F] FDG, där effekten av defosforylering eller metaboliter i allmänhet är försumbar i myokardiet19. Inom denna approximation kan förhållandet mellan den sönderfallskorrigerade vävnadsaktivitetskoncentrationen CT(t) och den sönderfallskorrigerade plasmaaktivitetskoncentrationen CP(t) approximeras med följande ekvation (5):

Equation 1 (5)

som håller för tider t, efter en viss starttid, t*, som måste bestämmas empiriskt. I ovanstående ekvation representerar konstanten K i nettoinflödeshastigheten från blod till vävnad, medan IC är en konstant som involverar blodvolymfraktionen och distributionsvolymen för spårämneti det reversibla facket (dvs plasma). En mer detaljerad matematisk härledning av denna formel finns någon annanstans20. Om tidsaktivitetskurvorna (TAC: erna) för både plasma och vävnad är tillgängliga (t.ex. från en dynamisk PET-skanning och/eller plasmaprovtagning) kan ett 2D-spridningsdiagram skapas genom plottning Equation 2 och för varje bildtid, t, så att Ki och IC lätt kan bestämmas som spridningsdiagrammets lutning och Equation 3 skärningspunkt genom enkel linjär regression. begränsad till de tidpunkter t > t* varefter linjäritet observeras. Det måste understrykas att den långvariga anestesin kan påverka myokardiets ämnesomsättning21. Av denna anledning är det mycket viktigt att standardisera protokollet så att intersubjektvariationer av alla relevanta fysiologiska parametrar hålls till ett minimum. Förfarandet som beskrivs i protokollet, implementerat i Carimas, möjliggör regional Patlak grafisk analys av myokardiet; vi har använt aktivitetskoncentrationen av helblodet i LV-hålan som en approximation av plasmainmatningsfunktionen CP(t).

Vissa PET-skannrar kan ha lägre rumslig upplösning och/eller känslighet, vilket leder till användning av större ROI och konsekventa partiella volym-/spridningsfel i tidsaktivitetskurvorna (TAC) för mätningarna, särskilt den plasmatiska som används som ingångsfunktion (IF). I detta fall kan analysprotokollet modifieras genom att skapa en hybrid IF baserat på bildvärdena i den tidiga fasen efter injektion och på blodprovsaktivitetskoncentrationen (se protokoll steg 6.8) i sen fas (>20 min). De korrigerade punkterna i hybrid-IF kan beräknas genom interpolering, vilket visas av Shoghi et al.23. Inom Carimas är det möjligt att exportera de råa TAC: erna för varje myokardsegment, korrigera arteriell TAC och ladda dem igen för att utföra Patlak-analys direkt på de korrigerade kurvorna. På grund av komplexiteten i den operation som krävs har vi inte tillhandahållit specifika protokolloperationer för att göra det, eftersom de resultat som erhållits i det fall som beskrivs i detta protokoll har en god reproducerbarhet för de flesta applikationer.

En möjlig tillämpning av det presenterade protokollet är i små djurmodeller av hjärtinfarkt. För att undvika begränsningar för ett sådant specifikt område av bildforskning lade vi inte till en specifik protokollinstruktion för induktion av MI eller andra typer av hjärt-kärlsjukdomar. Detaljerade kirurgiska ingrepp finns på andra ställen i litteraturen12,13, och de har framgångsrikt tillämpats i vår grupp med målet att skildra kompletterande information för både regionala perfusionsdefekter och ischemiinducerad angiogenes4. Ändå kan PET / CT-avbildningsprotokollet som presenteras i detta papper vara användbart i en mängd olika studiedesigner när hjärtmetabolism, funktion och / eller morfologi är oroande, inklusive, men inte begränsat till, metaboliska sjukdomar27, svar på terapi och / eller på olika dieter 28 och strålningsinducerade skador29. Dessutom kan denna typ av undersökning vara användbar vid validering av nya molekylära sonder för övervakning av hjärtombyggnad och neovaskularisering i samband med global och regional hjärtfunktion och morfologi 4.

Här har vi diskuterat en typisk PET-bildförvärv och analys med fokus på kvantifiering av myokardiellt regionalt glukosupptag med hjälp av [18F] FDG; För hjärtinfarktavbildning är detta till exempel användbart och allmänt använt för att mäta hjärtfrekvensen26 som kompletterande information om perfusion, vilket istället kräver olika spårämnen. Dessutom är [18F] FDG det mest tillgängliga spårämnet inom PET-avbildning, och därför beslutade vi att skräddarsy detta protokoll till detta spårämne för att öka dess tillämplighet. Med mindre modifieringar av analysarbetsflödet kan samma procedur användas för att kvantifiera till exempel det regionala myokardiella blodflödet (MBF), med [13 N]NH3 eller [15O] H2O som blodflödesspårare30.

I dessa fall kräver PET-förvärvsprotokollet mindre förändringar, med tanke på de olika radionuklidförfallstiderna på 13N (T 1/2 = 9,97 min) och 15 O (T 1/2 = 2,04 min) med avseende på 18F (T1/2 = 109,8min). Vidare måste lämpliga kinetiska modeller användas istället för den som presenteras i detta dokument, som vanligtvis finns i de flesta kvantitativa bildbehandlingsprogram för PET-analys; Förutom dessa punkter är det experimentella förfarandet som presenteras i detta protokoll mestadels lämpligt för andra typer av experimentella undersökningar med fokus på hjärtan hos små djur. Även om protokollet var speciellt utformat för hjärtavbildning av musmodeller, kan arbete med råttor innebära vissa modifieringar av det faktiska protokollet, främst på grund av djurets större storlek (~ 10x tyngre). Ytterligare information har dock lagts till i protokollet för att ange de nödvändiga ändringarna för råttavbildning för enkelhetens skull.

En fördel med det presenterade protokollet är att det inte kräver användning av EKG-sonder på djuret, eftersom PET-studien kan utföras på ett tillförlitligt sätt utan gating, och CT-studien använder inneboende (sensorlös) retrospektiv gating. Algoritmen vid basen av den inneboende gateg-programvaran är baserad på arbetet med Dinkel et al.31. Denna metod visar mycket hög överensstämmelse med EKG-baserad (yttre) hjärt-gating och kan till och med potentiellt vara bättre vid arytmier på grund av dissociation av mekaniska och elektriska händelser31. Även om inneboende gating kan implementeras i helautomatiska arbetsflöden32, är detta protokoll baserat på en interaktiv metod implementerad i IRIS CT-skannern, vilket ger mer flexibilitet i valet av parametrar. Som diskuterats krävs mindre anpassningar av procedurerna vid användning av råttor istället för möss, främst när det gäller de injicerade doserna, behovet av dämpningskorrigeringsskanningar (CTAC) vid användning av större djur, samt vissa skillnader mellan typerna av CT-kontrastmedel. När det gäller denna sista punkt, användningen av jod-rika olja-i-vatten lipidemulsioner på råttor rapporteras också i de tekniska anteckningarna från små djur CA leverantörer. På grund av de relativt stora injektionsvolymerna som är inblandade, den relativt högre kostnaden och den mindre utbredda tillgängligheten av dessa specialiserade kontrastmedel har vi också presenterat en modifiering av protokollet baserat på allmänt tillgängliga vaskulära kontrastmedel, såsom iomeprol, som är allmänt tillämpligt i kliniska miljöer. På grund av det mycket snabba avståndet mellan sådana vanliga vaskulära medel krävs i detta fall en motoriserad injektionspump som möjliggör långsam kontinuerlig injektion.

Begränsningar av metoden
Tillämpligheten av de presenterade PET / CT-protokollen bygger på tillgången på instrumentering som i allmänhet är mindre utbredd och dyrare än andra tekniker (främst amerikansk ekokardiografi), även om den kontextuella informationen om struktur, funktion och metabolism inte kan uppnås med någon annan teknik med samma känslighet och flexibilitet vid valet av molekylär sond. Ett framgångsrikt slutförande av hela arbetsflödet för förberedelse/förvärv/analys med denna metod kräver dock ett starkt samarbete mellan flera professionella personer, inklusive biologer, veterinärläkare, kemister, fysiker och bioingenjörer. Detta är ännu mer sant när icke-standardiserade PET-spårämnen används, vilket innebär ansträngningar i både radiosyntes och matematisk modellering, liksom i anpassningen av analysprogramvaran för korrekt och tillförlitlig kvantifiering33,34,35.

I protokollavsnitt 9 har vi beskrivit en mycket enkel kvantifieringsprocedur genom att använda en bildhärledd inmatningsfunktion (IDIF) och påpekat att ett blandat tillvägagångssätt med IDIF och blodprovshärledd IF för sena ramar kan ge bättre resultat. Det måste noteras att användning av aktivitet mätt från helt (venöst) blod som tas från svansen anses vara en tillförlitlig approximation i [18F] FDG, men det kräver ytterligare korrigeringar för metaboliternas aktivitet när det gäller olika spårämnen36,37. En av de mest kritiska punkterna i hela protokollet är den intravenösa cannulationen, vilket ger venös åtkomst för att injicera både det radioaktiva spårämnet för PET-skanningen och det joderade kontrastmedlet för CT-skanningen. Om du inte lyckas utföra detta kritiska steg resulterar det i värdelösa bilder, eftersom den effektiva mängden cirkulerande PET-spårämne eller CT CA kan vara lägre än vad som krävs. Expertpersonal med särskild utbildning för injektion av svansvenen måste vara involverad i denna procedur för att ge tillförlitliga resultat.

En nackdel med CT för dynamisk hjärtavbildning är dess relativt lägre tidsupplösning jämfört med USA och MR, även om 3D-hjärtavbildning med ultraljud kräver användning av ett motoriserat översättningssteg för sonden och efterföljande bildregistrering för att få korrekta resultat. Behovet av att konsekventa volymer CA injiceras för korrekt diskriminering av blod och myokardium i rekonstruerade bilder är ett av de största problemen på grund av metodens inneboende låga känslighet. I detta protokoll har vi begränsat injektionsvolymen av CA för CT-studier till 0,5 ml på möss och 2 ml hos råttor, med kontinuerlig infusion i 3 min vid 10 ml/h hos möss och i 5 min vid 24 ml/h hos råttor. Vi har observerat att dessa hastigheter och volymer av injektioner tolereras väl av djuren. De kvantiteter som beskrivs här är i linje med eller är mindre än motsvarande protokoll som finns i litteraturen.

beskrev ett Cine-CT-protokoll för avbildning av murin hjärtinfarkt, som involverar en basal (pre-scan) bolusinjektion av 0,2 ml olja-i-vatten lipidemulsionsblodpool CA följt av en kontinuerlig injektion av iomeprol vid 1 ml / h i 1 h38. jämförde ett liknande hjärt-Cine-CT-protokoll baserat på en 1 h infusion av Isovue 370 (iopamidol) med en bolusinjektion på 0,5 ml/25 g kroppsvikt av Fenestra VC (olja-i-vatten lipidemulsion), och fann bättre resultat när det gäller bildkontrast i det andra fallet39. Samma tillverkare av Fenestra VC-kontrastmedlet rapporterade en rekommenderad injektionsvolym på 0,4 ml/20 g kroppsvikt för vaskulär avbildning med mikro-CT40. Nya CA: er med högre densitet som eXIA 160 XL, MVivo Au, Aurovist 15 nm eller Exitron nano 12000 har dock nyligen kommit in på den prekliniska marknaden och har potential att minska injektionsvolymerna i hjärtmikro-CT-protokoll. genomförde en omfattande karakterisering av sådana CAs41. Stråldosen i gated CT är ett annat vanligt problem för longitudinella studier; i detta fall är den maximala dosen för det beskrivna Cine-CT-protokollet under 200 mGy för både möss och råttor, uppskattat på grundval av tidigare dosimetrisk karakterisering av vår CT-skanner42. Detta är ungefär 5x lägre än den rapporterade dosen i litteraturen för 4D-hjärt-CT-skanningar38,39 och 30x lägre än den genomsnittliga dödliga dosen för total kroppsbestrålning av små djur, uppskattad till 6 Gy43.

Protokollets tillämplighet på olika instrument och programvara
Även om de specifika instruktionerna som presenteras i detta protokoll oundvikligen är skräddarsydda för en specifik PET / CT-tomograf, kan de bilduppgifter som presenteras här anpassas till olika bildsystem. När det gäller PET-delen av detta protokoll har alla toppmoderna PET- eller PET/CT-system som utformats för smådjursforskning prestandakrav (i fråga om rumslig och tidsmässig upplösning) som är lämpliga för att genomföra protokollet. När det gäller hjärt-CT kan protokollet ändras beroende på det specifika kardio-respiratoriska gatingsystemet som används (t.ex. yttre eller inneboende). Läsarna kan hänvisa till de senaste översiktsartiklarna och bokkapitlen för en grundlig diskussion om nuvarande PET-, CT- eller PET / CT-systems kapacitet44,45,46. Observera att CT- och PET-protokollen som presenteras i detta papper kan utföras oberoende, baserat på kapaciteten och särdragen hos den tomografiska instrumenteringen som används. Vi tror därför att de presenterade procedurerna kan ge en användbar referens för alla utövare som är intresserade av att för första gången genomföra en hjärt-PET / CT-studie på små djur.

Alla användare med tillräckliga färdigheter i den allmänna protokollinställningen för sin egen PET / CT-tomograf bör kunna implementera de nödvändiga anpassningarna på den presenterade metoden för att få likvärdiga resultat i sitt laboratorium. Samma argument kan användas för avsnittet tillägnad bildanalys. En grundlig lista över alla tillgängliga programvarupaket för hjärt-PET- och hjärt-CT-analys ligger utanför syftet med detta dokument. Många andra jämförbara programvarupaket använder dock en liknande metod för polarkartgenerering och regional spårkinetisk analys. Läsaren kan hänvisa till Wang et al.47 och referenser inom för uppgiften att PET-kvantifiera och till relevanta forskningsartiklar48,49,50 för 4D CT-kvantifiering. I det här fallet har vi beslutat att fokusera detta protokoll på Carimas 51,52,53,54 och OsiriX55,56,57,58 för kvantitativ analys av hjärt-PET- respektive CT-bilder. På grund av den utbredda användningen av dessa verktyg tror vi att detta val kan vara till hjälp för att öka forskarsamhällets intresse för implementering och tillämpning av de presenterade metoderna, jämfört med en diskussion som fokuserar på slutna, kommersiella och skannerspecifika analysverktyg som tillhandahålls av vissa PET- och CT-skannertillverkare.

Ändringar av det kvantitativa bildanalysprotokollet
Exempelresultaten som visas här är bara ett enkelt resultat av en enkel kvantitativ analysuppgift, som kan anses vara tillräcklig för de flesta praktiska ändamål i translationella kardiovaskulära forskningsexperiment med fokus på små djurmodeller av hjärtskada. Många fler analysalternativ är dock möjliga, med utgångspunkt från DICOM-bilderna som härrör från förvärvs-/rekonstruktionsprotokollet som beskrivs i detta dokument. Till exempel kan man vara intresserad av att tillämpa olika fackmodeller istället för Patlak grafisk analys från dynamiska [18F] FDG-PET-data 59,60,61. Dessutom var analysen av hjärtfunktionen baserad på 4D Cine-CT-bilder som visas i detta protokoll endast global för hela LV, men flera olika (främst kommersiella) program tillåter användare att utföra töjningsanalys och regional väggrörelse, väggförtjockning och regional EF-analys från samma bilder49. Vi anser dock att de exempel som visas här utgör en bra utgångspunkt för mer djupgående efterbehandling och kvantitativa uppgifter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Daniele Panetta fick bidrag för FoU av mikro-CT-instrumentering från Inviscan Sas.

Acknowledgments

Denna forskning stöddes delvis av JPI-HDHL-INTIMIC "GUTMOM" -projektet: Moderns fetma och kognitiv dysfunktion hos avkomman: Orsakseffektrollen för GUT MicrobiOMe och tidig kostprevention (projektnummer INTIMIC-085, italienska utbildningsministeriet, universitets- och forskningsdekret nr 946/2019).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.9% sterile saline Fresenius Kabi 0.9% sodium chloride for injection
1025L Physiological Monitoring Small Animal Instruments Physiological monitoring system for small animal imaging
5 mL syringes Artsana Syringes with needle for injection of PET tracer
Atomlab 500 Else Nuclear PET Dose calibrator
Atrium software Inviscan Version 1.5.5 PET/CT operating software
Butterfly catheters Delta Med 27.5 G needle
Carimas software Turku PET Center Version 2.10 Image analysis software
Fenestra VC Medilumine Lipid emulsion iodinated contrast agent for small animals
Heat lamp Heat lamp with clamp and switch
Insulin syringes Artsana Syringes with needle for injection of CT CA
Iomeron 400 mgI/mL Bracco Iomeprol, vascular contrast agent
IRIS PET/CT Inviscan PET/CT scanner for small animals
Isoflurane Zoetis Inhalation anesthetic, 250 mL
OneTouch Glucometer Johnson&Johnson Medical Glucose meter kit
Osirix MD software Pixmeo Version 11 Image analysis software
Oxygen Air liquide Compressed gas
Rectal probe for 1025L Small Animal Instruments Rectal probe with cable for SAII 1025L systems
Respiratory sensor for 1025L Small Animal Instruments Respiratory pillow with tubings for SAII 1025L systems
TJ-3A syringe pump Longer Motorized syringe pump for CT CA injection

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Zaragoza, C. Animal models of cardiovascular diseases. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 497841 (2011).
  2. Russell, J. C., Proctor, S. D. Small animal models of cardiovascular disease: Tools for the study of the roles of metabolic syndrome, dyslipidemia, and atherosclerosis. Cardiovascular Pathology. 15 (6), 318-330 (2006).
  3. Riehle, C., Bauersachs, J. Small animal models of heart failure. Cardiovascular Research. 115 (13), 1838-1849 (2019).
  4. Menichetti, L., et al. MicroPET/CT imaging of αvß3 integrin via a novel 68Ga-NOTA-RGD peptidomimetic conjugate in rat myocardial infarction. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 40 (8), 1265-1274 (2013).
  5. Zhou, H., et al. Development of a micro-computed tomography-based image-guided conformal radiotherapy system for small animals. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 78 (1), 297-305 (2010).
  6. Di Lascio, N., Kusmic, C., Stea, F., Faita, F. Ultrasound-based pulse wave velocity evaluation in mice. Journal of Visualized Experiments. (120), e54362 (2017).
  7. Dann, M. M., et al. Quantification of murine myocardial infarct size using 2-D and 4-D high-frequency ultrasound. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 322 (3), 359-372 (2022).
  8. Espe, E. K. Novel insight into the detailed myocardial motion and deformation of the rodent heart using high-resolution phase contrast cardiovascular magnetic resonance. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15 (1), 82 (2013).
  9. Vanhove, C., et al. Accurate molecular imaging of small animals taking into account animal models, handling, anaesthesia, quality control and imaging system performance. EJNMMI Physics. 2 (1), 31 (2015).
  10. Garcia, M. J., et al. State of the art: Imaging for myocardial viability: A scientific statement from the American Heart Association. Circulation: Cardiovascular Imaging. 13 (7), 000053 (2020).
  11. Panetta, D., et al. Cardiac computed tomography perfusion: Contrast agents, challenges and emerging methodologies from preclinical research to the clinics. Academic Radiology. 28 (1), 1-18 (2020).
  12. Kusmic, C. Up-regulation of heme oxygenase-1 after infarct initiation reduces mortality, infarct size and left ventricular remodeling: experimental evidence and proof of concept. Journal of Translational Medicine. 12 (1), 89 (2014).
  13. Muthuramu, I., Lox, M., Jacobs, F., De Geest, B. Permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in mice: A model of post-myocardial infarction remodelling and heart failure. Journal of Visualized Experiments. (94), e52206 (2014).
  14. Fischer, M., et al. Comparison of metabolic and functional parameters using cardiac 18F-FDG-PET in early to mid-adulthood male and female mice. EJNMMI Research. 11 (1), 7 (2021).
  15. Valenta, I., et al. Feasibility evaluation of myocardial cannabinoid type 1 receptor imaging in obesity: A translational approach. JACC: Cardiovascular Imaging. 11 (2), 320-332 (2018).
  16. Fueger, B. J., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. Journal of Nuclear Medicine. 47 (6), 999-1006 (2006).
  17. Carimas User Manual. , Available from: https://turkupetcentre.fl/carimas/files/archive/Html/a1.html (2022).
  18. Peters, A. M. Graphical analysis of dynamic data: The Patlak-Rutland plot. Nuclear Medicine Communications. 15 (9), 669-672 (1994).
  19. Choi, Y., et al. Parametric images of myocardial metabolic rate of glucose generated from dynamic cardiac PET and 2-[18F]fluoro-2-deoxy-d-glucose studies. Journal of Nuclear Medicine. 32 (4), 733-738 (1991).
  20. Laffon, E., Marthan, R. Is Patlak y-intercept a relevant metrics. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 48 (5), 1287-1290 (2021).
  21. Flores, J. E., McFarland, L. M., Vanderbilt, A., Ogasawara, A. K., Williams, S. -P. The effects of anesthetic agent and carrier gas on blood glucose and tissue uptake in mice undergoing dynamic FDG-PET imaging: Sevoflurane and isoflurane compared in air and in oxygen. Molecular Imaging and Biology. 10 (4), 192-200 (2008).
  22. Ng, C. K. Sensitivity of myocardial fluorodeoxyglucose lumped constant to glucose and insulin. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 260 (2), 593-603 (1991).
  23. Shoghi, K. I., Welch, M. J. Hybrid image and blood sampling input function for quantification of small animal dynamic PET data. Nuclear Medicine and Biology. 34 (8), 989-994 (2007).
  24. Heuberger, J., Pixmeo, S., Rosset, A. OsiriX User Manual. Blurb. , San Francisco, CA. (2017).
  25. Cerqueira, M. D., et al. Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart. A statement for healthcare professionals from the Cardiac Imaging Committee of the Council on Clinical Cardiology of the American Heart Association. Circulation. 105 (4), 539-542 (2002).
  26. Kolanowski, T. J., et al. Multiparametric evaluation of post-MI small animal models using metabolic ([18F]FDG) and perfusion-based (SYN1) heart viability tracers. International Journal of Molecular Sciences. 22 (22), 12591 (2021).
  27. Guiducci, L., et al. Contribution of organ blood flow, intrinsic tissue clearance and glycaemia to the regulation of glucose use in obese and type 2 diabetic rats: A PET study. Nutrition Metabolism and Cardiovascular Diseases. 21 (9), 726-732 (2011).
  28. Tadinada, S. M., et al. Functional resilience of C57BL/6J mouse heart to dietary fat overload. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 321 (5), 850-864 (2021).
  29. Dreyfuss, A. D., et al. A novel mouse model of radiation-induced cardiac injury reveals biological and radiological biomarkers of cardiac dysfunction with potential clinical relevance. Clinical Cancer Research. 27 (8), 2266-2276 (2021).
  30. Hsu, B. PET tracers and techniques for measuring myocardial blood flow in patients with coronary artery disease. Journal of Biomedical Research. 27 (6), 452-459 (2013).
  31. Dinkel, J., et al. Intrinsic gating for small-animal computed tomography. Circulation: Cardiovascular Imaging. 1 (3), 235-243 (2008).
  32. Kuntz, J., et al. Fully automated intrinsic respiratory and cardiac gating for small animal CT. Physics in Medicine and Biology. 55 (7), 2069-2085 (2010).
  33. Li, Y., Zhang, W., Wu, H., Liu, G. Advanced tracers in PET imaging of cardiovascular disease. BioMed Research International. 2014, 504532 (2014).
  34. Kim, D. -Y., Cho, S. -G., Bom, H. -S. Emerging tracers for nuclear cardiac PET imaging. Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 52 (4), 266-278 (2018).
  35. Maddahi, J., Packard, R. R. S. Cardiac PET perfusion tracers: Current status and future directions. Seminars in Nuclear Medicine. 44 (5), 333-343 (2014).
  36. Bentourkia, M. Kinetic modeling of PET data without blood sampling. IEEE Transactions on Nuclear Science. 52 (3), 697-702 (2005).
  37. Lammertsma, A. A. Forward to the past: The case for quantitative PET imaging. Journal of Nuclear Medicine. 58 (7), 1019-1024 (2017).
  38. Nahrendorf, M., et al. High-resolution imaging of murine myocardial infarction with delayed-enhancement cine micro-CT. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 292 (6), 3172-3178 (2007).
  39. Badea, C. T., Fubara, B., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. 4-D micro-CT of the mouse heart. Molecular Imaging. 4 (2), 110-116 (2005).
  40. Technical Resources. MediLumine. , Available from: https://www.medilumine.com/technical-resources (2019).
  41. Nebuloni, L., Kuhn, G. A., Müller, R. A Comparative analysis of water-soluble and blood-pool contrast agents for in vivo vascular imaging with micro-CT. Academic Radiology. 20 (10), 1247-1255 (2013).
  42. Panetta, D., et al. Performance evaluation of the CT component of the IRIS PET/CT preclinical tomograph. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A: Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment. 805, 135-144 (2016).
  43. Gu, J., et al. At what dose can total body and whole abdominal irradiation cause lethal intestinal injury among C57BL/6J mice. Dose-Response. 18 (3), 1559325820956783 (2020).
  44. Amirrashedi, M., Zaidi, H., Ay, M. R. Advances in preclinical PET instrumentation. PET Clinics. 15 (4), 403-426 (2020).
  45. Clark, D. P., Badea, C. T. Advances in micro-CT imaging of small animals. Physica Medica. 88, 175-192 (2021).
  46. Belcari, N., Del Guerra, A., Panetta, D. High-Resolution and Animal Imaging Instrumentation and Techniques. Handbook of Particle Detection and Imaging. Grupen, C., Buvat, I. , Springer. Berlin, Heidelberg. 1497-1535 (2021).
  47. Wang, G., Rahmim, A., Gunn, R. N. PET Parametric imaging: Past, present, and future. IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences. 4 (6), 663-675 (2020).
  48. Befera, N. T., Badea, C. T., Johnson, G. A. Comparison of 4D-microSPECT and microCT for murine cardiac function. Molecular Imaging and Biology. 16 (2), 235-245 (2014).
  49. van Deel, E., Ridwan, Y., van Vliet, J. N., Belenkov, S., Essers, J. In vivo quantitative assessment of myocardial structure, function, perfusion and viability using cardiac micro-computed tomography. Journal of Visualized Experiments. (108), e53603 (2016).
  50. Lee, C. -L., et al. Assessing cardiac injury in mice with dual energy-microCT, 4D-microCT and microSPECT imaging following partial-heart irradiation. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 88 (3), 686-693 (2014).
  51. Harms, H., et al. Comparison of clinical non-commercial tools for automated quantification of myocardial blood flow using oxygen-15-labelled water PET/CT. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 15 (4), 431-441 (2013).
  52. Nesterov, S. V., et al. Myocardial perfusion quantitation with 15O-labelled water PET: High reproducibility of the new cardiac analysis software (CarimasTM). European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 36 (10), 1594-1602 (2009).
  53. Nesterov, S. V., et al. Myocardial perfusion quantification with Rb-82 PET: Good interobserver agreement of Carimas software on global, regional, and segmental levels. Annals of Nuclear Medicine. 36, 507-514 (2022).
  54. Nesterov, S. V., et al. One-tissue compartment model for myocardial perfusion quantification with N-13 ammonia PET provides matching results: A cross-comparison between Carimas, FlowQuant, and PMOD. Journal of Nuclear Cardiology. , (2021).
  55. Thackeray, J. T. Preclinical Multimodality Imaging and Image Fusion in Cardiovascular Disease. Image Fusion in Preclinical Applications. Kuntner-Hannes, C., Haemisch, Y. , Springer. Cham, Switzerland. 161-181 (2019).
  56. Vohra, R., Batra, A., Forbes, S. C., Vandenborne, K., Walter, G. A. Magnetic resonance monitoring of disease progression in mdx mice on different genetic backgrounds. The American Journal of Pathology. 187 (9), 2060-2070 (2017).
  57. Baehr, A., et al. Agrin promotes coordinated therapeutic processes leading to improved cardiac repair in pigs. Circulation. 142 (9), 868-881 (2020).
  58. Lalwani, K., et al. Contrast agents for quantitative microCT of lung tumors in mice. Comparative Medicine. 63 (6), 482-490 (2013).
  59. Bertoldo, A., et al. Evaluation of compartmental and spectral analysis models of [18F]FDG kinetics for heart and brain studies with PET. IEEE Transactions on Bio-medical Engineering. 45 (12), 1429-1448 (1998).
  60. Li, Y., Kundu, B. K. An improved optimization algorithm of the three-compartment model with spillover and partial volume corrections for dynamic FDG PET images of small animal hearts in vivo. Physics in Medicine and Biology. 63 (5), 055003 (2018).
  61. Mabrouk, R., Dubeau, F., Bentourkia, M., Bentabet, L. Extraction of time activity curves from gated FDG-PET images for small animals' heart studies. Computerized Medical Imaging and Graphics. 36 (6), 484-491 (2012).

Tags

Medicin utgåva 190
Högupplöst hjärtpositronemissionstomografi/datortomografi för smådjur
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Panetta, D., Guzzardi, M. A., La… More

Panetta, D., Guzzardi, M. A., La Rosa, F., Granziera, F., Terlizzi, D., Kusmic, C., Iozzo, P. High-Resolution Cardiac Positron Emission Tomography/Computed Tomography for Small Animals. J. Vis. Exp. (190), e64066, doi:10.3791/64066 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter