Waiting
Login processing...

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

Medicine

טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים לבביים ברזולוציה גבוהה/טומוגרפיה ממוחשבת לבעלי חיים קטנים

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

כאן אנו מציגים פרוטוקול הדמיה ניסיוני לכימות תפקוד הלב והמורפולוגיה באמצעות טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים ברזולוציה גבוהה/טומוגרפיה ממוחשבת לבעלי חיים קטנים. גם עכברים וגם חולדות נחשבים, דנים בדרישות השונות של חומרי ניגוד טומוגרפיה ממוחשבת עבור שני המינים.

Abstract

טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET) וטומוגרפיה ממוחשבת (CT) הן בין טכניקות ההדמיה האבחנתיות הנפוצות ביותר, ושתיהן משמשות להבנת תפקוד הלב וחילוף החומרים. במחקר פרה-קליני נעשה שימוש בסורקים ייעודיים בעלי רגישות גבוהה ורזולוציה מרחבית-טמפורלית גבוהה, שנועדו להתמודד עם הדרישות הטכנולוגיות התובעניות שמציבים גודל הלב הקטן וקצב הלב הגבוה מאוד של עכברים וחולדות. במאמר זה מתואר פרוטוקול הדמיית PET/CT לבבי בימודאלי עבור מודלים ניסיוניים של עכברים ו/או חולדות של מחלות לב, החל מהכנת בעלי חיים ורכישת תמונה ושחזורה וכלה בעיבוד תמונה והדמיה.

בפרט, סריקת 18 פלואורודאוקסיגלוקוז ([18F]FDG)-PET עם תווית F מאפשרת מדידה והדמיה של חילוף החומרים של הגלוקוז במקטעים השונים של החדר השמאלי (LV). מפות Polar הן כלים נוחים להצגת מידע זה. חלק ה-CT מורכב משחזור תלת-ממדי של הלב כולו (4D-CT) באמצעות גטינג רטרוספקטיבי ללא מוליכי אלקטרוקרדיוגרפיה (ECG), מה שמאפשר הערכה מורפופונקציונלית של ה-LV וכימות לאחר מכן של הפרמטרים החשובים ביותר של תפקוד הלב, כגון שבר פליטה (EF) ונפח שבץ (SV). באמצעות סורק PET/CT משולב, פרוטוקול זה יכול להתבצע באותה אינדוקציה של הרדמה ללא צורך במיקום מחדש של החיה בין סורקים שונים. לפיכך, ניתן לראות ב-PET/CT כלי מקיף להערכה מורפופונקציונלית ומטבולית של הלב במספר מודלים של בעלי חיים קטנים של מחלות לב.

Introduction

מודלים של בעלי חיים קטנים חשובים ביותר לקידום ההבנה של מחלות לב וכלי דם 1,2. כלי הדמיה אבחוניים לא פולשניים חוללו מהפכה באופן שבו אנו מסתכלים על תפקוד הלב בעשורים האחרונים, הן במסגרות קליניות והן במסגרות פרה-קליניות. בכל הנוגע למודלים של בעלי חיים קטנים של מחלות לב, פותחו כלי הדמיה ספציפיים ברזולוציה מרחבית גבוהה מאוד. לפיכך, מכשירים כאלה יכולים להתאים לצורך בכימות מדויק של הפרמטרים המטבוליים והקינטיים הרלוונטיים על לבבות קטנים מאוד ומהירים מאוד של עכברים וחולדות במודלים ספציפיים של מחלות, כגון אי ספיקת לב (HF)3 או אוטם שריר הלב (MI)4. מספר אופנים זמינים למטרה זו, כל אחד עם נקודות החוזק והחולשה שלו. הדמיית אולטרסאונד (ארה"ב) היא השיטה הנפוצה ביותר בשל גמישותה הרבה, רזולוציה טמפורלית גבוהה מאוד ועלות נמוכה יחסית. אימוץ הדמיית הלב בארה"ב בבעלי חיים קטנים גדל במידה ניכרת מאז הופעתן של מערכות המשתמשות בגששים בתדר גבוה במיוחד 5,6, הכוללות רזולוציות מרחביות מתחת ל-50 מיקרומטר.

בין החסרונות העיקריים של US להדמיית לב תלת-ממדית מלאה הוא הצורך בסריקות ליניאריות לאורך ציר הלב על ידי הרכבת הגשושית על שלב תרגום ממונע כדי ליצור ערימה מלאה של תמונות דינמיות במצב B של כל הלב7. בסופו של דבר, הליך זה יוצר (לאחר רישום מרחבי וזמני מדויק של התמונות הנרכשות בכל מיקום בדיקה) תמונה 4D עם רזולוציות מרחביות שונות בין הכיוונים במישור ומחוץ למישור. אותה בעיה של רזולוציה מרחבית לא אחידה מתרחשת ב-MR לבבי (CMR),8 שעדיין מייצג את תקן הזהב בהדמיה התפקודית של הלב. ניתן להשיג במקום זאת הדמיה תלת-ממדית איזוטרופית אמיתית באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת (CT) וטומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET)9. PET מספק כלי רגיש מאוד מבחינת אות תמונה לכל כמות של גשושית מוזרקת (בתחום הננומולר), למרות שהוא סובל מרזולוציה מרחבית מופחתת בהשוואה ל-CT, MR או US. היתרון העיקרי של PET הוא יכולתו להציג את המנגנונים התאיים והמולקולריים העומדים בבסיס הפתופיזיולוגיה של האיבר. לדוגמה, סריקת PET לאחר הזרקה של [18F]FDG מאפשרת שחזור של מפה תלת-ממדית של חילוף החומרים של הגלוקוז בגוף. על ידי שילוב זה עם רכישת נתונים דינמית (כלומר, נפתרה בזמן), ניתן להשתמש במידול קינטי עוקב כדי לחשב מפות פרמטריות של קצבי חילוף החומרים של ספיגת גלוקוז (MRGlu), אשר יספקו מידע חשוב על כדאיות שריר הלב10.

CT דורש כמויות משמעותיות של חומרי ניגוד חיצוניים (CA) בריכוזים גבוהים (עד 400 מ"ג יוד למ"ל) כדי לספק שיפור מדיד של מרכיבי הרקמה הרלוונטיים (למשל, דם לעומת שריר), אך הוא מצטיין ברזולוציה מרחבית וטמפורלית, במיוחד בעת שימוש בסורקי מיקרו-CT משוכללים המיועדים להדמיית בעלי חיים קטנים. 11 מודל מחלה טיפוסי שבו ניתן ליישם את ה-PET/CT הלבבי הוא הערכה ניסיונית של אוטם שריר הלב ואי ספיקת לב ותגובה קשורה לטיפול. דרך נפוצה לגרום MI בבעלי חיים קטנים היא על ידי קשירה כירורגית של העורק הכלילי הקדמי השמאלי (LAD)12,13 ולאחר מכן הערכה אורכית של התקדמות המחלה ושיפוץ הלב בימים שלאחרמכן 4. עם זאת, ההערכה המורפופונקציונלית הכמותית של הלב בבעלי חיים קטנים ישימה במידה רבה גם עבור מודלים אחרים של מחלות, כגון הערכת השפעת ההזדקנות על תפקוד הלב14 או ביטוי קולטן שונה במודלים של השמנת יתר15. פרוטוקול ההדמיה המוצג אינו מוגבל לכל מודל מחלה נתון, ולכן יכול להיות בעל העניין הרחב ביותר במספר הקשרים של מחקר פרה-קליני עם מכרסמים קטנים.

במאמר זה אנו מציגים פרוטוקול ניסיוני מתחילתו ועד סופו להדמיית לב באמצעות PET/CT משולב בבעלי חיים קטנים. למרות שהפרוטוקול המוצג מיועד לסורק משולב בימודאלי ספציפי, ניתן לבצע את חלקי ה- PET וה- CT של ההליך המתואר באופן עצמאי בסורקים נפרדים מיצרנים שונים. בסורק PET/CT שבשימוש, רצף הפעולות מאורגן בזרימת עבודה מתוכנתת מראש. הענפים העיקריים של כל זרימת עבודה הם פרוטוקול רכישה אחד או יותר; לכל פרוטוקול רכישה יכול להיות ענף אחד או יותר עבור פרוטוקולי עיבוד מקדים ספציפיים, ובתורו, לכל פרוטוקול קדם-עיבוד יכול להיות ענף אחד או יותר עבור פרוטוקולי שחזור ספציפיים. מתוארים הן הכנת בעל החיים על מיטת ההדמיה והן הכנת החומרים החיצוניים שיוזרקו במהלך הליכי ההדמיה. לאחר השלמת הליך רכישת התמונה, ניתנים הליכים לדוגמה לניתוח תמונה כמותי המבוסס על כלי תוכנה נפוצים. הפרוטוקול הראשי תוכנן במיוחד עבור דגמי עכברים; אף על פי שהעכבר נותר המין הנפוץ ביותר בתחום זה, אנו מראים גם התאמה של הפרוטוקול להדמיית חולדות בסוף הפרוטוקול הראשי. תוצאות מייצגות מוצגות הן עבור עכברים והן עבור חולדות, ומדגימות את סוג הפלט שניתן לצפות עם ההליכים המתוארים. בסוף מאמר זה נערך דיון מעמיק כדי להדגיש את היתרונות והחסרונות של הטכניקה, נקודות קריטיות, כמו גם כיצד ניתן להשתמש ברדיו-טראקרים שונים של PET כמעט ללא שינוי בשלבי ההכנה והרכישה/שחזור.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ניסויים בבעלי חיים בוצעו בהתאם להמלצות במדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה של ההנחיות הבינלאומיות לטיפול בחיות מעבדה, הנדרשות על ידי הדירקטיבה האירופית (הנחיה 86/609/EEC משנת 1986 ודירקטיבה 2010/63/UE) והחוקים האיטלקיים (D.Lgs. 26/2014).

1. הגדרת פרוטוקולי הדמיה PET/CT וזרימת עבודה

הערה: הפרוטוקול המוצג כאן תוכנן במיוחד להדמיית לב של דגמי עכברים. עבודה עם חולדות עשויה לרמוז על שינויים מסוימים בפרוטוקול עצמו, בעיקר בגלל הגודל הגדול יותר של החיה (בערך פי 10 יותר כבד). השינויים להדמיית חולדות מוזכרים במפורש בשלבים; אם לא מוזכרים שינויים, ניתן להשתמש באותם שלבים להדמיית עכבר עבור חולדות.

  1. פתח את ממשק המשתמש הגרפי (GUI) של סורק PET/CT (ראה טבלת חומרים) וליצור קבוצה של פרוטוקולים חדשים (כולל פרמטרים לרכישת נתונים, עיבוד מקדים ושחזור תמונה): (i) a סריקת PET דינמית, (2) א סריקת CT במינון נמוך לתיקון הנחתה (CTAC) ללא חומר ניגוד, ו-(3) א סריקת Cine-CT משופרת לניגודיות.
    הערה: יצירת פרוטוקולים חדשים (כלומר, הוראות תוכנה ספציפיות עבור הטומוגרף) לשלבי הרכישה, העיבוד המקדים והשחזור היא תהליך פשוט; במקרה של בעיות, המשתמש יכול למצוא מידע מפורט יותר במדריך למשתמש של GUI.
    1. עבור סריקת PET, פתח את הכרטיסיה פרוטוקול של הסורק (GUI) וצור שלושה פרוטוקולים חדשים ( לרכישה, עיבוד מקדים ושחזור) עם הפרמטרים הבאים:
      1. עבור פרוטוקול הרכישה: הגדר זמן סריקה כולל של 3,600 שניות ומיקום מיטת יחיד. שמור פרוטוקול זה בשם מתאים לייבוא הבא לזרימת העבודה. בצע את אותו הדבר גם עבור כל הפרוטוקולים הבאים בנקודות הבאות.
      2. עבור פרוטוקול עיבוד מקדים לעכבר: בחר חלון אנרגיה של 250-750 keV (EW) והפעל את התיקונים הבאים: דעיכה רדיואקטיבית, צירופי מקרים אקראיים וזמן מת. הגדר את פרוטוקול המסגור (כלומר, פיצול דינמי של הנתונים הגולמיים) כדלקמן: 8 x 5 שניות, 8 x 10 שניות, 3 x 40 שניות, 2 x 60 שניות, 2 x 120 שניות, 10 x 300 שניות (= 3,600 שניות). עבור חולדה, בחר חלון אנרגיה של 350-750 keV (EW), תוך שימוש באותו מסגור כמו עבור פרוטוקול העכבר.
      3. עבור פרוטוקול השחזור: בחר את האלגוריתם האיכותי המבוסס על מונטה קרלו למקסום ציפיות תת-קבוצה (3D-OSEM-MC), עם 8 תת-קבוצות ו-8 איטרציות, עם נורמליזציה, תיקון כמותי ותיקון הנחתת CT מופעלים.
    2. עבור סריקת CT במינון נמוך לתיקון הנחתה (CTAC), השתמש בפרמטרים הבאים:
      1. עבור פרוטוקול הרכישה : מסגרת אחת, מיקום מיטת יחיד, סריקה מלאה; הגדרות צינור: 80 kV, זרם נמוך (מינון נמוך); 576 תצוגות מעל 360°, עם זמן חשיפה של 34 אלפיות השנייה לכל צפייה (זמן סריקה של 20 שניות); סוג סיבוב: רציף, מצב רגישות: רגישות גבוהה.
      2. עבור פרוטוקול עיבוד מקדים: גודל ווקסל 240 מיקרומטר, FOV רוחבי: חולדה, FOV צירי: 100%.
      3. עבור פרוטוקול השחזור : חלון מסנן: חלק, גודל ווקסל: סטנדרטי, הפעל הקשחת קרן ותיקון טבעת מראש, השבת את הטבעת לאחר התיקון.
    3. עבור סריקת CT מגודרת עם שיפור ניגודיות, צור שלושה פרוטוקולים חדשים (לרכישה, עיבוד מקדים ושחזור) עם ההגדרות הבאות:
      1. עבור פרוטוקול הרכישה עבור העכבר: להגדיר מסגרת אחת, מיקום מיטה אחת, סריקה מלאה; הגדרות צינור: 65 kV, זרם מלא (רעש נמוך); 8,000 צפיות מעל 360°, עם זמן חשיפה של 15 אלפיות השנייה לכל תצוגה (זמן סריקה של 120 שניות); סוג סיבוב: רציף, מצב רגישות: רגישות גבוהה. עבור חולדה, הגדר את הפרמטרים של פרוטוקול הרכישה באופן הבא: מתח צינור 80 kV, 16,000 צפיות מעל 360°, עם זמן חשיפה של 12 אלפיות השנייה לכל צפייה (זמן סריקה של 192 שניות).
      2. עבור פרוטוקול עיבוד מקדים לעכבר: בחר גודל ווקסל של 120 מיקרומטר; שדה ראייה רוחבי (FOV): עכבר; FOV צירי: 50%. עבור חולדה, בחר גודל ווקסל של 240 מיקרומטר; שדה ראייה רוחבי (FOV): חולדה; FOV צירי: 50%.
      3. עבור פרוטוקול השחזור : חלונות מסנן: חלק, גודל ווקסל: סטנדרטי; הפעל הקשחת קרן ותיקון טבעת מראש, השבת את הטבעת לאחר התיקון.
    4. פתח את הכרטיסיה זרימת עבודה בממשק המשתמש הגרפי (GUI) וצור זרימת עבודה חדשה, תוך הוספת הפרוטוקולים שנוצרו זה עתה: שלבים 1.1.1.1-1.1.1.3 עבור PET, שלבים 1.1.2.1. -1.1.2.3. עבור CTAC, ושלבים 1.1.3.1. -1.1.3.3. עבור CT מגודר, בסדר הנתון. בשני המקרים, ודא שהפרוטוקולים מקוננים לפי הסדר הבא: רכישה | עיבוד מקדים | שחזור.
      הערה: מסגרות PET דינמיות עם משכי זמן <5 שניות כדי ללכוד טוב יותר את שיא פונקציית הקלט העורקי בתחילת סריקת PET אפשריות אך אינן מומלצות מכיוון שהדבר עלול להוביל לתמונות רועשות עם דיוק כמותי מופחת. בשלב 1.1.2.2, השתמשנו בגודל "חולדה" עבור FOV רוחבי. זה נפוץ גם לחולדות וגם לעכברים ב-CTAC.

2. הכנת בעלי חיים להדמיית PET/CT

הערה: עבור הפרוטוקול הנוכחי, כל בעלי החיים היו בצום לילה.

  1. הרדימו את העכבר עם 3%-4% (v/v) איזופלוראן בתא אינדוקציה בתחילה, ולאחר מכן שמרו עם 1%-2% (v/v) איזופלוראן.
  2. שקול את העכבר ומדוד את הגליקמיה הבסיסית כדי לפקח על מצב החיה. כדי לקחת את דגימת הדם הנדרשת, השתמש במספריים חדים ובצע חתך קטן בקצה הזנב, ולאחר מכן עסה בעדינות את הזנב כדי לאסוף טיפת דם (~ 1 μL) ישירות על רצועת הבדיקה.
  3. המשך עם החדרת גישה ורידית ברמה של הווריד caudal באמצעות 29 G פרפר עבור עכבר ו 24 G עבור חולדה.
    1. כדי לבצע את טכניקת הקנולציה, השתמש בחימום בו זמנית (בדרך כלל, תחת מנורת חימום) וחיטוי של הנקודה שבה המחט מוחדרת להרחבת כלי הדם של הווריד. לאחר הצינור, לתקן את הפרפר עם סרט משי לזנב כדי לשמור אותו במקומו במהלך ההליך.
      הערה: צום נדרש עבור [18F]FDG. מעקבים שונים עשויים לכלול הכנה שונה של בעלי חיים, אך דיון מעמיק בנושא זה הוא מחוץ לתחום הפרוטוקול הנוכחי. מבחינת [18F]FDG, הימנעות מצום מובילה לפיזור ביולוגי שונה מאודשל עוקבים 16.
  4. הפעל את מערכת ההרדמה (איזופלורן 1%-2%, 0.8 ליטר/דקה O 2 לעכבר ו-1-1.2 ליטר/דקה לחולדה) המחוברת לסורק PET-CT והעבר את העכבר למיטה.
  5. מניחים את העכבר במצב שכיבה, ראש ראשון, על מיטת הסורק של טומוגרף PET-CT, מכניסים את אפו למסכת האף להרדמה וחוסמים בעדינות את ראש העכבר למסכה עם סרט דבק.
  6. קבץ את הגפיים העליונות והתחתונות של העכבר על מיטת הסורק כדי למנוע תנועות לא רצוניות במהלך הליכי ההדמיה, מה שעלול להוביל לתוצרי תנועה.
  7. עקוב אחר טמפרטורת הגוף וקצב הנשימה באמצעות בדיקה רקטלית וכרית נשימה, בהתאמה.

3. הכנת מינון מעקב PET

  1. עבור עכברים, ציירו 10 MBq של [18F]FDG בנפח של 100-150 μL עם מזרק אינסולין (1 מ"ל). עבור חולדות, יש לשאוב מינון גבוה יותר של 15 MBq ב-0.20-0.25 מ"ל.
    הערה: הימנע מפעילות גבוהה יותר מכיוון שסורק PET הנדון בפרוטוקול זה הוא בעל רגישות גבוהה מאוד ודורש רק כמות צנועה של פעילות כדי להשיג תמונות באיכות גבוהה.
  2. אם הריכוז המקורי של העקיבה בבקבוקון גבוה מדי, השתמש בתמיסה פיזיולוגית (0.9% w/v NaCl) כדי לדלל את מינון העקיבה לריכוז של 50-100 MBq/mL.
  3. השתמש בכיול מינון PET כדי למדוד את הפעילות בפועל במזרק. הוסף הערות לפעילות קדם-ההזרקה ולזמן המדידה מכיוון שערכים אלה ישמשו מאוחר יותר באמצעות מודולי קלט ספציפיים של ממשק המשתמש הגרפי של סורק PET.

4. הכנת חומר ניגוד CT

  1. צייר 0.2 מ"ל לכל 20 גרם של משקל העכבר של חומר ניגוד תחליב שומנים יוד לתוך מזרק 1 מ"ל. הגבל את נפח ההזרקה ל-0.5 מ"ל של CA עבור עכברים כבדים יותר. אם אתם משתמשים ב-iomeprol, הגדירו את קצב ההזרקה לעכברים ל-10 מ"ל/שעה (~0.17 מ"ל/דקה) והגבילו את נפח ההזרקה ל-0.5 מ"ל.
    1. עבור חולדות, ציירו 2.3-3 מ"ל של יומפרול, מדולל לריכוז של 200 מ"ג/מ"ל, לתוך מזרק של 5 מ"ל.
      הערה: אם תחליב שומנים של בעלי חיים קטנים CA אינו זמין, ניתן להשתמש ביומפרול עם הזרקה רציפה באמצעות משאבת מזרק, כפי שיפורט להלן.
    2. חברו את המזרק למשאבת המזרק, וקבעו את המשאבה לגודל ולקוטר המזרק בפועל.
    3. חבר את המזרק לצינורות CA ולמחט, ומלא מראש את הצינורות ב- CA.
    4. הגדר את קצב ההזרקה ל-24 מ"ל/שעה (= 0.4 מ"ל/דקה), והגביל את ההזרקה לנפח מרבי של 2 מ"ל.
      הערה: שימוש ב-CA של מאגר הדם על בסיס תחליב שומנים עם יוד אפשרי גם בחולדות, למרות העלות הגבוהה יחסית של הליך זה בשל הנפח הגדול יותר של זריקה בודדת. אם אפשרות זו מועדפת (למשל, כדי לפשט את הפרוטוקול על ידי הימנעות ממשאבת המזרק), ניתן להשתמש בהליך הבא:
  2. צייר 7.5 מ"ל לכל ק"ג של משקל גוף של חומר ניגוד תחליב שומנים יוד לתוך מזרק 5 מ"ל. הגבל את נפח ההזרקה ל -2 מ"ל של CA גם עבור חולדות כבדות יותר.

5. יישור בעלי חיים ופעולות מקדימות לפני ההדמיה

  1. עם אימוביליזציה של החיה על מיטת ההדמיה, צור מחקר חדש על הטומוגרף GUI. הוסף מזהה שם מחקר במודול שם המחקר ובחר את זרימת העבודה של ההדמיה שנשמרה בעבר מהתפריט הנפתח.
  2. בחר את החלק האנטומי המתאים עם מידע על בעלי חיים/דגימה | חלק אנטומי | מיקום הלב ובעלי החיים לפי מידע על בעלי חיים/דגימות | מיצוב | שכיבה / ראש ראשון. הוסף הערות למשקל החיה בגרמים עבור המודול המתאים: מידע על בעלי חיים/דגימה | משקל בעלי חיים.
    הערה: כל המידע האחר בסעיף זה הוא אופציונלי, אך כדאי לספק כמה שיותר מהמידע המבוקש כדי למצוא אותו בכותרת DICOM של תמונות השחזור, ובכך להקל על שאילתת הנתונים הבאה.
  3. בחר את הרדיונוקלידים במידע על סריקת PET | F18 עבור [18 מחקרי F]FDG ו-18תרכובות אחרות המסומנות ב-F; לשנות אם נעשה שימוש בעוקבים אחרים (לדוגמה, [13N]NH3). כתוב גם את שם העקיבה בפרטי סריקת PET | מודול שם מעקב כשם זה ידווח בכותרת DICOM עם השלמת שחזור התמונה.
    הערה: המידע על זמן ההזרקה, הפעילות והנפח של ההזרקה הוא חובה, אך ניתן לספק אותו מאוחר יותר במהלך רכישת PET.
  4. בפרטי סריקת ה- CT, כתוב את כל המידע הזמין לגבי חומר הניגוד.
    הערה: כל המידע הזה הוא אופציונלי, אך הוא יכול להקל על שאילתת נתונים לאחר מכן, אם הוא מסופק.
  5. לחץ על בצע סריקה והמתן לפתיחת כרטיסייה נוספת של ממשק המשתמש הגרפי, כדי לאפשר מיקום בעלי חיים ומפרט של אפשרויות סריקה אחרות.
  6. בחר סוג כיול CT בכיול CT | השתמש בכיול CT המוגדר כברירת מחדל.
  7. במקטע הכנה ללימוד , בחר כל פרוטוקול סריקה מהתפריט הנפתח, וסמן את תיבת הסימון המתן לאישור המשתמש לפני סריקה זו .
    הערה: שלב זה חשוב מאוד, מכיוון שהוא יכניס את הסורק למצב המתנה לקלט המשתמש לפני תחילת שלב הרכישה המתאים. עבור סריקת PET, הדבר יאפשר את הסנכרון של הזרקת המעקב והתחלת סריקת PET בפועל; עבור סריקת CTAC, היא תאפשר למשתמש לסגור את המכסה (סיכוך) לפני פליטת קרני רנטגן במהלך סריקת ה- CT (המחקר יבוטל באופן אוטומטי אם המכסה פתוח לפני תחילת סריקת ה- CT); עבור סריקת Cine-CT, השהיה זו תאפשר למשתמש ליזום את פרוטוקול עירוי CA וסריקת נתוני CT עם ההשהיה הנדרשת.
  8. למיקום בעלי חיים, הפעל את מודול בקרת המנוע באמצעות המתג בחלונית השמאלית של ממשק המשתמש הגרפי.
    הערה: פעולה זו תפעיל את הלייזרים המרכוזיים על מיטת בעלי החיים ותפעיל את לחצני יישור המיטה הידניים הממוקמים בצד הסורק.
  9. השתמש בכפתורי יישור המיטה הידניים כדי להזיז את החזה של החיה על סימני הלייזר. בדוק היטב הן את היישור האורכי והן את היישור האנכי של החיה.
  10. לאחר הצבת בעל החיים במיקום הנכון בהתאם ללייזר המרכוז, לחץ על כבה את הלייזר כדי לשמור את המיקום הנוכחי המסומן בלייזר, אשר יועבר למרכז סורקי PET ו- CT במהלך שלבי הרכישה המתאימים. לאחר מכן, כבה את מודול בקרת המנוע.

6. סריקת PET

  1. לחץ על התחל רכישה כדי להעביר את החיה לסורק PET FOV. הזנב והצינורית יישארו מחוץ ל-FOV כדי לאפשר הזרקת עקבות. הסורק יישאר לא פעיל עד שהמשתמש ילחץ על לחצן המשך .
  2. הכינו את המזרק עם מינון מעקב PET מכויל.
  3. התחל את הרכישה על-ידי לחיצה על לחצן המשך והתחל להזריק את העקיבה לצינורית תוך 5 שניות מתחילת הסריקה (איור 1).
    הערה: משך ההזרקה יהיה ~ 20-25 שניות.
  4. שים את המזרק בכיול מינון PET כדי למדוד את הפעילות השיורית במזרק. הוסף הערות לפעילות בפועל ולזמן המדידה.
  5. בכרטיסיה צג חומרה של ממשק המשתמש הגרפי של הסורק, השתמש בלחצן עדכן מידע מעקב PET כדי להוסיף את הזמן, הפעילות ואמצעי האחסון שהוזרקו בפועל.
  6. במהלך הסריקה, בדוק את הפרמטרים הפיזיולוגיים של החיה מעת לעת.
  7. במהלך הסריקה, מדוד את הגליקמיה כפי שהוסבר בשלב 2.2 בנקודות הזמן הבאות: 5 דקות, 20 דקות, 40 דקות ו-60 דקות לאחר תחילת סריקת PET.
  8. לאחר מדידת הגליקמיה, שים את רצועת הבדיקה בדלפק הגמא ובצע את מדידת הפעילות במשך 60 שניות. רשום את הזמן בפועל שבו בוצעה מדידת הפעילות, ותקן עבור דעיכה רדיואקטיבית, תוך לקיחת זמן הזרקת המעקב כזמן ייחוס. המירו את ערכי הפעילות שנרשמו לריכוז פעילות (Bq/mL) על ידי התחשבות בנפח דם ממוצע של 1 μL ברצועת בדיקת הגלוקוז (כלומר, באמצעות משוואה [1]):
    C דם(t) =דם(t)/0.001 מ"ל [Bq/mL] (1)
    כאשרדם(t) הוא הפעילות הנמדדת המתוקנת של דגימת הדם ברצועת הבדיקה, המתבטאת ב- Bq.
    הערה: התחלת סריקת PET והזרקת המעקב יכולות להתבצע על ידי אותו מפעיל באמצעות מכשיר השליטה הנייד של הטומוגרף הממוקם על השולחן הצדדי של הסורק קרוב לאתר המפעיל במהלך ההזרקה. עיכובים ארוכים יותר בין תחילת הסריקה לתחילת ההזרקה מותרים, אך חלק מהמסגרת המשוחזרת בתחילת הרצף הדינמי תישאר ריקה. מומלץ להימנע מעיכובים הגדולים מ-10 שניות (כלומר, להוביל לשתי מסגרות ריקות עם הפרוטוקול הנוכחי).

Figure 1
איור 1: הזרקה של עוקב PET. פעולה זו מבוצעת מיד לאחר תחילת סריקת ה- PET. החיה נמצאת בתוך שדה הראייה של PET (ראש ראשון, כאשר זנבו גלוי בצד המפעיל). קיצור: PET = טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

7. סריקות CT

  1. לפני הזרקת חומר הניגוד CT, התחל את סריקת ה- CTAC מיד לאחר סגירת מכסה הסורק ולחיצה על לחצן המשך בממשק המשתמש הגרפי. בסוף רכישה קצרה מאוד זו, השתמש בהליכים הבאים כדי להבטיח שיפור נאות של מאגר הדם על ידי הזרקת CA לפני הרכישה באמצעות אותה גישה וסקולרית המשמשת להזרקת מעקב PET.
    1. תחליב שומנים עם יוד CA:
      1. לאחר השלמת סריקת ה- CTAC, יש להזריק את תחליב השומנים היוד CA באמצעות הצינורית שכבר מחוברת לווריד זנב העכבר. משך ההזרקה הטיפוסי הוא בסדר גודל של 30-60 שניות.
      2. התחל את ההדמיה מיד לאחר השלמת ההזרקה. לחץ על המשך בממשק המשתמש הגרפי של הסורק כדי להתחיל את רכישת Cine-CT.
    2. משאבת Iomeprol/מזרק:
      1. אם נעשה שימוש ב- CA רנטגן רגיל, כגון iomeprol, השתמש במשאבת מזרק המאפשרת הזרקה איטית בקצב קבוע.
      2. עבור עכברים, הגדר את קצב ההזרקה של CA ל-10 מ"ל/שעה (~0.17 מ"ל/דקה) על ידי הגבלת נפח ההזרקה ל-0.5 מ"ל. עם הגדרה זו, להפסיק את ההזרקה לאחר ~ 3 דקות. עבור חולדות, הגדר את המשאבה לקצב של 24 מ"ל/שעה (= 0.4 מ"ל לדקה) והגבל את נפח ההזרקה ל -2 מ"ל. עם הגדרה זו, להפסיק את ההזרקה לאחר 5 דקות.
      3. חבר את המחט המחוברת לצינור CA לצינורית של וריד הזנב, כדי להבטיח שגם הצינור וגם המחט ימולאו מראש ב- CA.
      4. התחל את ההזרקה. סגור את מכסה הסורק והתכונן לסריקת Cine-CT.
      5. לחץ על לחצן המשך בממשק המשתמש הגרפי של הטומוגרף לאחר 60 שניות מתחילת ההזרקה לעכברים ולאחר 90 שניות מתחילת ההזרקה לחולדות, כך שרכישת Cine-CT תתחיל. הזרקת CA תיפסק בערך באותו זמן כמו השלמת סריקת Cine-CT עבור עכברים ועם השלמתה עבור חולדות.
  2. עם השלמת סריקת Cine-CT, נתק את החיה ממערכת הניטור הפיזיולוגית והסר את צינורית וריד הזנב. בהתאם לפרוטוקול בפועל, בעלי חיים משוחזרים או מורדמים לאחר הליך ההדמיה המתואר. במקרה הראשון, בעלי חיים מתעוררים בכלובים שלהם בסביבה חמה תחת מנורת אינפרא אדום. הם מנוטרים עד התעוררות מלאה, לוקח 15/30 דקות לאחר הרדמה גזית. במקרה של פרוטוקולים הדורשים למשל, קצירת רקמות בסוף הליך ההדמיה, בעלי חיים מומתים באמצעות מנת יתר של חומר הרדמה בתא אינדוקציה (5% איזופלורן), לפי נספח VI של D.Lgs. 26/2014.
    הערה: במקרה של 18רדיונוקלידים מבוססי F כפי שנדון בפרוטוקול זה, 24 שעות לאחר הזרקת העקיבה מספיקים כדי להגיע לרמה של רדיואקטיביות שיורית בגוף החיה שהיא בטוחה לכל המטרות המעשיות.

8. שחזור של תמונות 4DCT הלב באמצעות gating cardiorespiratory פנימי

הערה: עם השלמת מחקר ההדמיה, שחזור PET ו- CT סטנדרטי מבוצע באופן אוטומטי. עם זאת, השחזור של רצף 4D (Cine) CT קרדיואקטיבי חייב להתבצע באופן ידני ודורש אינטראקציה מסוימת עם המשתמש. סוג מיוחד זה של שחזור, חובה לניתוח CT לב מורפו-תפקודי הבא, נדון בסעיף זה.

  1. פתח את מודול ה- gating הלבבי של ממשק המשתמש הגרפי של הטומוגרה ובחר את מחקר ההדמיה לניתוח.
  2. בחר אזור עניין (ROI) ברדיוגרפים של החיה המוצגת (איור 2) לבניית עקומת תנועה לבבית תלוית זמן, המייצגת את אות הגידור - הקימוגרמה. הזז אנכית את ה- ROI המלבני המצויר מראש באופן כזה שגם נקודת השיא של הלב וגם הסרעפת נבחרו. לאחר מכן, בחר ניתוח אותות Gating. ממשק המשתמש יציג כעת את אות ה- gating הן בתחום הזמן והן בתחום התדרים.
  3. בגרף תחום התדרים הראשון, בחר את תחום התדרים הנשימתיים על-ידי הדגשת קבוצת הפסגות הראשונה של ספקטרום התדרים (עיין באיור 3 לקבלת ספקטרום לדוגמה).
  4. בגרף תחום התדרים השני, בחר את רצועת תדרי התנועה של הלב, תוך הדגשת השיא השני החד ביותר.
  5. בשלב הבא, שימו לב לאות ה-gating של תחום הזמן עם סמני צבע (נקודות) על גבי, המראים את פסגות הנשימה המזוהות ואת פסגות התכווצות הלב. אם מיקומי הסמן מתאימים היטב לפסגות הנשימה והלב של אות ההנעה המקורי, המשך לשלב הבא. אחרת:
    1. אם צורת אות ה-gating שונה מדי מזו המוצגת באיור 3, חזור לשלב 8.2 ובחר החזר השקעה אחר.
    2. אם צורת אות ה-gating דומה במידה סבירה לזו המוצגת באיור 3, חזור לשלב 8.3 ולשלב 8.4 ובחר תחומי תדרים שונים בספקטרום האותות של ה-gating.
  6. בשלב הבא, בחר מינימום של ארבעה שערי לב.
    הערה: שחזור Cine-CT טיפוסי מורכב מ-8-12 שערי לב.
  7. בחר את חלון הנשימה המתאים באמצעות התפריט הנפתח: חלון נשימתי | 20%-80%.
    הערה: זה ישמור על 60% מהנתונים שנרכשו בשחזור, לא כולל שלב ההשראה השיא, ובכך לשפר את החדות של קירות שריר הלב המשוחזרים בכל שלב לב.
  8. בצע שחזור כדי להמיר את תמונות Cine-CT המגודרות בדיעבד לפורמט DICOM, מוכן לייבוא לתוכנה לצורך ניתוח פונקציונלי לאחר מכן.

Figure 2
איור 2: כלי לבחירת ROI עבור gating פנימי. תמונה זו מוצגת בממשק המשתמש הגרפי של הטומוגרף במהלך שלב שחזור Cine-CT. על המשתמש לבחור את מיקום ה- ROI (מלבן צהוב) שעליו מתקבל אות ההטיה הפנימי (קימוגרמה) מתחזיות ה- CT הגולמיות. האובייקט בצורת מעגל המוצמד לחזה החיה הוא כרית הנשימה המשמשת רק לניטור פיזיולוגי במהלך המחקר. קיצורים: ROI = אזור עניין; CT = טומוגרפיה ממוחשבת; GUI = ממשק משתמש גרפי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 3
איור 3: דוגמה לאות גטינג (מסגרת עליונה) וספקטרום תדרים תואם (מרכז ותחתון). תמונות שהתקבלו עם מודול gating הלב של תוכנת אטריום. על המשתמש לבחור את רצועות התדרים המתאימות הן לתנועה נשימתית (מסגרת מרכזית) והן לתנועה לבבית (מסגרת תחתונה). זה יאפשר זיהוי של סמנים נשימתיים ולבביים על האות gating, אשר חייב להיבדק על ידי המשתמש לפני שתמשיך עם שחזור 4D. זיהוי לקוי של הפסגות או הקצאה שגויה (למשל, נשימה ללב, או להיפך) יוביל לשחזור שגוי. הנתונים המוצגים התקבלו מניתוח של סריקת Cine-CT 4D של חולדת Wistar זכרית בריאה ובוגרת (507 גרם) שהוזרקה עם 2 מ"ל של iomeprol, 200 מ"ג/מ"ל, בקצב של 0.4 מ"ל/דקה למשך 5 דקות (הגרף למעלה מוגדל על 22 השניות הראשונות של הרכישה כדי לאפשר הדמיה טובה יותר של תנועת הלב והנשימה המזוהה). קיצור: CT = טומוגרפיה ממוחשבת. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

9. ניתוח לב PET

הערה: סעיף זה מראה כיצד לבצע ניתוח קינטי של נתונים דינמיים [18F]FDG של החדר השמאלי בעל החיים הקטנים. הניתוח מבוסס על תוכנת Carimas. ההוראות שלהלן אינן אמורות להוות תחליף למדריך למשתמש של התוכנה17. ההליך המוצג להלן מבוסס על הניתוח הגרפי Patlak של נתוני PETדינמיים 18. עיין בסעיף הדיון לקבלת פרטים אודות ניתוח זה.

  1. פתח את תמונות DICOM של סריקת PET דינמית.
  2. בחר את מודול HeartPlugin .
  3. התקרב לתמונה בלב העכבר/חולדה, ובחר את מסגרת הזמן האחרונה (או שווה ערך, את הסכום של שלוש עד חמש מסגרות הזמן האחרונות) שעבורה רוב פעילות בריכת הדם כבר נשטפה החוצה.
  4. בצע את ההוראות שעל המסך כדי לכוון מחדש את התמונה לאורך הציר הראשי של לב החיה (ציר קצר, ציר אנכי ואופקי ארוך). עשו זאת באופן אינטראקטיבי על-ידי הזזת הסמנים המוצגים לבסיס הלב ולנקודת השיא (איור 4).
  5. בחרו בכלי פילוח .
    הערה: כברירת מחדל, פילוח אוטומטי מופעל, מה שמניב תוצאות מהימנות ברוב המקרים.
  6. אם תוצאת הפילוח האוטומטי אינה מקובלת, שכלל את הצורה של שריר הלב המקוטע ו/או חלל ה-LV על-ידי הפעלת המצב הידני (ROI Search Disabled).
  7. בכלי המידול , בחר את המודל הקינטי המתאים שישמש לניתוח PET דינמי. במקרה זה, בחר גרפי | Patlak כדי לאפשר את ניתוח העלילה Patlak לחישוב קצב חילוף החומרים של ספיגת גלוקוז (MRGlu) עבור כל מגזר לב.
  8. בכלי מפת קוטב , בחר את המספר הנכון של מקטעי הלב המוצגים. במקרה זה, בחר 17 מקטעים.
  9. כעת, לחץ על כפתור ההתאמה כדי לבצע את הליך ההתאמה של ניתוח Patlak.
  10. בסוף הליך ההתאמה, התבונן במפה הקוטבית המוצגת של ערכיK i (כלומר, השיפוע של הרגרסיה הליניארית המתבטאת ב-mL/[mL × min]).
  11. באמצעות ערכי Ki עבור כל סקטור המוצגים בטבלה, חשב אתMR Glu באמצעות משוואה (2):
    MR Glu = (Ki × PGlu)/LC (2)
    כאשרP Glu הוא ערך שמקורו בדגימת דם של ריכוז הגלוקוז בפלזמה (mmol/L), והקבוע הגושי (LC) הוא מקדם אמפירי המשמש לפיצוי על ההבדל בספיגה בין גלוקוז רגיל ל-FDG. ראו, למשל, Ng et al.22 עבור ערכים אופייניים של קבוע גושים בתנאי ניסוי שונים.
    הערה: לפני תחילת ניתוח PET, מומלץ לבדוק באופן חזותי את הרצף הדינמי של אמצעי אחסון PET בתוך כלי התוכנה לניתוח PET. זה הכרחי כדי לא לכלול תנועה מקרוסקופית של בעלי חיים בין מסגרות זמן במהלך המחקר. אם קיימת תנועה, יש לבצע רישום תמונה תקין (מחוץ לתחום פרוטוקול זה) לפני הניתוח, במידת האפשר.

Figure 4
איור 4: כלי כיוון מחדש של תוכנת ניתוח PET. ההטלה של שני מקטעי קו פשוטים במרחב תלת-ממדי מוצגת בכל אחד משלושת המישורים הסטנדרטיים (טרנסאקסיאלי, קורונלי וסגיטאלי). הקטע הראשון מאפשר למשתמש לבחור את בסיס הלב ואת apex, ואילו השני מאפשר לבחור את הצד השמאלי והימני של הלב. שלב זה יוצר תמונת PET חדשה (אינטרפולציה) (שורה תחתונה), כאשר הלב מכוון מחדש לאורך ייצוג AHA הסטנדרטי. תמונות התקבלו עם Carimas מעכבר CD-1 זכר בוגר בריא במשקל 51 גרם והוזרק לו 10 MBq של [18F]FDG. קיצורים: PET = טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים; AHA = איגוד הלב האמריקאי; FDG = פלואורודאוקסיגלוקוז. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

10. ניתוח לב Cine-CT

הערה: סעיף זה מראה כיצד לבצע ניתוח כמותי של תמונת הלב Cine-CT כדי לאסוף נתונים כמותיים גלובליים של תפקוד הלב. הניתוח מבוסס על תוכנת Osirix MD. ההוראות שלהלן לא נועדו להוות תחליף למדריך למשתמש של Osirix24.

  1. טען את תמונות ה- DICOM של סריקת Cine-CT בתוכנה.
  2. פתח את ערכת הנתונים הדינמית עם מציג ה- 4D המובנה.
  3. באמצעות הכלי רפורמציה רב-פלנטרית תלת-ממדית (MPR), כיוון מחדש של נתוני התמונה לאורך הציר הקצר (איור 5).
  4. ייצא את הנתונים המכוונים מחדש ל- DICOM, כדי להבטיח שכל נתוני ה- 4D ייוצאו, עם עובי פרוסה משומר (זהה למקור) ועומק סיביות תמונה (16 סיביות לווקסל)
  5. פתח את תמונות ה- 4D MPR המיוצאות באמצעות מציג ה- 4D.
  6. בחר מסגרת זמן המתאימה לדיאסטולה הסופית. דפדף בין כל מסגרות הזמן באמצעות מחוון הזמן בסרגל הכלים הראשי כדי לוודא ששלב הלב הנכון נבחר.
  7. במסגרת זמן זו, בחר את כלי ביאור המצולע הסגור ותחם ידנית את הקיר האנדוקרדיאלי של LV.
  8. עשו את אותו הדבר עבור 10-20 פרוסות מהבסיס ועד לפסגה, כדי להבטיח שלכל ה-ROIs יהיה אותו שם (למשל, LVENDO).
  9. בתפריט החזר על ההשקעה , בחר ROI Volume | צור ROIs חסרים כדי ליצור את ה- ROIs על כל פרוסות הציר הקצרות על ידי אינטרפולציה של ה- ROIs המצוירים באופן ידני.
  10. בתפריט החזר על ההשקעה , בחר ROI Volume | נפח מחשוב כדי לחשב את הנפח של קבוצת החזר ההשקעה עם אותו שם ROI.
  11. דפדף בין מסגרות הזמן ובחר פאזה המתאימה ל- end-systole (נפח LV קטן יותר) וחזור על שלבים 10.7-10.10 לעיל.
  12. חישוב נפח הקו (SV) ושבר הפליטה באמצעות משוואות (3) ו- (4):
    SV = EDV - ESV[mL] (3)
    EF = 100 × SV/EDV [%] (4)
    כאשר EDV הוא הנפח הדיאסטולי הסופי ו- ESV הוא הנפח הסיסטולי הסופי.

Figure 5
איור 5: ממשק גרפי של כלי הרפורמציה הרב-פלנטרית. כלי זה משמש לשינוי כיוון של נתוני Cine-CT לניתוח פונקציונלי לאחר מכן. המשתמש יסובב ויתרגם את צירי הייחוס בצד שמאל של המסך באופן שתצוגת הציר הקצר של הלב תוצג בצד ימין. בסוף הליך זה, המשתמש יכול לייצא את התמונות המכוונות מחדש כערכת קבצים DICOM. התמונות התקבלו עם Osirix MD ומתייחסות לחולדה Wistar זכר בוגר בריא (507 גרם) שהוזרק לו 2 מ"ל של iomeprol, 200 מ"ג/מ"ל, בקצב של 0.4 מ"ל/דקה למשך 5 דקות, שוחזר עם BackProjection מסונן עם גודל ווקסל של 0.24 מ"מ3. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

בסעיף זה, תוצאות אופייניות מוצגות הן עבור ניתוח PET והן עבור CT בהתאם להליכים שתוארו עד כה. איור 6 מציג את התוצאות של סגמנטציה אוטומטית של חלל שריר הלב ו-LV של סריקת ה-PET [18F]FDG של עכבר CD-1 בקרה (בריא). למרות שהחדר הימני לא תמיד נראה בתמונות המשוחזרות, ניתן להשתמש בצירי הכיוון המבוססים על כותרת DICOM כדי להבחין נכונה בין המחיצה הבין-חדרית לבין קירות LV האחרים, כנדרש לזיהוי אמין של המגזרים הסטנדרטיים בעקבות המלצות איגוד הלב האמריקאי (AHA)25 . במקרה של איסכמיה שריר הלב, הפחתה אזורית של ספיגת העקיבה מופיעה כסימן אופייני לאובדן חיוניות שריר הלב. זה לא בהכרח מתואם עם זלוף מופחת, אשר יצטרך מעקב אחר (למשל, [13N]NH3 או [15O]H2O) כדי להיות חזותית בתמונות PET. אפילו אצל נבדקים בריאים, ערכים משוחזרים נמוכים יותר סביב הפסגה נצפים בדרך כלל ב-PET (ראו איור 6). זה עשוי לנבוע מחפץ נפח חלקי בולט יותר עקב עובי שריר הלב (בדרך כלל) דק יותר בנקודת השיא לעומת, למשל, הקיר השמאלי או המחיצה.

Figure 6
איור 6: תוצאות הפילוח האוטומטי של תוכנת ניתוח PET. התמונות התקבלו עם תוסף הלב של תוכנת Carimas. הפילוח נעשה לאחר שינוי כיוון סטנדרטי בהתאם להנחיות AHA. התמונות המוצגות מתייחסות לעכבר CD-1 זכר בוגר בריא (זהה לאיור 4) שמשקלו 51 גרם והוזרק לו 10 MBq של [18 F]FDG, ללא גאט לבבי, ומסכמות את 15הדקות האחרונות של סריקת PET בת 60 דקות. התמונות שוחזרו עם אלגוריתם 3D-OSEM איטרטיבי עם גודל ווקסל של 0.85 מ"מ3. קיצורים: PET = טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים; AHA = איגוד הלב האמריקאי; FDG = פלואורודאוקסיגלוקוז. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

באיור 7 מוצגת דוגמה ל-K האזורישקיבלתי באמצעות ניתוח גרפי של Patlak18 (למעלה משמאל). במסגרת בתחתית, תרשים פיזור Patlak ואת התוצאות המתאימות של ניתוח רגרסיה ליניארית מוצגים. כל נקודה בחלקת הפיזור מייצגת את היחס בין ריכוז פעילות הרקמה לבין ריכוז פעילות הפלזמה בזמן נתון t (לאחר תיקון לריקבון רדיואקטיבי), CT(t)/CP(t), המשורטט כנגד אינטגרל הזמן של ריכוז פעילות הפלזמה מזמן ההזרקה t 0 =0 לזמן t. הטבלה שבמסגרת הימנית העליונה של איור 7 מציגה את ערכי השיפוע (Ki) והיירוט (Ic) של ההתאמה הליניארית המבוצעת בכל מקטע, יחד עם מקדם הקביעה המתאים (R2).

בכל הנוגע ל-PET לבבי, סימנים לביצוע לקוי של הפרוטוקול יכולים לכלול, בין היתר, את הדברים הבאים: (i) ספיגת מעקב נמוכה או נעדרת משריר הלב, שהיא בדרך כלל סימן לכך שבעיה התרחשה במהלך הזרקת המעקב, כגון זריקה אקסטרווזרית; (ii) בעיות דומות כמו בנקודה הקודמת אם טמפרטורת בעלי החיים נמוכה מדי במהלך סריקת PET (למשל, מתחת ל-35 מעלות צלזיוס) ולכן מתרחשת קליטת מעקב שונה; (iii) טשטוש תמונה ניכר, שיכול לנבוע מרמת הרדמה נמוכה מדי או תנועה לא רצונית.

Figure 7
איור 7: תוצאות הניתוח הגרפי של Patlak. התמונות התקבלו עם תוסף הלב של תוכנת Carimas. למעלה משמאל: מפה קוטבית פרמטרית של Ki אזורי של LV הנובעת מניתוח Patlak. מימין למעלה: ערכים ממוצעים של Ki ו- I C על כל מקטע שריר הלב, יחד עם מקדמי הקביעה של כל התאמה ליניארית (R2). למטה: תרשים פיזור של y(t) לעומת x(t) (ראה טקסט לפרטים) עבור מקטע שריר הלב שנבחר (מקטע 1 בדוגמה זו). תוצאה זו מתייחסת לתמונות PET שריר הלב המוצגות באיור 4 ובאיור 6 (עכבר CD-1 זכר בוגר בריא במשקל 51 גרם ומוזרק עם 10 MBq של [18F]FDG). קיצורים: PET = טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים; FDG = פלואורודאוקסיגלוקוז. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 8
איור 8: דוגמה לפילוח ידני של LV של חולדה. התמונה מתייחסת לאותה חיה כפי שמוצגת באיור 5 והתקבלה עם Osirix MD. הניתוח הנפחי המתקבל של ה- LV בסוף הדיאסטולה ובסוף הסיסטולה מוצג בתחתית. מתוצאות אלה, EF ו- SV מחושבים על פי משוואות 3 ו -4. קיצורים: EF = שבר פליטה; SV = נפח שבץ; ROIs = אזורי עניין; LV = חדר שמאל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 9
איור 9: עיבוד נפח של תמונות Cine-CT. התמונות מתייחסות לאותה חולדה שמוצגת באיור 5 ובאיור 8 (חולדת Wistar זכרית בוגרת בריאה במשקל 507 גרם ומוזרקת עם 2 מ"ל של iomeprol, 200 מ"ג/מ"ל, בקצב של 24 מ"ל/שעה למשך 5 דקות, משוחזרת עם FBP עם גודל ווקסל של 0.24 מ"מ3). קיצורים: RA = אטריום ימני; LA = אטריום שמאלי; LV = חדר שמאלי; RV = חדר ימין; CT = טומוגרפיה ממוחשבת; FBP = הקרנה אחורית מסוננת. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 8 ואיור 9 עוסקים בתוצאות המייצגות של ניתוח הלב Cine-CT עבור חולדה בריאה. בפרט, באיור 8, הצורה והגודל השונים של ה-LV מוצגים עבור הפאזות הסופיות-דיאסטוליות והאנד-סיסטוליות, יחד עם השחזור התלת-ממדי של נפח ה-LV המקוטע בשני השלבים. בדוגמה זו, חישוב הנפחים על פי משוואות 3 ו-4 הביא ל- EDV = 0.361 מ"ל ו- ESV = 0.038 מ"ל, המתאים לנפח שבץ של SV = 0.323 מ"ל ושבר פליטה EF = 89.4%. זה עולה בקנה אחד עם התוצאות שדווחו על פרוטוקולים דומים בספרות, המראים EF תקין של חולדות בטווח של 70%-90%26. אוטם בלבבות עלול להוביל להפחתת EF, בטווח של 50%-70% או פחות, תלוי בחומרת הנגע ובהארכת שריר הלב האקינטי.

הסימנים הבאים לביצוע לקוי של הניסוי עלולים להתרחש עבור תמונות Cine-CT: (i) ניגודיות תמונה מופחתת או נעדרת בין חדרי הלב/כלי הדם לבין שריר הלב; במקרה זה, סביר להניח כי בעיה בהזרקת סוכן הניגוד התרחשה; (2) קווי מתאר מטושטשים של קירות שריר הלב; במקרה זה, התרחשה בעיה בשחזור, ככל הנראה עקב זיהוי שגוי של פסגות הלב והנשימה מהאות התוך-גירי, אשר בתורו עשוי להיות תלוי בבחירה גרועה של רצועות התדרים (איור 3) ו/או בבחירה גרועה של החזר ההשקעה על אות ה-gating (איור 2); (3) ממצאי תנועה ניכרים, שעשויים לנבוע מרמת הרדמה נמוכה מדי או תנועה לא רצונית.

באיור 9, עיבוד נפח של אותו לב חולדה מוצג גם עבור סוף הדיאסטולה וגם עבור סוף הסיסטולה. סוג זה של הדמיה מאפשר רק לתאר את התאים וכלי הדם המשופרים ביוד, ולכן ערכם איכותי יותר מאשר כמותי. עם זאת, תנועתיות מופחתת של דפנות שריר הלב, כמו זו שנתקלים בה בחולדות אוטמות, תיצור תמונות נפחיות עם הבדלים פחות ברורים בין השלב הדיאסטולי הסופי לשלב הסיסטולי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הפרוטוקול המוצג במאמר זה מתמקד בהליך ניסויי טיפוסי למחקר קרדיווסקולרי תרגומי על מודלים של פגיעות לב בבעלי חיים קטנים באמצעות הדמיית PET/CT ברזולוציה גבוהה. התוצאות המוצגות מעידות על הערך הכמותי והאיכותי הגבוה של תמונות PET ו- Cine-CT, המספקות מידע תפקודי ומבני של הלב כולו לגבי חילוף החומרים של הגלוקוז, הצורה והדינמיקה של התכווצותו. יתר על כן, כל התמונות המתקבלות הן תלת-ממדיות, שנפתרו בזמן, ומציגות ריווח פיקסלים איזוטרופיים; זה מועיל מנקודת המבט של עיבוד התמונה מכיוון שהוא אינו דורש משימות תלויות מפעיל קדם-סריקה כדי לבחור כיווני פרוסה ספציפיים לאורך הצירים הסטנדרטיים של הלב.

מאמר זה כולל פרוטוקול המבוסס על הניתוח הגרפי של Patlak של נתוני PET דינמיים18. סוג זה של ניתוח שימושי לתיאור ספיגת מעקב בלתי הפיכה מהרקמה, המהווה קירוב טוב במקרה של [18F]FDG, שבו ההשפעה של דפוספורילציה או מטבוליטים היא בדרך כלל זניחה בשריר הלב19. במסגרת קירוב זה, ניתן להעריך את היחס בין ריכוז פעילות הרקמה המתוקנת בדעיכה CT(t) לבין ריכוז פעילות הפלזמה המתוקנת בדעיכה CP(t) על ידי המשוואה הבאה (5):

Equation 1 (5)

אשר מחזיק עבור פעמים t, לאחר זמן התחלה מסוים, t *, כי יש לקבוע אמפירית. במשוואה לעיל, הקבוע Ki מייצג את קצב הזרימה נטו מדם לרקמה, בעוד ש- IC הוא קבוע הכולל את שבר נפח הדם ואת נפח ההפצה של העקיבה בתא הפיך (כלומר, הפלזמה). נגזרת מתמטית מפורטת יותר של נוסחה זו ניתן למצוא במקום אחר20. אם עקומות פעילות הזמן (TACs) הן של הפלזמה והן של הרקמה זמינות (למשל, מסריקת PET דינמית ו/או דגימת פלזמה), ניתן ליצור תרשים פיזור דו-ממדי על ידי התוויה Equation 2 ועבור Equation 3 כל זמן פריים, t, כך שניתן יהיה לקבוע בקלות את Ki ו-I C כשיפוע ויירוט של עלילת הפיזור על ידי רגרסיה ליניארית פשוטה, מוגבל לאותן נקודות זמן t > t * ולאחר מכן ליניאריות נצפית. יש להדגיש כי ההרדמה הממושכת יכולה להשפיע על קצב חילוף החומרים של שריר הלב21. מסיבה זו, חשוב מאוד לתקנן את הפרוטוקול, כך וריאציות בין נושא של כל הפרמטרים הפיזיולוגיים הרלוונטיים נשמרים למינימום. ההליך המתואר בפרוטוקול, המיושם בקארימאס, מאפשר ניתוח גרפי אזורי של פטלק של שריר הלב; השתמשנו בריכוז הפעילות של כל הדם בחלל LV כקירוב של פונקציית קלט הפלזמה CP(t).

סורקי PET מסוימים עשויים להיות בעלי רזולוציה ו/או רגישות מרחבית נמוכות יותר, מה שיוביל לשימוש ב-ROIs גדולים יותר ולשגיאות עקביות של נפח חלקי/זליגה בעקומות פעילות הזמן (TACs) של המדידות, במיוחד זו הפלזמטית המשמשת כפונקציית הקלט (IF). במקרה זה, ניתן לשנות את פרוטוקול הניתוח על ידי יצירת IF היברידי המבוסס על ערכי התמונה בשלב המוקדם לאחר ההזרקה ועל ריכוז פעילות דגימת הדם (ראה שלב 6.8 בפרוטוקול) בשלב המאוחר (>20 דקות). ניתן לחשב את הנקודות המתוקנות של ה- IF ההיברידי על ידי אינטרפולציה, כפי שמוצג על ידי Shoghi et al.23. בתוך Carimas, ניתן לייצא את ה- TACs הגולמיים של כל מקטע שריר הלב, לתקן את ה- TAC העורקי ולטעון אותם שוב כדי לבצע ניתוח Patlak ישירות על העקומות המתוקנות. בשל מורכבות הפעולה הנדרשת, לא סיפקנו פעולות פרוטוקול ספציפיות לביצוע פעולה זו, שכן התוצאות המתקבלות במקרה המתואר בפרוטוקול זה הן בעלות רמה טובה של שכפול עבור רוב היישומים.

יישום אפשרי של הפרוטוקול המוצג הוא במודלים של בעלי חיים קטנים של אוטם שריר הלב. כדי להימנע מהגבלות על תחום ספציפי כזה של מחקר הדמיה, לא הוספנו הוראת פרוטוקול ספציפית להשראת MI או סוגים אחרים של מחלות לב וכלי דם. הליכים כירורגיים מפורטים ניתן למצוא במקומות אחרים בספרות12,13, והם יושמו בהצלחה בקבוצה שלנו במטרה לתאר מידע משלים הן עבור פגמים פרפוזיה אזורית והן אנגיוגנזה הנגרמת על ידי איסכמיה4. אף על פי כן, פרוטוקול ההדמיה PET/CT המוצג במאמר זה יכול להיות שימושי במגוון תכנוני מחקר כאשר חילוף החומרים, התפקוד ו/או המורפולוגיה של הלב מדאיגים, כולל, אך לא רק, מחלות מטבוליות27, תגובה לטיפול ו/או לדיאטות שונות 28, ופציעות הנגרמות על ידי קרינה29. יתר על כן, סוג זה של חקירה יכול להיות שימושי בעת אימות בדיקות מולקולריות חדשות לניטור שיפוץ לב ו neovascularization בקורלציה עם תפקוד הלב הגלובלי והאזורי ומורפולוגיה 4.

כאן, דנו ברכישה וניתוח טיפוסיים של תמונות PET המתמקדים בכימות ספיגת הגלוקוז האזורית של שריר הלב באמצעות [18F]FDG; עבור הדמיית אוטם שריר הלב, למשל, זה שימושי ומאומץ באופן נרחב למדידת הכדאיות של שריר הלב26 כמידע משלים על פרפוזיה, אשר במקום זאת דורש עוקבים שונים. יתר על כן, [18F]FDG הוא המעקב הזמין ביותר בהדמיית PET, ולכן, החלטנו להתאים פרוטוקול זה למעקב זה כדי להגדיל את תחולתו. עם שינויים קלים בתהליך העבודה של הניתוח, ניתן להשתמש באותו הליך כדי לכמת, לדוגמה, את זרימת הדם האזורית של שריר הלב (MBF), תוך שימוש ב-[13N]NH3 או [15O]H2O כעוקבים אחר זרימת הדם30.

במקרים אלה, פרוטוקול רכישת PET דורש שינויים קלים, בהתחשב בזמני הדעיכה השונים של רדיונוקלידים של 13N (T 1/2 = 9.97 דקות) ו- 15 O (T 1/2 = 2.04 דקות) ביחס ל- 18F (T1/2 = 109.8דקות). יתר על כן, יש להשתמש במודלים קינטיים מתאימים במקום זה המוצג במאמר זה, הזמין בדרך כלל ברוב תוכנות עיבוד התמונה הכמותיות לניתוח PET; מלבד נקודות אלה, ההליך הניסויי המוצג בפרוטוקול זה מתאים בעיקר לסוגים אחרים של מחקר ניסיוני המתמקד בלבם של בעלי חיים קטנים. למרות שהפרוטוקול תוכנן במיוחד להדמיה לבבית של מודלים של עכברים, עבודה עם חולדות עשויה לרמוז על שינויים מסוימים בפרוטוקול עצמו, בעיקר בגלל הגודל הגדול יותר של החיה (~פי 10 כבד יותר). עם זאת, מידע נוסף נוסף לפרוטוקול כדי להצביע על השינויים הנדרשים להדמיית חולדות למען הפשטות.

יתרון של הפרוטוקול המוצג הוא שהוא אינו דורש שימוש בבדיקות א.ק.ג. על החיה, שכן ניתן לערוך את מחקר ה- PET באופן אמין ללא gating, ומחקר ה- CT משתמש בגטינג רטרוספקטיבי פנימי (ללא חיישן). האלגוריתם שבבסיס תוכנת ה-gating הפנימית מבוסס על עבודתם של Dinkel et al.31. שיטה זו מראה הסכמה גבוהה מאוד עם הפרעות קצב (חיצוניות) מבוססות א.ק.ג. ואף עשויות להיות טובות יותר במקרה של הפרעות קצב עקב דיסוציאציה של אירועים מכניים וחשמליים31. למרות שניתן ליישם gating פנימי בזרימות עבודה אוטומטיות לחלוטין32, פרוטוקול זה מבוסס על שיטה אינטראקטיבית המיושמת בסורק IRIS CT, המעניקה גמישות רבה יותר בבחירת הפרמטרים. כאמור, התאמות קלות של ההליכים נדרשות בעת שימוש בחולדות במקום בעכברים, בעיקר לגבי המינונים המוזרקים, הצורך בסריקות תיקון הנחתה (CTAC) בעת שימוש בבעלי חיים גדולים יותר, כמו גם כמה הבדלים בין סוגי חומרי הניגוד של CT. לגבי נקודה אחרונה זו, השימוש בתחליבי שומנים עשירים ביוד במים על חולדות מדווח גם בהערות הטכניות של ספקי CA של בעלי חיים קטנים. בשל נפחי ההזרקה הגדולים יחסית המעורבים, העלות הגבוהה יחסית, והזמינות הפחות נרחבת של חומרי ניגוד מיוחדים אלה, הצגנו גם שינוי של הפרוטוקול המבוסס על חומרי ניגוד וסקולריים נפוצים, כגון iomeprol, אשר ישים באופן נרחב במסגרות קליניות. בשל הסילוק המהיר מאוד של סוכני כלי דם סטנדרטיים כאלה, משאבת הזרקה ממונעת המאפשרת הזרקה רציפה איטית נדרשת במקרה זה.

מגבלות השיטה
תחולתם של פרוטוקולי PET/CT המוצגים מסתמכת על זמינותו של מכשור שהוא בדרך כלל פחות נפוץ ויקר יותר מטכניקות אחרות (בעיקר אקוקרדיוגרפיה אמריקאית), למרות שהמידע ההקשרי על מבנה, תפקוד ומטבוליזם אינו יכול להיות מושג על ידי כל טכניקה אחרת עם אותה רגישות וגמישות בבחירת הבדיקה המולקולרית. עם זאת, ההשלמה המוצלחת של כל תהליך ההכנה/רכישה/ניתוח במתודולוגיה זו דורשת שיתוף פעולה חזק בין מספר דמויות מקצועיות, כולל ביולוגים, רופאים וטרינריים, כימאים, פיזיקאים וביו-מהנדסים. זה נכון עוד יותר כאשר נעשה שימוש במעקב PET לא סטנדרטי, מה שמרמז על מאמצים הן ברדיוסינתזה והן במודלים מתמטיים, כמו גם בהתאמת תוכנת הניתוח לכימות נכון ואמין33,34,35.

בסעיף 9 של הפרוטוקול, תיארנו הליך כימות פשוט מאוד על ידי שימוש בפונקציית קלט שמקורה בתמונה (IDIF), וציינו כי גישה מעורבת המשתמשת ב- IDIF וב- IF שמקורו בדגימת דם עבור מסגרות מאוחרות יכולה לתת תוצאות טובות יותר. יש לציין כי שימוש בפעילות הנמדדת מדם שלם (ורידי) שנלקח מהזנב נחשב לקירוב אמין ב-[18F]FDG, אך הוא דורש תיקונים נוספים לפעילות המטבוליטים במקרה שלעוקבים שונים 36,37. אחת הנקודות הקריטיות ביותר בפרוטוקול כולו היא הקנולציה התוך-ורידית, המעניקה גישה ורידית להזרקת העקיבה הרדיואקטיבית לסריקת ה-PET וחומר הניגוד היוד לסריקת ה-CT. ביצוע צעד קריטי זה ללא הצלחה גורם לתמונות חסרות תועלת, שכן הכמות היעילה של מעקב PET או CT CA במחזור עשויה להיות נמוכה מהנדרש. אנשי מומחים עם הכשרה ספציפית להזרקת וריד זנב חייבים להיות מעורבים בהליך זה כדי לספק תוצאות אמינות.

החיסרון של CT להדמיית לב דינמית הוא הרזולוציה הטמפורלית הנמוכה יחסית שלו בהשוואה לארה"ב ו-MRI, למרות שהדמיית לב תלת-ממדית עם אולטרסאונד דורשת שימוש בשלב תרגום ממונע עבור הבדיקה ורישום התמונה לאחר מכן כדי לקבל תוצאות נכונות. הצורך להזריק כמויות עקביות של CA להבחנה נכונה של דם ושריר הלב בתמונות משוחזרות הוא אחד החששות העיקריים בשל הרגישות הנמוכה הפנימית של המתודולוגיה. בפרוטוקול זה, הגבלנו את נפח ההזרקה של CA למחקרי CT ל-0.5 מ"ל בעכברים ו-2 מ"ל בחולדות, תוך שימוש בעירוי רציף במשך 3 דקות ב-10 מ"ל/שעה בעכברים ולמשך 5 דקות ב-24 מ"ל/שעה בחולדות. ראינו ששיעורים ונפחים אלה של זריקות נסבלים היטב על ידי בעלי החיים. הכמויות המתוארות כאן תואמות או קטנות יותר מפרוטוקולים מקבילים המצויים בספרות.

Nahrendorf et al. תיארו פרוטוקול Cine-CT לתיאור אוטם שריר הלב מורין, הכולל הזרקת בולוס בסיסית (טרום סריקה) של 0.2 מ"ל של תחליב שומנים במים, CA ולאחר מכן הזרקה רציפה של יומפרול ב-1 מ"ל/שעה למשך שעהוחצי. Badea et al. השוו פרוטוקול Cine-CT לבבי דומה המבוסס על עירוי של שעה אחת של Isovue 370 (iopamidol) עם הזרקת בולוס של 0.5 מ"ל/25 גרם ממשקל הגוף של Fenestra VC (תחליב שומנים במים), ומצאו תוצאות טובות יותר מבחינת ניגודיות התמונה במקרה השני39. אותו יצרן של חומר הניגוד Fenestra VC דיווח על נפח מומלץ של הזרקה של 0.4 מ"ל/20 גרם של משקל גוף להדמיה וסקולרית עם מיקרו-CT40. עם זאת, CAs חדשים עם צפיפות גבוהה יותר כגון eXIA 160 XL, MVivo Au, Aurovist 15 ננומטר, או Exitron nano 12000 נכנסו לאחרונה לשוק הפרה-קליני ויש להם פוטנציאל להפחית את נפחי ההזרקה בפרוטוקולי מיקרו-CT לבביים. נבולוני ואחרים ערכו אפיון נרחב של CAs41 כאלה. מינון הקרינה ב-CT מגודר הוא דאגה נפוצה נוספת למחקרי אורך; במקרה זה, המינון המרבי עבור פרוטוקול Cine-CT המתואר הוא מתחת ל-200 mGy הן עבור עכברים והן עבור חולדות, כפי שהוערך על בסיס אפיון דוזימטרי קודם של סורק ה-CTשלנו 42. נתון זה נמוך בערך פי 5 מהמינון המדווח בספרות עבור סריקות CT לב4D נמוך פי 38,39 ונמוך פי 30 מהמינון הקטלני הממוצע להקרנה כוללת של בעלי חיים קטנים, המוערך ב-6 Gy43.

תחולת הפרוטוקול על מכשור ותוכנות שונים
למרות שההוראות הספציפיות המוצגות בפרוטוקול זה מותאמות באופן בלתי נמנע לטומוגרף PET/CT ספציפי, ניתן להתאים את משימות ההדמיה המוצגות כאן למערכות הדמיה שונות. לגבי סעיף PET בפרוטוקול זה, לכל מערכות PET או PET/CT המתקדמות המיועדות למחקר בבעלי חיים קטנים יש דרישות ביצועים (במונחים של רזולוציה מרחבית וזמנית) המתאימות לביצוע הפרוטוקול. בכל הנוגע ל-CT לבבי, הפרוטוקול עשוי להשתנות בהתאם למערכת הלב-ריאה הספציפית המשמשת (למשל, חיצונית או פנימית). הקוראים יכולים לעיין במאמרי סקירה אחרונים ובפרקי ספרים לדיון מעמיק ביכולות הנוכחיות של מערכות PET, CT או PET/CT 44,45,46. יש לציין כי פרוטוקולי CT ו- PET המוצגים במאמר זה יכולים להתבצע באופן עצמאי, בהתבסס על היכולות והמוזרויות של המכשור הטומוגרפי שבשימוש. לכן, אנו מאמינים כי ההליכים המוצגים יכולים לספק התייחסות שימושית לכל מתרגל המעוניין לערוך בפעם הראשונה, מחקר PET / CT לב על בעלי חיים קטנים.

כל משתמש עם כישורים מספיקים בהגדרת הפרוטוקול הכללית של טומוגרף PET/CT משלו צריך להיות מסוגל ליישם את ההתאמות הנדרשות בשיטה המוצגת כדי לקבל תוצאות שוות ערך במעבדה שלו. ניתן להשתמש באותם טיעונים עבור החלק המוקדש לניתוח תמונות. רשימה יסודית של כל חבילות התוכנה הזמינות לניתוח PET לב ו- CT לב היא מחוץ למטרת מאמר זה. עם זאת, חבילות תוכנה דומות רבות אחרות משתמשות במתודולוגיה דומה ליצירת מפות קוטב ולניתוח קינטי של מעקב אזורי. הקורא יכול לעיין ב- Wang et al.47 ובהפניות בתוך למשימה של כימות PET ולמאמרי מחקר רלוונטיים48,49,50 לכימות CT 4D. במקרה זה, החלטנו למקד פרוטוקול זה ב- Carimas 51,52,53,54 ו- OsiriX55,56,57,58 לניתוח כמותי של תמונות PET ו- CT לבביות, בהתאמה. בשל השימוש הנרחב בכלים אלה, אנו מאמינים כי בחירה זו עשויה לסייע בהגברת העניין של קהילת המחקר ביישום וביישום של השיטות המוצגות, בהשוואה לדיון המתמקד בכלי ניתוח סגורים, מסחריים וספציפיים לסורק המסופקים על ידי כמה יצרני סורקי PET ו- CT.

שינויים בפרוטוקול ניתוח התמונה הכמותי
התוצאות לדוגמה המוצגות כאן הן רק תוצאה פשוטה של מטלת ניתוח כמותית פשוטה, שעשויה להיחשב כמספיקה לרוב המטרות המעשיות בניסויי מחקר קרדיווסקולריים תרגומיים המתמקדים במודלים של בעלי חיים קטנים של פגיעה לבבית. עם זאת, אפשרויות ניתוח רבות נוספות אפשריות, החל מתמונות DICOM הנובעות מפרוטוקול הרכישה/שחזור המתואר במאמר זה. לדוגמה, אדם עשוי להיות מעוניין ליישם מודלים ממודרים שונים במקום הניתוח הגרפי Patlak מנתונים דינמיים [18F]FDG-PET 59,60,61. יתר על כן, הניתוח של תפקוד הלב המבוסס על תמונות Cine-CT 4D המוצגות בפרוטוקול זה היה גלובלי רק עבור LV כולו, אך מספר תוכנות שונות (בעיקר מסחריות) מאפשרות למשתמשים לבצע ניתוח מתח ותנועת קיר אזורית, עיבוי קירות וניתוח EF אזורי מאותן תמונות49. עם זאת, אנו מאמינים כי הדוגמאות המוצגות כאן מייצגות נקודת התחלה טובה למשימות מעמיקות יותר לאחר עיבוד וכמותיות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

דניאלה פאנטה קיבלה מענקים עבור R&D של מכשור מיקרו-CT מ- Inviscan Sas.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך בחלקו על ידי פרויקט "גוטמום" JPI-HDHL-INTIMIC: השמנת יתר אימהית ותפקוד קוגניטיבי לקוי בצאצאים: תפקיד הגורם-תוצאה של מיקרוביומיאום המעי ומניעה תזונתית מוקדמת (פרויקט מס' INTIMIC-085, משרד החינוך האיטלקי, אוניברסיטה וצו מחקר מס' 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

רפואה גיליון 190
טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים לבביים ברזולוציה גבוהה/טומוגרפיה ממוחשבת לבעלי חיים קטנים
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