Method Article

بروتوكول القياس الكمي الجديد لتطور تكلس القلب والأوعية الدموية باستخدام صور MicroPET / MicroCT الطولية

DOI:

10.3791/66805

⸱

November 15th, 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Molecular and Medical Pharmacology, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 2Crump Institute for Molecular Imaging, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 3Department of Medicine, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 4Department of Physiology, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 5Department of Orthopaedic Surgery, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 6Department of Bioengineering, University of California, Los Angeles, 7Jonsson Comprehensive Cancer Center, University of California, Los Angeles

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يستلزم هذا البروتوكول الجديد القياس الكمي لتطور تكلس القلب والأوعية الدموية من التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الصغير (PET) / التصوير المقطعي المحوسب الصغير (CT) في الأبحاث الصغيرة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الدقيق (PET) والتصوير المقطعي المحوسب الدقيق (CT) أدوات بحثية قوية ومثالية لمتابعة تطور تكلس القلب والأوعية الدموية. نظرا لطبيعتها غير الغازية ، يمكن تصوير البحث الصغيرة في نقاط زمنية متعددة. يكمن التحدي في القياس الكمي الدقيق لتكلس القلب والأوعية الدموية. هنا ، نقدم بروتوكولا ، باستخدام صور من مراحل المرض اللاحقة كقالب ، لتحديد تطور تكلس القلب والأوعية الدموية بدقة في الدراسات الطولية. يتضمن البروتوكول 1) محاذاة منطقة الصدر في صور متعددة من نفس أثناء دراسة طولية كخطوة أولى ، 2) تعريف منطقة الاهتمام (ROI) الموجودة داخل القلب والشريان الأورطي في موقع رواسب الكالسيوم الأكبر التي تظهر في الصور اللاحقة ، و 3) التجزئة المتزامنة والقياس الكمي لرواسب الكالسيوم عبر جميع الصور التي تم الحصول عليها أثناء الدراسة الطولية. تعمل هذه الطريقة المبسطة على تحسين دقة تحليل الصور في متابعة تطور تكلس القلب والأوعية الدموية من خلال تحسين دقة تعريف عائد الاستثمار وتقليل التباين المرتبط بالتقنيات السابقة التي تحلل عمليات المسح الفردية بشكل مستقل.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تعد أمراض القلب والأوعية الدموية سببا عالميا رئيسيا للمراضة والوفيات ، وتتطلب استكشافا دقيقا للكشف عن آلياته ووضع استراتيجيات وقائية وعلاجية فعالة. يكلس الشريان التاجي (CAC) معترف به على نطاق واسع من قبل الخبراء في هذا المجال كعامل تنبؤي لأمراض القلب والأوعية الدموية ، مما يزيد بشكل كبير من خطر الوفيات القلبية الوعائية1،2،3،4،5. تعتبر التكلسات المجهرية المراحل الأولى من تصلب الشرايين الكلسي ، وقد استخدم مصطلح "التكلسات الدقيقة" للإشارة إلى رواسب الكالسيوم التي يتراوح قطرها بين 0.5 إلى 50 ميكرومتر6،7،8،9. يعتقد أن هذه التكلسات الصغيرة تتحد لتشكل رواسب أكبر من الكالسيوم ، مما يغذي تطور البلاك الكلسي6،7.

يعمل التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) والتصوير المقطعي المحوسب (CT) كأدوات بحثية قيمة ، وغالبا ما تستخدم للتقييم غير الجراحي لتكلس القلب والأوعية الدموية في الجسم الحي5،10،11،12،13،14،15،16،17،18،19. أثبتت طرق التصوير هذه أنها مفيدة بشكل خاص لتتبع تقدم تكلس الأوعية الدموية في الدراسات الطولية التي شملت بحثية صغيرة11،12،13،19. أظهر التصوير المقطعي المحوسب بالتصوير المقطعي المحوسب فعاليته في توفير صور تشريحية لرواسب الكالسيوم الكبيرةنسبيا 11،12،13،19،20. ومع ذلك ، فإن فائدته في تصوير رواسب الكالسيوم الصغيرة في الحية مقيدة بدقته المكانية ~ 100 ميكرومتر8،14 ، مما يجعل من الصعب التحقيق في التكلس خلال مراحله الأولية.

من التطورات الملحوظة اعتماد التصوير المصغر / التصوير المقطعي المحوسب المصغر مع متتبع PET ، فلوريد الصوديوم المسمى بالفلورايد -18 (18F-NaF) ، كطريقة قياسية للكشف عن التكلس بناء على ارتباطه بمساحة السطح المعدني. يستخدم هذا النهج 18F-NaF المصنف بالإشعاع ، والذي يظهر أنه يحدد سطح معدن الكالسيوم10،13 حيث ترتبط أيونات الفلورايد تساهميا بهيدروكسيباتيت الكالسيوم ، لتحل محل مجموعات الهيدروكسيل لتشكيل الفلوروباتيت21. تمشيا مع معدل الصرف البطيء بالنسبة للاضمحلال الإشعاعي ل 18F (عمر النصف ~ 110 دقيقة) وإزالة المتتبع من خلال الكلى22 ، وجد إيركل وزملاؤه13 أن 18F-NaF مرتبطة بعينات الشريان السباتي المتكلسة كانت مقتصرة على السطح في وقت الكشف. وبالتالي ، يجب أن يرتبط امتصاص التتبع مباشرة بمساحة السطح المعدنية ، والتي تكون أكبر عندما تحدث كمية معينة من المعادن في بؤر صغيرة متعددة أو في شكل مسامي مما كانت عليه عند وجودها في رواسب صلبة قليلة وكبيرة. من خلال إبراز المراحل المبكرة من التمعدن بحساسية عالية ، قد يوفر تصوير 18F-NaF PET رؤى قيمة في المراحل المبكرة من المرض ، مما يجعله مفيدا بشكل خاص في دراسة الاستراتيجيات الوقائية والعلاجية13 ، 14 ، 15.

حتى مع التطورات الحديثة في التصوير المركب microPET / microCT لتكلس الأوعية الدموية ، هناك فرص لتحسين دقة تحليل الصور في دراسات تكلس القلب والأوعية الدموية الطولية. تستخدم الأساليب التقليدية التحديد اليدوي كثيف العمالة لمناطق الاهتمام (ROI) حول كل منطقة متكلسة مرئية في كل فأر في كل نقطة زمنية فردية طوال الدراسة الطولية. تقلل هذه الطريقة من الدقة ، خاصة في مراحل المرض المبكرة عندما تقترب أحجام رواسب الكالسيوم من حدود الكشف عن الماسحات الضوئية ، مما قد يجعل بعض المناطق ذات الرواسب الصغيرة مرتبة بكثافة منخفضة غير مرئية.

في عالم التصوير ، تشير المحاذاة عموما إلى المحاذاة المكانية لسلسلة من الصور. من خلال تقديم المحاذاة كحل جديد للتحديات الحالية ، تسمح طريقتنا المقترحة للمحققين باستخدام موقع ثابت لمتابعة تطور التكلس في الصور التسلسلية من الأشخاص الفرديين خلال دراسة طولية. بالنظر إلى أن تكلس الأنسجة من المعروف أنه ينشأ من حويصلات مصفوفة نانوية الحجم (50-150 نانومتر) ، والتي تتحد لتشكيل معدن هيدروكسيباتيت مجهري ، ثم عياني ،يمكن للمرء أن يحدد بأثر رجعي مكان وجود التكلسات الدقيقة في الصور المبكرة قبل أن يتم تمييزها.

إن اتباع نفس الموقع بمرور الوقت ، والذي أصبح ممكنا من خلال محاذاة الصورة ، هو أساس هذه الطريقة. إنه يلغي الحاجة إلى تحديد مراحل التكلس المبكرة مباشرة ، حيث يتم تعيين عائد الاستثمار بناء على أحدث المراحل عندما يتم تحديد التمعدن بسهولة. في هذا البروتوكول ، نقدم طريقة محسنة ومبسطة لتحليل البيانات تتضمن محاذاة سلسلة زمنية من الصور كخطوة حيوية ، مما يعزز القياس الكمي الدقيق لترسب الكالسيوم في دراسات التصوير الطولية والمدمجة microPET / microCT (الشكل 1). بينما نستخدم تحليل بيانات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب كمثال ، يمكن تطبيق هذه الطريقة على تحليلات بيانات التصوير الطولي الأخرى ، بما في ذلك التصوير المقطعي المحوسب بإصدار فوتون واحد (SPECT) ، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ، والتصوير البصري24.

figure-introduction-1
الشكل 1: مخطط انسيابي لنظرة عامة على البروتوكول. مخطط انسيابي يلخص البروتوكول الجديد لقياس تكلس القلب والأوعية الدموية. تشمل الخطوات العامة التصوير الطولي ، ومحاذاة الصور المكتسبة في نقاط زمنية مختلفة ، وتجزئة المنطقة المتكلسة وتقديرها الكمي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم الصور التمثيلية فأرة أنثوية تعاني من نقص في البروتين الشحمي (Apoe-/-). تمت مراجعة البروتوكولات التجريبية والموافقة عليها من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدامه بجامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس.

1. مسح

  1. بين اكتساب الصور ، قم بإطعام الفأر بنظام غذائي قياسي دون أي تدخل. ومع ذلك ، قبل الصورة الأولى في عمر 15 شهرا ، قم بالتبديل إلى نظام غذائي غربي (21٪ دهون ، 0.2٪ كوليسترول) من 12 إلى 14 شهرا من العمر للحث على تكلس الأبهر الأساسي.
  2. تأكد من معايرة الماسح الضوئي microPET / CT بشكل روتيني للحصول على بيانات PET على النحو الأمثل والتسجيل المشترك للتصوير المحوسب. قم بإجراء المعايرة وفقا لتعليمات الشركة المصنعة.
  3. قم بتخدير الفأر باستخدام غاز الأيزوفلوران 2٪ في غرفة لمدة 10 دقائق قبل التصوير. تأكد من التخدير عن طريق الضغط على إصبع دون استجابة.
  4. الحصول على صور microPET (350-650 كيلو فولت ، وقت مسح 10 دقائق) و 100 ميكرومتر ميكرو CT (80 كيلو فولت ، 150 ميكرو أمبير ، 720 إسقاط ، وقت مسح ضوئي 1 دقيقة) في ماسح ضوئي ميكروبيثرول / التصوير المقطعي المحوسب مدمج بعد 60 دقيقة من الحقن الوريدي ل 3.7 ميجابايت من 18F-NaF. احصل على فحوصات التصوير المقطعي المحوسب المجهري مباشرة بعد فحوصات التصوير المصغر.
    ملاحظة: قام سرير الماسح الضوئي بنقل من مشروط التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني إلى مشروط التصوير المقطعي المحوسب بينما ظل تحت التخدير وفي نفس الموضع.
  5. أعد بناء صور microPET باستخدام خوارزمية تعظيم توقعات المجموعة الفرعية المرتبة ثلاثية الأبعاد (24 مجموعة فرعية و 3 تكرارات) ، مع تصحيح عشوائي وتوهين واضمحلال. أعد بناء صور التصوير المقطعي المحوسب باستخدام خوارزمية Feldkamp المعدلة.
    ملاحظة: بعد التصوير ، تمت مراقبة الفأر حتى استعاد وعيه الكافي للحفاظ على الاستلقاء القصي. في نهاية الدراسة الطولية ، تم قتل جميع الفئران.

2. استيراد ملفات DICOM في برنامج عارض DICOM

ملاحظة: بينما يستخدم هذا البروتوكول التمثيلي برنامج ORS Dragonfly بموجب ترخيص غير تجاري ، فإن مرونته تمتد إلى خيارات برامج عارض DICOM الأخرى.

  1. قم بتشغيل برنامج عارض DICOM بالنقر المزدوج فوق التطبيق.
  2. انتقل إلى ملف في الزاوية اليسرى العليا. في القائمة المنسدلة، حدد استيراد صور DICOM... للمطالبة بظهور نافذة إدارة صور DICOM (الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S1A).
  3. ضمن نافذة إدارة صور DICOM ، انقر فوق علامة التبويب محتويات المجلد . على الجانب الأيمن، حدد فتح المجلد... لاختيار المجلدات التي تحتوي على ملفات DICOM ذات الأهمية في دراسة طولية (ملف تكميلي 1- الشكل التكميلي S1B).
  4. حدد المجلدات التي تحتوي على ملفات DICOM. انقر فوق تحديد مجلد لاستيراد المجلد الأول إلى نافذة إدارة صور DICOM (الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S1C).
  5. حدد كلا من ملفات PET ("PT") و CT (CT") DICOM في نافذة إدارة صور DICOM . بعد ذلك ، انقر فوق عرض الدراسة على الجانب الأيمن لفتح جميع صور DICOM المستوردة (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S1D).
  6. كرر الخطوتين 2.4 و 2.5 لكل مجلد يحتوي على صور DICOM المتعلقة بنفس الموضوع الفردي في الدراسة الطولية.

3. ضبط إعدادات عارض DICOM لتحسين تصور الصورة

  1. قم بتغيير التخطيط لعرض أربع طرق عرض (ثلاثية الأبعاد ، عرضية ، إكليلية ، سهمية) ، كما هو موضح في الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S2. داخل القائمة المنسدلة تخطيط على الجانب الأيمن، ابحث عن طرق العرض (في المشهد المحدد) وحدد تخطيطا يعرض أربع طرق عرض.
  2. أعد تسمية الصور للإشارة إلى النقاط الزمنية وما إذا كانت صور التصوير المتوافق مع الإصدار البوزيتروني أو التصوير المقطعي المحوسب. حدد اسم الصورة وانقر نقرا مزدوجا لإعادة تسمية كل صورة.
  3. قم بتشغيل صورة عن طريق الوصول إلى القائمة المنسدلة خصائص البيانات والإعدادات على الجانب الأيمن. انقر فوق رمز العين على يسار كل اسم صورة لتبديل الرؤية (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S2)
  4. اضبط السطوع والتباين على كل صورة تصوير مقطعي محوسب على حدة.
    ملاحظة: قد يختلف نطاق سطوع التصوير المقطعي المحوسب ونطاق التباين الأمثل اعتمادا على الموضوع وبروتوكول التصوير والماسح الضوئي ومعلمات إعادة البناء25,26; ومع ذلك ، يجب أن تكون جميع التعديلات متسقة لموضوع واحد في دراسة طولية.
    1. حدد صورة CT واحدة وقم بتشغيلها بالنقر فوق اسم الصورة ضمن خصائص البيانات والإعدادات (الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S2).
    2. ابحث عن الرسم البياني داخل القائمة المنسدلة تسوية النافذة الموجودة في علامة التبويب رئيسي على الجانب الأيسر من شاشة العرض. قم بتنشيط LogY فوق الرسم البياني ؛ بعد ذلك ، تابع النقر فوق مؤشرات النطاق الأصفر وحركها لتشمل تماما الذروة الثانية في الرسم البياني (الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S3A). قم بإجراء تعديلات طفيفة حتى يتم الوصول إلى السطوع / التباين الأمثل ؛ المرجع الشكل 2 ب للحصول على مثال لصورة التصوير المقطعي المحوسب المعدلة للسطوع / التباين.
    3. ابحث عن مربع النطاق المحدد أسفل الرسم البياني لتسوية النافذة (الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S3B). لاحظ قيم النطاق المحدد لاستخدامها في الخطوات التالية.
    4. حدد وقم بتشغيل صورة تصوير مقطعي محوسب ثانية (الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S3C). أدخل قيم النطاق المحددة من صورة التصوير المقطعي المحوسب الأولى في مربع النطاق المحدد لصورة التصوير المقطعي المحوسب الثانية (الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S3B-S3D). كرر مع جميع الصور المتتالية.
  5. قم بتنقيح كل صورة PET عن طريق ضبط مرشح جدول البحث بشكل فردي.
    ملاحظة: قد يختلف نطاق مقياس ألوان PET الأمثل اعتمادا على الموضوع وبروتوكول التصوير والماسح الضوئي ومعلمات إعادة البناء27; ومع ذلك ، يجب أن تكون جميع التعديلات متسقة لموضوع واحد في دراسة طولية.
    1. حدد صورة PET واحدة وقم بتشغيلها بالنقر فوق اسم الصورة ضمن خصائص البيانات والإعدادات (الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S2).
    2. ضمن القائمة المنسدلة تسوية النافذة في علامة التبويب الرئيسية ، حدد موقع جدول البحث (LUT) وقم بالتمرير للعثور على PET ضمن القائمة المنسدلة LUT وحدد عامل تصفية PET (ملف تكميلي 1- الشكل التكميلي S4A).
    3. اضبط النطاق المحدد باستخدام الرسم البياني أسفل القائمة المنسدلة تسوية النافذة لتحقيق التصور الأمثل. قم بتنشيط LogY فوق الرسم البياني ؛ بعد ذلك ، تابع النقر فوق مؤشرات النطاق الأصفر وحركها نحو الموضع الموضح في الشكل التكميلي S4B (الملف التكميلي 1). قم بإجراء تعديلات طفيفة حتى يتم تحقيق النطاق المحدد الأمثل لتصور صورة PET. المرجع الشكل 2D للحصول على مثال لصورة PET / CT معدلة للنطاق الأمثل المحدد.
    4. ابحث عن القائمة المنسدلة للنطاق المحدد أسفل الرسم البياني لتسوية النافذة (الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S4B). لاحظ قيم النطاق المحددة لاستخدامها في الخطوات التالية.
    5. حدد صورة PET ثانية وقم بتشغيلها (الملف التكميلي 1- الشكل S4C). كرر الخطوة 3.5.2 للصورة الثانية.
    6. أدخل قيم النطاق المحددة من صورة PET الأولى في مربع النطاق المحدد لصورة PET الثانية (الملف التكميلي 1- الشكل S4B-S4D). كرر مع جميع الصور المتتالية.

figure-protocol-1
الشكل 2: ضبط إعدادات عارض DICOM لتحسين تصور الصورة. (أ ، ب) عرض إكليلي لصور التصوير المقطعي المحوسب (A) قبل و (B) بعد ضبط التباين / السطوع. (ج، د) عرض إكليلي لصور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب (C) قبل و (D) بعد تعديل جدول البحث. الاختصارات: التصوير المقطعي المحوسب = التصوير المقطعي المحوسب. PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4. محاذاة منطقة الصدر في صور التصوير المقطعي المحوسب

ملاحظة: من أجل البساطة، ستكون صورة التصوير المقطعي المحوسب بمثابة الصورة "الأساسية" ولن تتم ترجمتها أو تدويره. سيتم ترجمة الصورة الثانية للتصوير المقطعي المحوسب (والصور التسلسلية اللاحقة في النهاية) و / أو تدويرها لتتماشى مع الصورة الأساسية. سيطلق على هذا اسم صورة "التراكب" لغرض العرض التوضيحي. خلال المحاذاة ، من المهم التمييز بين الصورة الأساسية وجميع صور التراكب الأخرى.

  1. قم بإيقاف تشغيل جميع صور التصوير المقطعي المحوسب وقم بتشغيل صورة التصوير المقطعي المحوسب الأساسية بالنقر فوق رمز العين على يسار كل اسم صورة ضمن القائمة المنسدلة خصائص البيانات والإعدادات .
  2. قم بتغيير عتامة صورة التصوير المقطعي المحوسب إلى ~ 50٪. انقر فوق إحدى طرق العرض ثنائية الأبعاد. ضمن مربع تسوية النافذة ، ابحث عن القائمة المنسدلة تعيين التعتيم وحرك مقياس التعتيم إلى المركز (الملف التكميلي 1- الشكل S5).
  3. قم بتشغيل صورة التصوير المقطعي المحوسب المتراكب وكرر الخطوة 4.2.
  4. قم بتغيير مرشح صورة التصوير المقطعي المحوسب المتراكب للتمييز بين صورة التصوير المقطعي المحوسب الأساسية وصورة التصوير المقطعي المحوسب المتراكب. ضمن القائمة المنسدلة تسوية النافذة في علامة التبويب رئيسي ، ابحث عن جدول البحث (LUT). ضمن القائمة المنسدلة LUT ، قم بالتمرير وانقر فوق الفلتر الأحمر .
    ملاحظة: يجب أن يكون هناك الآن صورتان للتصوير المقطعي المحوسب في كل عرض كما هو موضح في الشكل التكميلي S5 (الملف التكميلي 1).
  5. استخدم أدوات الترجمة/التدوير في طرق العرض ثنائية الأبعاد لمحاذاة منطقة الصدر في صورة التراكب في أقرب وقت ممكن من تلك الموجودة في الصورة الأساسية. الرجوع إلى القفص الصدري والعمود الفقري العلوي والقص كمؤشرات لمحاذاة الصدر في صورة التصوير المقطعي المحوسب.
    ملاحظة: لا يمكن تنفيذ الإجراءات التالية إلا في طرق عرض ثنائية الأبعاد (عرضية أو تاجية أو قومية) (الملف التكميلي 1- الشكل التكميلي S1). للحصول على أفضل نتيجة، قم بالتبديل بين طرق العرض ثنائية الأبعاد الثلاثة واستخدم أدوات الترجمة/التدوير لمحاذاة منطقة الصدر في كل طريقة عرض.
    1. حدد صورة التراكب في القائمة المنسدلة خصائص البيانات والإعدادات وانقر مرة واحدة لتحديد إحدى طرق العرض ثنائية الأبعاد.
    2. ابحث عن القائمة المنسدلة ترجمة / تدوير أسفل علامة التبويب الرئيسية وانقر فوق إزاحة رمز (ملف تكميلي 1- الشكل S6A).
    3. انقر واسحب على مربع الترجمة في الزاوية اليسرى السفلية وقم بتدوير النقطة المحورية في وسط العرض ثنائي الأبعاد المحدد لتحريك صورة التراكب لتتماشى تقريبا مع الصورة الأساسية (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S6B). الرجوع إلى هياكل العظام للرجوع إلى المحاذاة.
    4. ابحث عن أداة التتبع ضمن القائمة المنسدلة Manipulate وحرك المحور إلى منطقة الصدر بالنقر فوق مركز المحور وسحبه. قم بتكبير منطقة الصدر بالنقر فوق زر التمرير الأوسط على فأرة الكمبيوتر وسحب الماوس بعيدا عن الشاشة (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S6C).
  6. قم بضبط المحاذاة بدقة لتحديد المواقع بدقة مع هياكل الصدر مثل القفص الصدري والعمود الفقري العلوي والقص من خلال مزيد من تعديلات الترجمة والدوران. قم بالتبديل بين طرق العرض ثنائية الأبعاد وكرر الخطوات 4.5.3-4.5.4 حتى تتم محاذاة الصورتين لتتشابه في الشكل 3.
  7. بعد محاذاة صور التصوير المقطعي المحوسب الأساسية والتراكب الأول، قم بتغيير عامل تصفية صورة التصوير المقطعي المحوسب المتراكب مرة أخرى إلى تدرج الرمادي أسفل القائمة المنسدلة LUT. كرر القسم 4 لجميع صور التصوير المقطعي المحوسب المتراكب من نفس ، باستخدام صورة أساسية ثابتة.

figure-protocol-2
الشكل 3: محاذاة جميع صور التصوير المقطعي المحوسب. (أ ، ب) منظر إكليلي للقاعدة (الرمادي) والتراكب (الأحمر) صور التصوير المقطعي المحوسب (أ) قبل المحاذاة و (ب) بعد المحاذاة. (ج، د) عرض سهمي لصور التصوير المقطعي المحوسب (C) قبل المحاذاة و (D) بعد المحاذاة. تشير الأسهم الزرقاء إلى الفأر (1) قفص صدري ، (2) العمود الفقري ، و (3) القص. الاختصار: التصوير المقطعي المحوسب = التصوير المقطعي المحوسب. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

5. شارك في تسجيل صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني مع صور التصوير المقطعي المحوسب المقابلة

ملاحظة: ستؤدي محاذاة صورة التصوير المقطعي المحوسب المتراكب وصورة التصوير المقطعي المحوسب الأساسية في البداية إلى اختلال في محاذاة صورة التصوير المقطعي المحوسب المتراكب مع صورة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الخاصة بها الموضحة في الشكل 4. يجب تسجيل صورة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني بشكل مشترك مع صورة التصوير المقطعي المحوسب المقابلة لها مرة أخرى.

  1. قم بتشغيل صورة التصوير المقطعي المحوسب المتراكب وصورة التصوير المقطعي المحوسب الخاصة بها عن طريق النقر فوق رمز العين على يسار كل اسم صورة.
  2. قم بتغيير عتامة صور التصوير المتوافق مع التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير المقطعي المحوسب إلى ~ 50٪. ضمن القائمة المنسدلة تسوية النافذة ، ابحث عن القائمة المنسدلة لتعيين التعتيم وحرك مقياس التعتيم إلى المركز (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S5).
  3. استخدم أدوات الترجمة/التدوير في طرق العرض ثنائية الأبعاد لمحاذاة صورة التصوير المتوافق مع التصوير المقطعي المحوسب المقابل، استنادا إلى بنية العظام في صورة التصوير المقطعي المحوسب وسطح عظم 18F-NaF في صورة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.
    1. حدد صورة PET المقابلة لصورة CT المتراكبة في القائمة المنسدلة خصائص البيانات والإعدادات وانقر مرة واحدة لتحديد إحدى طرق العرض ثنائية الأبعاد.
    2. ابحث عن القائمة المنسدلة ترجمة / تدوير ضمن علامة التبويب الرئيسية وانقر فوق رمز إزاحة (ملف تكميلي 1 - الشكل التكميلي S6A).
    3. انقر واسحب على مربع الترجمة في الزاوية اليسرى السفلية وقم بتدوير النقطة المحورية في وسط العرض ثنائي الأبعاد المحدد (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S6B) لنقل صورة PET للتسجيل المشترك مع صورة التصوير المقطعي المحوسب.
  4. كرر القسم 5 لجميع صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير المقطعي المحوسب المتراكب غير المسجلة بشكل مشترك مع صور التصوير المقطعي المحوسب الخاصة بها.
    ملاحظة: إذا اكتمل التسجيل المشترك، فيجب محاذاة صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني/التصوير المقطعي المحوسب المقابلة على طول الجسم بالكامل، كما هو موضح في الشكل 4.

figure-protocol-3
الشكل 4: محاذاة صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني مع صورة التصوير المقطعي المحوسب المقابلة. صورة تمثيلية للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني وصورة التصوير المقطعي المحوسب المقابلة لها (A ، C) قبل التسجيل المشترك و(B ، D) بعده. وبعد الانتهاء من التسجيل المشترك، ينبغي مواءمة صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير المقطعي المحوسب كما هو مبين في اللوحة باء. الاختصارات: التصوير المقطعي المحوسب = التصوير المقطعي المحوسب. PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

6. تحديد تكلس القلب والأوعية الدموية

  1. تحديد النقطة الزمنية مع أكبر المناطق المتكلسة المتوقعة في الدراسة الطولية (أي النقطة الزمنية للتكلس المتأخر أو الأشخاص المعالجة مسبقا). حدد الصورة المقابلة لهذه النقطة الزمنية لتكون بمثابة الصورة "المرجعية" ، مع التركيز على التكلس الأكثر وضوحا. ستعمل هذه الصورة المختارة بعد ذلك كقالب للمقارنة مع جميع الصور الأخرى التي تحتوي على مناطق تكلس أصغر في نقاط زمنية مختلفة.
  2. قم بتشغيل صورة التصوير المقطعي المحوسب المرجعية بالنقر فوق أيقونة العين الموجودة على يسار الصورة. حدد أداة التتبع ضمن القائمة المنسدلة معالجة وحرك مركز المحور حول منطقة القلب.
  3. قم بالتكبير للعثور على المناطق المتكلسة (المواقع الصغيرة الكثيفة الساطعة) المتراكبة فوق صورة ظلية القلب بين القفص الصدري والقص والعمود الفقري (الشكل 5). إذا لم تكن المناطق المتكلسة مرئية على الفور، فقم بالتمرير عبر طبقات كل صورة عن طريق تحديد طريقة عرض ثنائية الأبعاد والتمرير بالماوس.
  4. حرك محور المسار لتحوم فوق المنطقة المتكلسة ، مما يضمن رؤيته عبر جميع طرق العرض ثنائية الأبعاد. للحصول على مرجع مرئي لمناطق التكلس في صورة التصوير المقطعي المحوسب للفأر ، راجع الشكل 5.
  5. قم بتشغيل صورة PET المقابلة للتحقق من وجود التكلس.
    ملاحظة: إذا تم ضبط إعدادات صورة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتسجيل المشترك بشكل مناسب، فيجب أن تعرض صورة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني نشاطا حول المنطقة المتكلسة، كما هو موضح في الشكل 5D.

figure-protocol-4
الشكل 5: تحديد المناطق المتكلسة في القلب. مناطق التكلس الموضحة في صور التصوير المقطعي المحوسب الإكليلية (أ) السهمية ، (ب) المستعرضة ، و (ج) الصور المقطعية الإكليلية ، بالإضافة إلى (د) صورة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب الإكليلية. تشير الأسهم الصفراء إلى رواسب الكالسيوم. تحدد الأسهم الزرقاء الهياكل المرجعية المستخدمة لتحديد موقع التكلس. الاختصارات: التصوير المقطعي المحوسب = التصوير المقطعي المحوسب. PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

7. ارسم عائد الاستثمار حول المناطق المتكلسة

  1. قم بإيقاف تشغيل الصورة المرجعية للتصوير البوزيتروني. قم بتشغيل الصورة المرجعية للتصوير المقطعي المحوسب فقط بالنقر فوق رمز العين على يسار الصورة.
  2. ابحث عن القائمة المنسدلة الأشكال واختر شكل الكرة (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S7). اضبط أبعاد الكرة بالنقر فوق حوافها وسحبها لتعديل الحجم. أعد وضع الكرة بالنقر فوق المربع المركزي وسحبه.
    1. تنقل عبر طرق العرض ثنائية الأبعاد لوضع الكرة بعناية. يجب أن تغلف الكرة منطقة التكلس المحددة بأكملها وبعض المناطق المحيطة بها ولكن تجنب أي عظام محيطة. للحصول على دليل مرئي حول الرسم الكروي الأمثل ، راجع الشكل التكميلي S7 (الملف التكميلي 1) للوضع المناسب للكرة.
  3. في القائمة المنسدلة خصائص البيانات والإعدادات ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق اسم المجال واختر إضافة إلى عائد الاستثمار ... (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S8A) ، متبوعا بتحديد عائد استثمار جديد (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S8B).
    1. قم بتعيين اسم مناسب لعائد الاستثمار الذي تم إنشاؤه حديثا. ضمن الهندسة، حدد صورة التصوير المقطعي المحوسب التي سيتم إنشاء عائد استثمار لها (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S8C).
    2. قم بتشغيل عائد الاستثمار بالنقر فوق رمز العين على يسار اسم عائد الاستثمار ولاحظ عائد استثمار ملون يتوافق مع حجم الكرة المرسومة مسبقا ، كما هو موضح في الشكل التكميلي S8D (الملف التكميلي 1).
  4. ابحث عن علامة التبويب المقطع على يسار شاشة العرض، بجوار علامة التبويب الرئيسية (الشكل 6 أ). تسمح علامة التبويب الشريحة بإنشاء عائد الاستثمار وتحريره.
    ملاحظة: الخطوات الثلاث التالية موجهة نحو إنشاء عائد استثمار بدقة تسلط الضوء حصريا على المناطق المتكلسة داخل المجال المخصص.
    1. حدد عائد الاستثمار المرجعي في خصائص البيانات والإعدادات وحدد موقع القائمة المنسدلة النطاق ضمن علامة التبويب الشريحة. انقر للتحقق من تحديد النطاق (الشكل 6 أ).
    2. قم بتغيير النطاق المحدد باستخدام مربع النطاق المحدد (الشكل 6 أ). تأكد من أن النطاق المحدد يغلف جميع وحدات البكسل غير المتكلسة بقيم وحدة Hounsfield (HU) أقل من عتبة الكالسيوم. يستخدم هذا العرض التوضيحي عتبة 300 HU للكالسيوم ، وأقل بكسل كثافة في هذه الصورة هو -2,626 ؛ لذلك ، فإن النطاق المحدد هو -2,626-300 HU.
    3. بمجرد تكوين النطاق المحدد، انقر فوق إزالة (الشكل 6A) لإزالة جميع وحدات البكسل الموجودة أسفل الحد المحدد من عائد الاستثمار للكمية.
      ملاحظة: ينتج عن هذا الإجراء عائد استثمار جديد يسلط الضوء حصريا على المناطق المتكلسة داخل المجال ، مما يبسط التركيز لمزيد من التحليل. يجب أن يشبه عائد الاستثمار المكتمل عائد الاستثمار الموضح في الشكل 6 ب.
  5. كرر الخطوات 7.3-7.4 لجميع صور التصوير المقطعي المحوسب المتتالية لإنشاء عائد استثمار جديد فريد باستخدام مجال مرجعي مشترك. قم بتسمية كل عائد استثمار ليتوافق مع تحديد صورة التصوير المقطعي المحوسب الخاصة به ، مما يضمن تحليلا موجزا ومنظما.
    ملاحظة: لا ينبغي أن يكون من الضروري إنشاء مجال جديد لتحليل عائد الاستثمار لكل صورة لأن المجال المرجعي يجب أن يغلف أكبر منطقة متكلسة لجميع الصور ، بافتراض أن المحاذاة دقيقة.

figure-protocol-5
الشكل 6: استخدام التجزئة لتقييد عائد الاستثمار على المناطق المتكلسة. (أ) توجه الأسهم عبر الخطوات المطلوبة لإزالة بيانات الكثافة غير المرغوب فيها من عائد الاستثمار. يشير السهم الأزرق إلى علامة التبويب Segment . يسلط السهم الأصفر الضوء على ميزة تحديد النطاق . تشير الأسهم الخضراء إلى مدخلات النطاق المحددة ؛ ويشير السهم الأحمر إلى زر الإزالة . (ب) بعد الانتهاء من خطوات البروتوكول 7-4-7-4-3، ينبغي أن يحدد عائد الاستثمار على وجه التحديد المناطق المتكلسة، كما هو موضح في هذه اللوحة. الاختصار: عائد الاستثمار = منطقة الاهتمام. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

8. تحديد عائد الاستثمار لكل صورة

  1. حدد عائد الاستثمار المراد تحديده ضمن القائمة المنسدلة خصائص البيانات والإعدادات .
  2. ابحث عن القائمة المنسدلة الخصائص الإحصائية على الجانب الأيمن أسفل القائمة المنسدلة الخصائص الأساسية (الشكل 7).
  3. حدد موقع جدول مجموعة البيانات ضمن الخصائص الإحصائية. باستخدام القائمة المنسدلة على اليمين ، اختر مجموعة بيانات التصوير المناسبة التي ترتبط بعائد الاستثمار المراد قياسه كميا (الشكل 7).
    1. عند تحديد بيانات التصوير المقطعي المحوسب ضمن عائد الاستثمار ، اختر اسم صورة CT الذي يرتبط بعائد الاستثمار.
    2. عند تحديد بيانات PET ضمن عائد الاستثمار، اختر اسم صورة PET الذي يتوافق مع عائد الاستثمار.
  4. انقر فوق تحديث للحصول على قيم كمية للمنطقة المتكلسة المحددة. لاحظ قيم الحد الأدنى والحد الأقصى والمتوسط وفقا لجدول مجموعة البيانات. استخدم القيم المتوسطة للقياس الكمي (الشكل 7).
  5. حدد موقع حساب الحجم في أعلى مربع الخصائص الإحصائية . استخدم هذا المجلد للقياس الكمي (الشكل 7).
  6. بالنسبة لمجموعات بيانات التصوير المقطعي المحوسب ، يتم الإبلاغ عن القيم في HU. احسب محتوى الكالسيوم الحجمي (vHU) باستخدام حاصل ضرب متوسط قيمة عائد الاستثمار (HU) وحجم عائد الاستثمار (مم3) 12.
  7. بالنسبة لمجموعات بيانات PET ، يتم الإبلاغ عن القيم في Becquerels (Bq) ، والتي تتوافق مع الاضمحلال / الثانية. قم بالتحويل إلى Bq / mm3 بقسمة متوسط قيمة عائد الاستثمار (Bq) على حجم عائد الاستثمار (مم3) ، لتركيز امتصاص المتتبع.

figure-protocol-6
الشكل 7: القياس الكمي لعائد الاستثمار. علامة التبويب الخصائص الإحصائية لعائد استثمار محدد. توضح الأسهم الحمراء الخطوات المطلوبة للحصول على معلومات إحصائية لمجموعة بيانات تستند إلى عائد الاستثمار. تحدد المربعات الحمراء الحجم ومتوسط قيمة وحدة Hounsfield ، وهو أمر ضروري لمزيد من حسابات التحليل. الاختصار: عائد الاستثمار = منطقة الاهتمام. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

طرق التحليل
يوضح هذا الفرع الاستخدام الناجح من خلال النتائج التمثيلية. هنا ، نعرض صورة microPET / microCT المجمعة لماوس واحد تم مسحه ضوئيا في عمر 15 و 18 شهرا ، بعد الخضوع لنظام غذائي غربي (21٪ دهون ، 0.2٪ كوليسترول) من 12 إلى 14 شهرا من العمر. باتباع أقسام البروتوكول 2-8 لقياس التكلس الكمي ، قام أربعة باحثين مستقلين بشكل منفصل بقياس محتوى الكالسيوم الحجمي و 18نشاط F-NaF PET باستخدام نفس صور microPET / microCT التمثيلية التي تم الحصول عليها في النقاط الزمنية 15 و 18 شهرا. تم حساب التحليلات الإحصائية ، بما في ذلك المتوسط والانحراف المعياري ومعامل الارتباط داخل الفئة (ICC) 28 ، 29 ، لتحديد موثوقية البروتوكول بين المقيمين وقابلية استنساخه. تم حساب تقديرات ICC وفترات الثقة البالغة 95٪ باستخدام حزمة إحصائية IBM SPSS بناء على متوسط التصنيف (k = 4) ، والاتساق ، ونموذج التأثيرات العشوائية ثنائي الاتجاه (ICC (C ، 1)) (الملف التكميلي 1 - الجدول التكميلي S1).

النتائج
زاد محتوى الكالسيوم الحجمي ، المشتق من حجم وكثافة المنطقة المتكلسة ، في فأر واحد بين 15 شهرا (المتوسط = 876.08 vHU ، الانحراف المعياري = 27.18 vHU) و 18 شهرا (المتوسط = 1253.13 vHU ، الانحراف المعياري = 7.61 vHU) النقاط الزمنية للصورة (الشكل 8). في المقابل ، انخفض نشاط 18F-NaF PET ، الذي يقيس مساحة سطح المنطقة المتكلسة ، في نفس الفأر بين 15 شهرا (المتوسط = 24173.90 Bq / mm3 ، الانحراف المعياري = 1426.60 Bq / mm3) و 18 شهرا (المتوسط = 13849.94 Bq / mm3 ، الانحراف المعياري = 1524.67 Bq / mm3) النقاط الزمنية للصورة (الشكل 8).

تتوافق هذه النتائج مع النتائج السابقة التي تفيد بأن 18تصويرا بالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير المقطعي المحوسب من F-NaF توفر ما يبدو أنه معلومات متباينة حول لويحات تصلب الشرايين12،13،14. أظهرت دراسة طولية حول التكلس اتجاها مماثلا ، مما يشير إلى أن الانخفاض في إشارة F-NaF 18قد يكون بسبب اندماج رواسب الكالسيوم الصغيرة ، مما أدى في النهاية إلى تقليل مساحة السطح على الرغم من زيادة المحتوى12.

figure-results-1
الشكل 8: صور تمثيلية microPET / CT. مناظر عرضية (يسار) وإكليلية (متوسطة) وسهمية (يمين) توضح امتصاص الفلورايد 18 (F-18) في 15 شهرا مقابل صور microPET التمثيلية لمدة 18 شهرا. تشير رؤوس الأسهم البيضاء إلى مناطق التكلس. الاختصارات: التصوير المقطعي المحوسب = التصوير المقطعي المحوسب. PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تشير الانحرافات المعيارية الصغيرة التي لوحظت في نتائجنا إلى درجة عالية من الاتفاق والاتساق بين القياسات التي حصل عليها باحثون مختلفون. علاوة على ذلك ، تشير قيمة ICC (C ، 1) البالغة 0.997 مع فاصل ثقة 95٪ = 0.983-1.000 تم الحصول عليها في دراستنا (الملف التكميلي 1 - الجدول التكميلي S1) إلى اتفاق ممتاز بين القياسات التي أجراها باحثون مختلفون. يشير هذا المستوى من الاتفاق إلى أن القياسات موثوقة ومتسقة عبر الباحثين ، مما يشير إلى قابلية التكرار العالية لبروتوكول القياس الكمي الجديد هذا.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هذا البروتوكول الجديد هو نهج محسن لقياس تكلس القلب والأوعية الدموية. نظرا للطبيعة غير الغازية للتصوير ، يمكن الحصول على صور التصوير المقطعي المحوسب الطولية لمتابعة تطور تكلس القلب والأوعية الدموية في الصغيرة. على الرغم من أن صور التصوير المقطعي المحوسب الصغير وحدها يمكن أن تظهر تطور محتوى الكالسيوم، إلا أن صور microPET ، عند توفرها ، يمكن أن توفر مستويات إضافية من المعلومات ، لا سيما اكتشافها المعزز لرواسب الكالسيوم الصغيرة بسبب ارتباط المقتفي بمساحة السطح. لمزيد من الدقة وقابلية التكرار في هذه الطريقة ، يوصى بدمج التصوير المقطعي المحوسب بوابات القلب المحسنة بالتباين. يعمل التصوير المقطعي المحوسب المعزز بالتباين على تبسيط تطبيق هذا البروتوكول في الدراسات الحيوانية والسريرية الكبيرة ، حيث يكون التصوير المقطعي المحوسب المعزز بالتباين منخفض الدقة مع 18تصوير F-NaF PET هو المعيار لقياس تكلس القلب والأوعية الدموية30،31. علاوة على ذلك ، يقلل التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ذو بوابات القلب والتصوير المقطعي المحوسب ببوابات القلب من القطع الأثرية للحركة باستخدام بيانات مخطط كهربية القلب (ECG) ، مما ينتج عنه صور أكثر وضوحا وأعلى جودة للقلب32،33. يمكن تطبيق طريقة تحليل الصور الخاصة بنا على بيانات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ذات بوابات القلب وبيانات التصوير المقطعي المحوسب ذات بوابات القلب في الدراسات الطولية.

يقدم عارضو DICOM عالميا الوظائف الأساسية لهذا البروتوكول. الوظائف الأساسية ، بما في ذلك عرض الصور ثنائية الأبعاد و 3D ، والرسوم البيانية ، وعناصر التحكم في النوافذ ، وجداول البحث ، والنقل ، والتدوير ، والتراكب ، وأدوات الملاحة ، هي قياسية بين معظم برامج عرض DICOM34،35 وتسمح بمحاذاة الصور بدقة وتحديد التكلسات. تعد الوظائف الأكثر تقدما مثل التجزئة شائعة أيضا في معظم برامج عرض DICOM34،35،36 ، مما يتيح تحديد عائد الاستثمار بدقة وتحديد العائد على الاستثمار الدقيق لعائد الاستثمار المحدد. بشكل عام ، يضمن هذا البروتوكول القابل للتكيف التوافق عبر منصات عرض DICOM ، مما يسمح للباحثين باستخدام برامجهم المفضلة دون المساس بالمنهجية.

في حين أن هذا البروتوكول مباشر بشكل عام ، فإن الاستخدام الناجح والنتائج الموثوقة يتوقف على العديد من الاعتبارات الحاسمة. قبل إعادة بناء الصورة وتحليلها ، من الضروري تضمين الجرعة المحقونة المصححة بالاضمحلال ووحدتها البالغة 18F-NaF PET في ملف DICOM لضمان دقة القياس الكمي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الحفاظ على وضع ثابت ومستقر للفئران داخل تجويف الماسح الضوئي يسهل إلى حد كبير المحاذاة الرقمية للصور - وهي عملية أساسية للحفاظ على الاتساق التحليلي عبر الصور التسلسلية في دراسة طولية.

يتم تضمين خطوات حاسمة أخرى في البروتوكول. يجب اختيار عائد الاستثمار بعناية لاستبعاد العظام الهيكلية والهياكل المتكلسة الأخرى في الجزء العلوي من الصدر (مثل غضروف الغدة الدرقية). قبل البدء في رسم عائد الاستثمار ، تتمثل الخطوة المحورية في الاختيار الدقيق للنقطة الزمنية التي تتميز بأكبر تكلس مرئي كصورة "مرجعية" (راجع خطوة البروتوكول 6.1). لزيادة دقة عائد الاستثمار ، من الأفضل تمديد بعد الكرة إلى ما وراء حدود التكلس المرئية مع استبعاد أي عظم مجاور ، كما هو موضح في الشكل التكميلي S7 (الملف التكميلي 1). تضمن هذه الخيارات الإستراتيجية أن حدود عائد الاستثمار تشمل بشكل شامل مناطق التكلس في جميع عمليات المسح اللاحقة. تتمثل الخطوة الحاسمة بنفس القدر في تحديد قيمة عتبة لكثافة فوكسل التي ستحدد معدن الكالسيوم (راجع خطوة البروتوكول 7.4) ؛ قد يختلف هذا بسبب مواصفات دراسة معينة ، مثل معدات التصوير وبرنامج DICOM Viewer المستخدم. في المثال التوضيحي ، تم تحديد الحد الأدنى لكثافة المقاطعات الدقيقة لعائد الاستثمار على أنه 300 HU بناء على تجربتنا في microPET / microCT.

يتضمن استكشاف الأخطاء وإصلاحها لهذا البروتوكول بشكل أساسي التحقق من تحديد الصور والكائنات وعائد الاستثمار الصحيح أو تشغيلها / إيقاف تشغيلها بشكل مناسب في كل خطوة. تتضمن الأخطاء الشائعة في القياس الكمي لعائد الاستثمار قيام المستخدمين باختيار صورة عن طريق الخطأ بدلا من عائد الاستثمار ، أو اختيار مجموعة بيانات ضمن القائمة المنسدلة للخصائص الإحصائية التي لا تتوافق مع عائد الاستثمار المختار. يمكن أن يمثل تصور الصورة تحديا آخر. على سبيل المثال ، بدون استخدام مقياس ألوان مناسب ، قد تكون الصور داكنة أو ساطعة بشكل مفرط ، مما يحجب رواسب الكالسيوم. يعد الضبط الدقيق لإعدادات التصور أمرا بالغ الأهمية، حيث قد يختلف التكوين الأمثل عن تلك المستخدمة في هذا البروتوكول. يتضمن تعديل البروتوكول الإضافي الذي قد يكون مفيدا استكشاف أشكال مختلفة أثناء خطوة رسم عائد الاستثمار لإحاطة المنطقة المتكلسة بشكل أفضل. اعتمادا على متطلبات الدراسة ، قد تكون الأشكال البديلة ، مثل الأسطوانة أو الكبسولة ، أكثر فعالية من الكرة القياسية المستخدمة في بروتوكول المثال. للحصول على مساعدة أكثر تفصيلا في استكشاف أخطاء الأخطاء وإصلاحها الخاصة ببرنامج عرض DICOM ، يوصى باستشارة الدعم الفني للبرنامج.

في حين أن هذا البروتوكول يبسط تحليل تكلس القلب والأوعية الدموية في القوارض ، إلا أن هناك بعض القيود. على الرغم من كونها طريقة ممتازة للكشف عن تكلسات القلب والأوعية الدموية ، إلا أن التصوير 18F-NaF PET قد يواجه تحديات في التقاط أصغر رواسب الكالسيوم بسبب قيود الدقة وتأثير الحجم الجزئي ، مما قد يؤدي إلى التقليل من شأن إشارة PET8،27. في صور التصوير المقطعي المحوسب ، قد يؤثر وجود الضوضاء على الكشف37. على الرغم من أنه يمكن تخفيف الضوضاء عن طريق تحديد عتبة HU أعلى ، إلا أن المقايضة هي استبعاد أصغر الرواسب منخفضة الكثافة. عندما تكون رواسب الكالسيوم المعدنية ذات الكثافة المعتادة أصغر من أبعاد الفوكسل ، فإن تأثير الحجم الجزئي يجعلها تبدو أقل كثافة وحجم أكبر من38،39 الفعلي. وبالتالي ، هناك توازن دقيق في تحديد الحد الأدنى للكثافة للدراسة ، مع مفاضلة بين المبالغة المحتملة في التقدير بسبب الضوضاء والتقليل المحتمل من التقدير بسبب استبعاد الرواسب الصغيرة.

قامت العديد من الطرق المعمول بها بتحديد التكلس من خلال التصوير المقطعي المحوسب11،12،20،40،41،42. يتضمن ذلك عادة تحديد درجة CAC في موضوعات البحث والمرضى ، باتباع بروتوكول درجة Agatston43. ومع ذلك ، فإن القيود الخطيرة لدرجة Agatston تجعلها غير موثوقة إلى حد كبير ، بسبب اقتطاع البيانات بعد الاستحواذ وإعادة التعيين وعتبةالبيانات 39. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لبروتوكول درجة Agatston تحديد المناطق فوق حد اكتشاف الماسح الضوئي البالغ 100-200 ميكرومتر8. إدراكا للأهمية المتزايدة للتكلس كعامل خطر لأمراض القلب والأوعية الدموية ، من الضروري تطوير طرق تحدد بدقة التكلس. أدت التطورات في 18تصوير F-NaF PET / CT إلى تحسين تصور تكلس القلب والأوعية الدموية. ومع ذلك ، لا تزال هناك تحديات في تطوير طرق تحليل دقيقة للبيانات للدراسات الطولية. تتضمن الطرق الحالية لقياس التكلس رسم عائد الاستثمار يدويا حول كل منطقة متكلسة مرئية في كل موضوع في كل نقطة زمنية فردية في الدراسة الطولية 11،12،15. قد تعيق هذه الطرق الحالية الدقة ، خاصة عندما تكون الرواسب قريبة من حد اكتشاف الماسح الضوئي. بدون المحاذاة مع النقطة الزمنية التي تظهر أكبر تكلس ، يصبح تحديد عائد الاستثمار في الصور ذات التكلسات الأصغر أمرا صعبا. في بروتوكولنا الجديد ، نقدم نهجا محقلا لتحليل البيانات يدمج محاذاة الصورة واتساق عائد الاستثمار لزيادة اتساق تحليل البيانات في الصور المتسلسلة ، وبالتالي تحسين صحة تقييم التكلس في دراسات التصوير المبوهني / التصوير المقطعي المحوسب الطولية. لا تعالج هذه الطريقة التحديات في تحليل البيانات فحسب ، بل قد توفر أيضا رؤى حول عملية تقدم تكلس القلب والأوعية الدموية.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نشكر جميع أعضاء مركز تكنولوجيا التصوير قبل السريري بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس كرامب على مساعدتهم في الحصول على البيانات والموكب بالإضافة إلى صيانة المعدات والبنية التحتية. نشكر جيفري كولينز على مساعدته في عملية السيكلوترون وتخليق 18F-NaF. نشكر مجموعة الاستشارات الإحصائية بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس على مساعدتها في التحليل الإحصائي. يتم دعم هذا العمل من قبل منحة دعم مركز السرطان التابع للمعاهد الوطنية للصحة (2 P30 CA016042-44 إلى MT) والمعاهد الوطنية للصحة والقلب والرئة والدم (HL137647 و HL151391 إلى YT و LLD). تم تمويل الماسح الضوئي GNEXT PET / CT من قبل NIH S10 Shared Instrumentation for Animal Research Grant (1S10OD026917-01A1 إلى Arion Chatziioannou).

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
0.5 سم مكعب محاقن الأنسولين المعقمةExel International# 26028تستخدم للحقن الوريدي 18< / sup>F-NaF PET Tracer
18< / sup>F-NaF PET TracerCNSI Cyclotron
BiorenderBiorender Biorenderالمستخدمة في الشكل 1
أنثى Apoe - / - مختبرات جاكسونالفأر # 002052B6.129P2-apoe tm1Unc< / sup> / J
GNEXT PET / CTSofie Biosciences ، Dulles ، Virginia
IsofluranePiramal CriticalCare تستخدم كتخدير لتصوير الفئران
ORS DragonflyComet Technologies Canada Inc.
SPSS Statistics IBM
Western النظام الغذائي للفئرانEnvigo#TD8813921٪ دهون ، 0.2٪ كوليسترول

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rennenberg, R. J. M. W., et al. Vascular calcifications as a marker of increased cardiovascular risk: A meta-analysis. Vasc Health Risk Man. 5, 185-197 (2009).
  2. Budoff, M. J., et al. Long-term prognosis associated with coronary calcification - observations from a registry of 25,253 patients. J Am Coll Cardiol. 49 (18), 1860-1870 (2007).
  3. Polonsky, T. S., et al. Coronary artery calcium score and risk classification for coronary heart disease prediction. JAMA. 303 (16), 1610-1616 (2010).
  4. Gepner, A. D., et al. Comparison of coronary artery calcium presence, carotid plaque presence, and carotid intima-media thickness for cardiovascular disease prediction in the multi-ethnic study of atherosclerosis. Circ Cardiovasc Imaging. 8 (1), e002262(2015).
  5. Pillai, I. C. L., et al. Cardiac fibroblasts adopt osteogenic fates and can be targeted to attenuate pathological heart calcification. Cell Stem Cell. 20 (2), 218-232.e5 (2017).
  6. Mori, H., et al. Coronary artery calcification and its progression: What does it really mean. JACC Cardiovasc Imaging. 11 (1), 127-142 (2018).
  7. Mohan, J., Bhatti, K., Tawney, A., Zeltser, R. StatPearls [Internet]. , Treasure Island (FL). (2023).
  8. Wang, Y., Osborne, M. T., Tung, B., Li, M., Li, Y. Imaging cardiovascular calcification. J Am Heart Assoc. 7 (13), e008564(2018).
  9. Fletcher, A. J., et al. Quantifying microcalcification activity in the thoracic aorta. J Nucl Cardiol. 29 (3), 1372-1385 (2022).
  10. Derlin, T., et al. Feasibility of 18F-sodium fluoride PET/CT for imaging of atherosclerotic plaque. J Nucl Med. 51 (6), 862-865 (2010).
  11. Hsu, J. J., et al. Changes in microarchitecture of atherosclerotic calcification assessed by 18F-NaF PET and CT after a progressive exercise regimen in hyperlipidemic mice. J Nucl Cardiol. 28 (5), 2207-2214 (2021).
  12. Hsu, J. J., et al. Effects of teriparatide on morphology of aortic calcification in aged hyperlipidemic mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 314 (6), H1203-H1213 (2018).
  13. Irkle, A., et al. Identifying active vascular microcalcification by 18F-sodium fluoride positron emission tomography. Nat Commun. 6, 7495(2015).
  14. Syed, M. B. J., Doris, M., Dweck, M., Forsythe, R., Newby, D. E. Chapter 9 - Imaging vascular calcification: Where are we headed. Coronary Calcium: A Comprehensive Understanding of Its Biology, Use in Screening, and Interventional Management. , (2019).
  15. Joshi, N. V., et al. 18F-fluoride positron emission tomography for identification of ruptured and high-risk coronary atherosclerotic plaques: A prospective clinical trial. Lancet. 383 (9918), 705-713 (2014).
  16. Fiz, F., et al. 18F-NaF uptake by atherosclerotic plaque on PET/CT imaging: Inverse correlation between calcification density and mineral metabolic activity. J Nucl Med. 56 (7), 1019-1023 (2015).
  17. Kruithof, B. P., et al. An in vivo map of bone morphogenetic protein 2 post-transcriptional repression in the heart. Genesis. 49 (11), 841-850 (2011).
  18. Sheen, C. R., et al. Pathophysiological role of vascular smooth muscle alkaline phosphatase in medial artery calcification. J Bone Miner Res. 30 (5), 824-836 (2015).
  19. Tsai, M. T., Chen, Y. Y., Chang, W. J., Li, S. Y. Warfarin accelerated vascular calcification and worsened cardiac dysfunction in remnant kidney mice. J Chin Med Assoc. 81 (4), 324-330 (2018).
  20. Wait, J. M., et al. Detection of aortic arch calcification in apolipoprotein e-null mice using carbon nanotube-based micro-ct system. J Am Heart Assoc. 2 (1), e003358(2013).
  21. White, D. J., et al. 19F MAS-NMR and solution chemical characterization of the reactions of fluoride with hydroxyapatite and powdered enamel. Acta Odontol Scand. 46 (6), 375-389 (1988).
  22. Czernin, J., Satyamurthy, N., Schiepers, C. Molecular mechanisms of bone 18F-NaF deposition. J Nucl Med. 51 (12), 1826-1829 (2010).
  23. Chen, N. X., O'neill, K. D., Dominguez, J. M. 2nd, Moe, S. M. Regulation of reactive oxygen species in the pathogenesis of matrix vesicles induced calcification of recipient vascular smooth muscle cells. Vasc Med. 26 (6), 585-594 (2021).
  24. Klose, A. D., Paragas, N. Automated quantification of bioluminescence images. Nat Commun. 9 (1), 4262(2018).
  25. Chen-Mayer, H. H., et al. Standardizing ct lung density measure across scanner manufacturers. Med Phys. 44 (3), 974-985 (2017).
  26. Coxson, H. O. Sources of variation in quantitative computed tomography of the lung. J Thorac Imaging. 28 (5), 272-279 (2013).
  27. Rogasch, J. M. M., et al. Influences on pet quantification and interpretation. Diagnostics (Basel). 12 (2), 451(2022).
  28. Liljequist, D., Elfving, B., Skavberg Roaldsen, K. Intraclass correlation - a discussion and demonstration of basic features. PLoS One. 14 (7), e0219854(2019).
  29. Koo, T. K., Li, M. Y. A guideline of selecting and reporting intraclass correlation coefficients for reliability research. J Chiropr Med. 15 (2), 155-163 (2016).
  30. Moss, A. J., et al. Molecular coronary plaque imaging using (18)f-fluoride. Circ Cardiovasc Imaging. 12 (18), e008574(2019).
  31. Moss, A., et al. Coronary atherosclerotic plaque activity and future coronary events. JAMA Cardiol. 8 (8), 755-764 (2023).
  32. Badea, C., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. Micro-ct with respiratory and cardiac gating. Med Phys. 31 (12), 3324-3329 (2004).
  33. Yang, Y., Rendig, S., Siegel, S., Newport, D. F., Cherry, S. R. Cardiac pet imaging in mice with simultaneous cardiac and respiratory gating. Phys Med Biol. 50 (13), 2979-2989 (2005).
  34. Liao, W., Deserno, T. M., Spitzer, K. Evaluation of free non-diagnostic dicom software tools. Proc Spie. 6919, (2008).
  35. Haak, D., Page, C. E., Deserno, T. M. A survey of dicom viewer software to integrate clinical research and medical imaging. J Digit Imaging. 29 (2), 206-215 (2016).
  36. Aiello, M., et al. How does dicom support big data management? Investigating its use in medical imaging community. Insights Imaging. 12 (1), 164(2021).
  37. Kristanto, W., Van Ooijen, P. M., Groen, J. M., Vliegenthart, R., Oudkerk, M. Small calcified coronary atherosclerotic plaque simulation model: Minimal size and attenuation detectable by 64-MDCT and microCT. Int J Cardiovasc Imaging. 28 (4), 843-853 (2012).
  38. Dehmeshki, J., et al. Volumetric quantification of atherosclerotic plaque in ct considering partial volume effect. IEEE Trans Med Imaging. 26 (3), 273-282 (2007).
  39. Demer, L. L., Tintut, Y., Nguyen, K. L., Hsiai, T., Lee, J. T. Rigor and reproducibility in analysis of vascular calcification. Circ Res. 120 (8), 1240-1242 (2017).
  40. Alluri, K., et al. Scoring of coronary artery calcium scans: History, assumptions, current limitations, and future directions. Atherosclerosis. 239 (1), 109-117 (2015).
  41. Zhang, L., et al. Advances in CT techniques in vascular calcification. Front Cardiovasc Med. 8, 716822(2021).
  42. Achenbach, S., Raggi, P. Imaging of coronary atherosclerosis by computed tomography. Eur Heart J. 31 (12), 1442-1448 (2010).
  43. Agatston, A. S., et al. Quantification of coronary artery calcium using ultrafast computed tomography. J Am Coll Cardiol. 15 (4), 827-832 (1990).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cardiovascular CalcificationMicroPET ImagingMicroCT ImagingLongitudinal ImagingCalcification QuantificationRegion Of InterestImage AlignmentVascular CalcificationSmall Animal ImagingNon Invasive Imaging

Related Articles