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.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
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.
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.
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.

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.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
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
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.
3. ضبط إعدادات عارض DICOM لتحسين تصور الصورة

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.

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.

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

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

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

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.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
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 ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
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...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.
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).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 0.5 سم مكعب محاقن الأنسولين المعقمة | Exel International | # 26028 | تستخدم للحقن الوريدي 18< / sup>F-NaF PET Tracer |
| 18< / sup>F-NaF PET Tracer | CNSI Cyclotron | ||
| Biorender | Biorender Biorender | المستخدمة في الشكل 1 | |
| أنثى Apoe - / - مختبرات جاكسون | الفأر # 002052 | B6.129P2-apoe tm1Unc< / sup> / J | |
| GNEXT PET / CT | Sofie Biosciences ، Dulles ، Virginia | ||
| Isoflurane | Piramal Critical | Care تستخدم كتخدير لتصوير الفئران | |
| ORS Dragonfly | Comet Technologies Canada Inc. | ||
| SPSS Statistics IBM | |||
| Western النظام الغذائي للفئران | Envigo | #TD88139 | 21٪ دهون ، 0.2٪ كوليسترول |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.