我们介绍了如何对小鼠心脏进行磁共振成像（MRI）和正电子发射断层扫描（PET）成像。该方案专为评估心肌梗死和心力衰竭模型中治疗效果而设计。
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本文内容
摘要
摘要
心肌梗死是西方国家的主要死亡原因之一。由于小鼠心脏与人类心脏具有高度相似性，因此已成为测试新型治疗策略的理想模型。
体内磁共振成像（MRI）能够无创地清晰显示心脏的解剖结构细节，可用于准确评估心脏功能。对比剂可提供组织存活性的基本信息，但缺乏特异性。正电子发射断层扫描（PET）是一种高度特异性的分子成像互补技术，但缺乏MRI的解剖细节。将这两种技术结合使用，可为疾病状态下以及治疗后恢复期的心脏评估提供一种敏感、特异且定量的工具。
本文介绍了在急性心肌梗死小鼠模型中实施这些方法的具体步骤。文中所述操作流程旨在评估潜在的保护性药物治疗效果。我们采用磁共振成像（MRI）结合晚期钆增强技术测量收缩功能和梗死面积，并利用氟脱氧葡萄糖（FDG）正电子发射断层扫描（PET）评估梗死区域的代谢功能。本文重点讨论了切片规划、精确门控、药物递送、图像分割以及多模态图像配准等实际操作要点。所介绍的方法在保持高通量的同时，实现了良好的重复性和准确性。
引言
为了在临床前研究中评估心肌梗死（MI）新治疗策略的有效性，需要对急性期以及长期预后进行评估。1组织病理学、心内导管等方法2，以及 离体 心脏模型3 常用于小鼠的临床前研究。然而，无法对治疗进行后续跟踪 离体 或高度侵入性方法。非侵入性测量技术作为 体内 磁共振成像（MRI）和正电子发射断层扫描（PET）可实现对单个受试对象进行疾病分期的纵向实验设计。电影磁共振成像（Cine-MRI）可用于获取左心室质量（LVM）、射血分数（EF）和心输出量（CO）等整体功能参数。此外，在注射钆对比剂后，由于梗死区域存在灌注受损及清除延迟，可通过延迟钆增强（LGE）MRI评估组织存活性。互补地，PET能够灵敏检测放射性标记分子，以评估组织代谢情况。这些技术的高精确度显著减少了针对心肌梗死（MI）新药研发所需的实验动物数量。
PET 和 MRI 检测过程较为复杂，若无精心设计的方案，难以保证可重复性。临床上为患者建立的检测流程在用于小鼠时需要进行大量修改，原因是小鼠的心率显著更快，且心脏尺寸更小4。个体间在基线水平以及对诱导损伤的反应方面均存在较大差异，因此需要使用较大量的小鼠才能确定治疗效果。
在本报告中，我们描述了对小鼠心脏进行连续PET/MRI成像的方法。两种成像方式均使用经....
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方案
本研究的所有实验步骤均依照英国《1986年动物（科学程序）法案》进行，并获得剑桥大学伦理审查委员会的批准。
1. 动物准备
- 通过外科手术诱导梗死7,8。若需测量急性期，应在手术干预后24小时进行成像。
- 准备一根细的注射管路，一端连接25 G针头用于给药，另一端连接带有25 G针头的注射器。管路长度应足以从磁体孔外进行注射（约 1.5 m）。
- 将Gadovist用生理盐水稀释，配制成溶液，并根据小鼠体重调整剂量至3 mmol/kg，用注射器抽取相应体积的溶液。注射体积应保持在50–100 µl之间。
- 用Gadovist溶液预充满管路。为防止血液凝固，将靠近套管端的管路末端用肝素生理盐水填充。
- 将小鼠置于麻醉诱导盒中，以1 L/min的流速给予3%异氟烷（O2 ），持续3–5分钟，必要时调整。合适的麻醉深度可通过呼吸频率减慢来判断，呼吸频率应降至70次/分钟以下。
- 使用先前准备的管路穿刺尾静脉，并用医用胶带固定针头，防止术中移位。
2. 动物体位安置与监测
- 将小鼠置于MRI床面上，以1 L/min的氧气流速输送1-2%异氟烷2 根据需要维持麻醉。保持呼吸频率在20-70次/分钟之间....
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结果
使用磁共振成像（MRI）的一个优势在于可采用纵向研究设计对疾病进行分期。这在评估新型化合物时尤为重要，因为其作用的时间进程可能尚不明确。图4展示了同一动物在疾病进展过程中心脏容积的变化。该图清晰地显示了心肌梗死后心室重构的效应。
正确的切面几何形状对于心脏磁共振成像实验的成功至关重要。本文报告了多种磁共振扫描中具有代表性的切面规划及其相应的几何形状。 图5两个MRI短轴切面的分割结果如图所示 图6我们的电影磁共振成像（Cine-MRI）方法在左心室质量（LV mass）上达到了4%的精度，舒张末期容积（EDV）为3%，收缩末期容积（ESV）为5%，每搏输出量（SV）为2%，射血分数（EF）为2%，梗死面积为4%（变异系数，基于测量结果） n = 4只野生型小鼠，均重复进行2次数据采集和分割处理（每只动物重复2次）。
PET 可用于测量特定示踪剂在整个体内的结合情况。图7显示了.......
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讨论
PET/MRI 是一种综合性的测量方法，可用于对心肌梗死小鼠模型的收缩功能、组织存活性及特异性代谢标志物进行无创且纵向的评估。本文介绍了一种依次进行 MRI 和 PET 检测的实验方案，通过在不同系统间转移相同的扫描床实现简化的图像配准。该策略也被临床系统制造商所采用11，无需使用集成式的 PET/MRI 扫描仪，仅需常规设备即可完成。在测定两套系统之间的固定变换矩阵后，PET 与 MRI 数据可通过轴向平移实现配准。这种简化方法在心脏研究中尤为实用，因为心脏成像中的运动使得图像配准过程更为复杂。
该方案可使用多种市售的扫描仪进行。只要能够将MRI床与PET设备正确连接以实现精确定位，即可使用不同的PET相机。如果对脉冲序列进行适当调整，则还可以在不同磁场强度12-15,下进行MRI测量，适用于小口径以及临床系统16。尽管在4.7 T时通过谨慎放置电极可保证ECG信号质量，但在更高磁场强度下，这种方法可能并不总是有效，此时可能需要自门控技术17。
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致谢
我们感谢英国心脏基金会对TK的资助，以及英国医学研究理事会为GB提供的研究生研究奖学金。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 加多利珠 | Bayer Schering Pharma | PL 00010/0535 | |
| 氟代脱氧葡萄糖（FDG） | IBA Molecular | ||
| 设备 | |||
| Bruker BioSpec 47/40 | Bruker | ||
| Bruker 小鼠床 | Bruker | 该小鼠床包含用于麻醉输送和废气清除的管路。 | |
| 直径为 12 cm 的鸟笼式发射线圈 | Bruker | T5346 | |
| 直径为 2 cm 的表面接收线圈 | Bruker | T7027 | |
| Red Dot 新生儿监测电极 | 3M | 货号：2330 | |
| 监测设备 | SA Systems | 监测套件包括用于呼吸监测的呼吸垫和用于体温测量的直肠探针。 | |
| 麻醉设备 | General Anesthetic Services | ||
| 诱导箱 | Vet Tech Solutions LTD | ||
| 剑桥分体式磁体 PET/MRI 扫描仪 | 剑桥大学 | 使用自行研制的 PET/MRI 扫描仪22进行 PET 成像，其 PET 性能与 F120 micropet 扫描仪23相似 | |
| Segment 软件 | Medviso, 隆德大学 | 免费提供 | |
| SPM-mouse | 剑桥大学 | 免费提供 |
参考文献
- Borst, O., et al. Methods employed for induction and analysis of experimental myocardial infarction in mice. Cell. Physiol. Biochem. 28, 1-12 (2011).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Bátkai, S., Kass, D. A. Measure....
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重印与许可
