本新方法涉及利用小动物连续微小正电子发射断层扫描（PET）/微小计算机断层扫描（CT）图像，对心血管钙化进展进行定量分析。
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本文内容
摘要
摘要
微型正电子发射断层扫描（PET）和微型计算机断层扫描（CT）成像是追踪心血管钙化进展的强有力且理想的研究工具。由于其具有非侵入性特点，可在多个时间点对小型实验动物进行成像。挑战在于对心血管钙化进行精确量化。本文提供了一种利用疾病晚期图像作为模板的方法，以在纵向研究中准确量化心血管钙化的进展。该方案包括：1）在纵向研究过程中，对同一动物的多幅图像中的胸部区域进行配准，作为第一步；2）在心脏和主动脉中定义感兴趣区域（ROI），该区域位于后期图像中明显出现较大钙沉积的部位；3）对纵向研究期间获取的所有图像中的钙沉积进行同步分割与量化。这种简化的分析方法通过提高感兴趣区域定义的精确性，并减少以往独立分析各次扫描图像所带来的变异性，从而提升了追踪心血管钙化进展过程中影像分析的准确性。
引言
心血管疾病是全球发病率和死亡率的主要原因，需要深入研究以揭示其机制，并制定有效的预防和治疗策略。冠状动脉钙化（CAC）被该领域专家广泛认为是心血管疾病的一个预测因子，显著增加心血管死亡风险1,2,3,4,5。显微钙化被认为是钙化性动脉粥样硬化的最早阶段，“微钙化”一词用于描述直径在0.5至50 µm之间的钙沉积物6,7,8,9。这些微小钙化灶被认为会聚集成更大的钙沉积，推动钙化斑块的进展6,7。
正电子发射断层扫描（PET）和计算机断层扫描（CT）是重要的研究工具，常用于体内无创评估心血管钙化in vivo5,....
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方案
代表性图像显示了一只载脂蛋白E缺陷型（Apoe-/-）雌性小鼠。实验方案已通过加州大学洛杉矶分校机构动物照护与使用委员会的审查和批准。
1. 动物扫描
- 在两次图像采集之间，给予小鼠标准饮食，不进行任何干预。但在15月龄第一次成像之前，从12至14月龄期间改用西方饮食（21%脂肪，0.2%胆固醇），以诱导基础主动脉钙化。
- 确保microPET/CT扫描仪定期校准，以获得最佳的PET数据采集和CT图像配准效果。校准操作应按照制造商的说明进行。
- 成像前，在麻醉舱中使用2%异氟烷气体麻醉小鼠10分钟。通过夹捏动物脚趾无反应来确认麻醉状态。
- 在静脉注射3.7 MBq 18F-NaF后60分钟，使用一体化microPET/CT扫描仪采集microPET（350–650 keV，扫描时间10分钟）和100 µm microCT（80 kVp，150 µA，720个投影，扫描时间1分钟）图像。microCT扫描紧随microPET扫描之后进行。
注意：扫描床在动物保持麻醉状态且体位不变的情况下，将其从PET模块移至CT模块。 - 采用三维有序子集最大期望值算法（24个子集，3次迭代）重建microPET图像，并进行随机、衰减和衰变校正。使用改进的Feldkamp算法重建CT图像。
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结果
分析方法
本节通过代表性结果展示该方法的成功应用。此处展示了单只小鼠在12至14月龄期间接受西方饮食（21%脂肪，0.2%胆固醇）后，在15月龄和18月龄时扫描获得的microPET/microCT融合图像。根据第2-8步的钙化定量操作流程，四名独立的研究人员分别对15月龄和18月龄时间点获取的相同代表性microPET/microCT图像进行体积钙含量和18F-NaF PET活性的测量。采用统计分析方法（包括均值、标准差、组内相关系数（ICC）28,29）评估该操作流程的评分者间可靠性和可重复性。使用IBM SPSS统计软件包，基于平均值评定（k = 4）、一致性、双向随机效应模型（ICC(C,1)），计算ICC估计值及其95%置信区间（补充文件1-补充表S1）。
结.......
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讨论
本项新方案是对心血管钙化定量分析的改进方法。由于成像具有非侵入性，可对小型动物进行纵向微计算机断层扫描（microCT），以追踪心血管钙化的进展过程。尽管仅使用microCT图像即可显示钙含量的变化，但在条件允许时，微正电子发射断层扫描（microPET）图像可提供额外信息层次，尤其因其示踪剂可结合于钙沉积物表面，从而增强对微小钙化灶的检测能力。为进一步提高本方法的准确性与可重复性，建议结合使用对比剂增强的心脏门控CT成像。对比剂增强CT成像有助于将本方案更顺畅地应用于大型动物及临床研究中，在这些研究中，通常采用低分辨率对比剂增强CT联合18F-NaF PET成像作为心血管钙化定量的标准方法30,31。此外，心脏门控PET与心脏门控CT利用心电图（ECG）数据减少运动伪影，从而获得更清晰、更高品质的心脏图像32,33。我们的图像分析方法可应用于纵向研究中的心脏门控PET和心脏门控CT.......
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披露
作者声明无利益冲突。
致谢
我们感谢加州大学洛杉矶分校（UCLA）克兰普临床前影像技术中心所有成员在数据采集与处理以及设备和基础设施维护方面提供的帮助。感谢 Jeffrey Collins 在回旋加速器操作和 18F-NaF 合成方面的协助。感谢加州大学洛杉矶分校统计咨询小组在统计分析方面提供的支持。本研究由美国国家卫生研究院（NIH）癌症中心支持基金（2 P30 CA016042-44，授予 MT）以及美国国立卫生研究院心肺血液研究所（HL137647 和 HL151391，授予 YT 和 LLD）资助。GNEXT PET/CT 扫描仪由 NIH S10 动物研究共享仪器基金（1S10OD026917-01A1，授予 Arion Chatziioannou）资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.5 cc 无菌胰岛素注射器 | Exel International | #26028 | 用于静脉注射 18F-NaF PET 示踪剂 |
| 18F-NaF PET 示踪剂 | CNSI 回旋加速器 | ||
| Biorender | Biorender | 用于图1 | |
| 雌性 Apoe-/- 小鼠 | Jackson Laboratories | #002052 | B6.129P2-Apoetm1Unc/J |
| GNEXT PET/CT | Sofie Biosciences, Dulles, Virginia | ||
| 异氟烷 | Piramal Critical Care | 用作小鼠成像的麻醉剂 | |
| ORS Dragonfly | Comet Technologies Canada Inc. | ||
| SPSS Statistics | IBM | ||
| 小鼠西方饮食 | Envigo | #TD88139 | 21% 脂肪，0.2% 胆固醇 |
参考文献
- 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).
- Budoff, M. J., et al. Long-te....
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