用于小型动物的高分辨率心脏正电子发射断层扫描/计算机断层扫描

本研究所述的心脏PET/CT方案可用于多种心脏疾病小动物模型，获取其功能性和形态学信息。与其他临床前成像技术相比，PET/CT成像的优势包括但不限于高灵敏度、极高的空间和时间分辨率，以及良好的稳健性，因其无需操作人员手动放置探针。该方案可研究的主要疾病模型之一是心肌梗死。

然而，也可研究其他心脏代谢性疾病以及对治疗的反应。例如，我们课题组关注肥胖和糖尿病对心脏代谢及功能的影响。本方案中包含的步骤简单易行，无相关经验的使用者也可轻松遵循。

然而，一些步骤（例如尾静脉插管和采血）可能需要经过一定培训和实践经验才能稳定地重复操作。本次演示将由本实验室的研究员 Federica La Rosa、来自圣安娜高等研究学院的博士生 Federico Granziera，以及托斯卡纳加布里埃尔·莫纳斯特里奥基金会的兽医医生 Domiziana Terlizzi 共同完成。开始时，将小鼠仰卧位头先进入 PET/CT 断层扫描仪的扫描床，将其鼻子放入麻醉用鼻罩中，并用胶带轻轻固定鼻罩头部位置。

将上下肢固定在扫描仪床面上，以防止成像过程中发生不自主运动，从而避免产生运动伪影。使用直肠探头监测体温，并使用呼吸垫监测呼吸频率。对于小鼠，使用胰岛素注射器抽取 100 至 150 微升（µL）、活度为 10 兆贝可（MBq）的氟-18 标记脱氧葡萄糖（FDG）。

如果管中示踪剂的原始浓度过高，需用生理盐水将其稀释至每毫升50至100兆贝可勒尔（megabecquerel/mL）。使用PET剂量校准仪测量注射器中的实际放射性活度。记录注射前的活度及测量时间，这些数值后续将通过PET扫描仪图形用户界面的特定输入模块进行使用。

若使用碘美普尔，将注射速率设置为10毫升每小时，体积设置为0.5毫升。将注射器连接至注射泵，并根据实际注射器的尺寸和直径设置泵参数，然后将注射器连接至造影剂（CA）导管和针头，用造影剂预充满导管。将注射速率设为10毫升每小时，限制注射体积为0.5毫升。进行碘美普尔注射时，应使用可实现恒定低速注射的注射泵，预设注射速率为10毫升每小时。

将注射体积限制在0.5毫升，注射3分钟后停止。确保导管和针头已预先充满造影剂（CA）后，将连接造影剂导管的针头插入尾静脉套管。开始注射。

关闭扫描仪盖板，准备进行电影CT扫描。自注射开始后60秒，在断层扫描仪的用户界面上按下“继续”按钮，以启动电影CT扫描。造影剂（CA）的注射将在电影CT扫描结束时大致同时停止。

打开动态PET扫描的DICOM图像。选择心脏插件模块。放大小鼠或大鼠心脏图像，并选择最后一个时间帧，或选择最后三到五个时间帧的总和，此时大部分血池放射性信号已被清除。

根据屏幕上的指示，沿动物心脏的主轴方向重新调整图像方向。通过移动显示的心脏基底部和心尖部标记，交互式地完成此操作。然后，选择分割工具。

如果自动分割的结果不可接受，则通过启用手动模式来优化分割的心肌或左心室腔的形状，并禁用感兴趣区域（ROI）搜索。在建模工具中，选择合适的动力学模型或动态PET分析方法。在此情况下，选择“图形法”（graphical），然后选择“Patlak”，以启用Patlak图分析，计算每个心脏节段的葡萄糖摄取代谢率。

接下来，在极坐标图工具中，选择正确的心脏节段显示数量。本例中选择17个节段。然后，按下“拟合”按钮，以执行Patlak分析的拟合过程。

在拟合过程结束时，观察显示的KI值极坐标图。在软件中加载Cine-CT扫描的DICOM图像，然后使用内置的4D查看器打开动态数据集。

使用三维多平面重建（MPR）工具，沿短轴重新定向图像数据。将重新定向后的数据导出为DICOM格式，确保完整导出全部4D数据，并保持原有的层厚以及每体素16位的图像位深度。使用4D查看器打开导出的4D MPR图像，然后选择对应于舒张末期的时间帧，并通过主工具栏上的时间滑块浏览所有时间帧，以确认正确的心动周期时相已被选中。

在此时间范围内，选择闭合多边形标注工具，并手动勾画左心室的内膜壁。从基底部到心尖部的10至20个层面均进行相同操作，确保所有感兴趣区域（ROI）具有相同的名称。接下来，在ROI菜单中选择ROI体积，然后选择生成缺失的ROI，通过手动绘制的ROI插值，在所有短轴切面上生成相应的ROI。

然后选择 ROI 体积，接着点击计算体积，以计算具有相同 ROI 名称的 ROI 组的体积。接下来，浏览各时间帧，选择对应于收缩末期的时相，并计算具有相同 ROI 名称的 ROI 组的体积，操作如前所示。最后，根据文稿中描述的公式计算每搏输出量和射血分数。

此处展示了对照组 CD1 小鼠心肌和左心室腔自动分割的结果。即使在健康受试者中，正电子发射断层扫描（PET）也常在心尖周围观察到较低的重建值。Patlak 图解分析展示了一个区域 KI 的示例、散点图和线性回归分析，以及对每个节段进行线性拟合所得的斜率和截距值，同时给出了相应的决定系数。

在健康大鼠中，左心室在舒张末期和收缩末期呈现出不同的形态和大小。通过对分割后的左心室容积进行三维重建，计算得到舒张末期容积为 0.361 毫升，收缩末期容积为 0.038 毫升。对同一大鼠心脏在舒张末期和收缩末期进行容积渲染，可显示碘增强的心腔和血管，其价值更偏向定性而非定量。

在实验过程中需维持麻醉水平，并经常检查动物的生理参数。此外，必须在开始前初步检查插管是否通畅，以避免注射失败。由于本研究具有非侵入性，因此在手术完成后，待放射性示踪剂衰变后可使动物恢复，从而几乎可应用任何其他研究方法。

否则，如果动物在完成PET/CT成像后将被实施安乐死，则可对活化的组织进行所有标准的离体分析。