Hochauflösende kardiale Positronen-Emissions-Tomographie/Computertomographie für Kleintiere

Das vorgestellte kardiale PET/CT-Protokoll ist nützlich, um funktionelle und morphologische Informationen in einer Vielzahl von Kleintiermodellen für Herzerkrankungen zu erhalten. Zu den Vorteilen der PET/CT-Bildgebung im Vergleich zu anderen präklinischen Bildgebungsmodalitäten gehören unter anderem eine hohe Empfindlichkeit und eine sehr hohe räumliche zeitliche Auflösung sowie die Robustheit, da keine manuelle Positionierung der Sonden durch die Bediener erforderlich ist. Eines der wichtigsten Krankheitsmodelle, die mit diesem Protokoll untersucht werden können, ist der Myokardinfarkt.

Es können jedoch auch andere kardiometabolische Erkrankungen und auch das Ansprechen auf die Therapie untersucht werden. Zum Beispiel interessiert sich unsere Gruppe für die Rolle von Fettleibigkeit und Diabetes auf den Herzstoffwechsel und die Herzfunktion. Die in diesem Protokoll enthaltenen Schritte können von Benutzern ohne Erfahrung leicht befolgt werden.

Einige Schritte wie Schwanzvenenkanülierungen und Blutentnahmen können jedoch etwas Training und Erfahrung erfordern, um reproduzierbar durchgeführt zu werden. Federica La Rosa, wissenschaftliche Mitarbeiterin aus unserem Labor, Federico Granziera, Doktorand der Sant'Anna School of Advanced Studies, und Domiziana Terlizzi, Tierärztin der Fondazione Toscana Gabriele Monasterio, demonstrieren das Verfahren. Setzen Sie zunächst die Maus kopfüber in Rückenlage auf das Scannerbett des PET/CT-Tomographen, stecken Sie ihre Nase zur Anästhesie in die Nasenmaske und blockieren Sie den Kopf der Maske sanft mit Klebeband.

Fixieren Sie die oberen und unteren Gliedmaßen auf dem Scannerbett, um unwillkürliche Bewegungen während bildgebender Verfahren zu vermeiden, die zu Bewegungsartefakten führen können. Überwachen Sie die Körpertemperatur mit einer rektalen Sonde und die Atemfrequenz mit einem Atemkissen. Für Mäuse ziehen Sie 100 bis 150 Mikroliter 10 Megabecquerel Fluor-18 FDG mit einer Insulinspritze.

Wenn die ursprüngliche Konzentration des Tracers in der Durchstechflasche hoch ist, verdünnen Sie den Tracer mit Kochsalzlösung auf eine Konzentration von 50 bis 100 Megabecquerel pro Milliliter. Verwenden Sie den PET-Dosiskalibrator, um die tatsächliche Aktivität in der Spritze zu messen. Kommentieren Sie die Aktivität vor der Injektion und den Zeitpunkt der Messung, da diese Werte später mit speziellen Eingabemodulen der grafischen Benutzeroberfläche des PET-Scanners verwendet werden.

Wenn Sie Iomeprol verwenden, stellen Sie die Injektionsrate auf 10 Milliliter pro Stunde und das Volumen auf 0,5 Milliliter ein. Schließen Sie die Spritze an die Spritzenpumpe an und stellen Sie die Pumpe auf die tatsächliche Spritzengröße und den tatsächlichen Durchmesser ein, verbinden Sie dann die Spritze mit dem CA-Schlauch und der Nadel und füllen Sie den Schlauch mit der CA vor. Stellen Sie die Injektionsrate auf 10 Milliliter pro Stunde ein und begrenzen Sie das Einspritzvolumen auf 0,5 Milliliter. Verwenden Sie für die Iomeprol-Injektion eine Spritzenpumpe, die eine langsame Injektion mit einer konstanten Rate mit einer bereits eingestellten Injektionsrate von 10 Milliliter pro Stunde ermöglicht.

Begrenzen Sie das Injektionsvolumen auf 0,5 Milliliter, stoppen Sie die Injektion nach drei Minuten. Nachdem Sie sichergestellt haben, dass der Schlauch und die Nadel mit CA vorgefüllt sind, verbinden Sie die am CA-Schlauch befestigte Nadel mit der Kanüle der Schwanzvene. Starten Sie die Injektion.

Schließen Sie den Deckel des Scanners und bereiten Sie sich auf den Cine-CT-Scan vor. Drücken Sie nach 60 Sekunden nach Beginn der Injektion die Taste Continue (Weiter) auf der Benutzeroberfläche des Tomographen, um die Cine-CT-Erfassung zu starten. Die Injektion von CA wird ungefähr zur gleichen Zeit wie der Abschluss des Cine-CT-Scans beendet.

Öffnen Sie die DICOM-Bilder des dynamischen PET-Scans. Wählen Sie das Herz-Plugin-Modul aus. Zoomen Sie in das Maus- oder Rattenherzbild und wählen Sie den letzten Zeitrahmen oder die Summe der letzten drei bis fünf Zeitrahmen, für die der größte Teil der Blutpoolaktivität bereits ausgewaschen wurde.

Folgen Sie den Anweisungen auf dem Bildschirm, um das Bild entlang der Hauptachse des Tierherzens neu auszurichten. Tun Sie dies interaktiv, indem Sie die angezeigten Marker für die Herzbasis und die Spitze verschieben. Wählen Sie als Nächstes das Segmentierungswerkzeug aus.

Wenn das Ergebnis der automatischen Segmentierung nicht akzeptabel ist, verfeinern Sie die Form des segmentierten Myokards oder der linken Ventrikelhöhle, indem Sie den manuellen Modus ROI-Suche deaktivieren. Wählen Sie im Modellierungswerkzeug das entsprechende kinetische Modell oder die dynamische PET-Analyse aus. Wählen Sie in diesem Fall grafisch und dann Patlak, um die Patlak-Diagrammanalyse zu aktivieren, um die metabolische Rate der Glukoseaufnahme für jeden Herzsektor zu berechnen.

Wählen Sie anschließend im Polarkartenwerkzeug die richtige Anzahl der angezeigten Herzsegmente aus. Wählen Sie in diesem Fall 17 Segmente aus. Drücken Sie nun die Taste Fit, um den Anpassungsvorgang der Patlak-Analyse durchzuführen.

Beachten Sie am Ende des Anpassungsvorgangs die angezeigte Polarkarte der KI-Werte. Laden Sie die DICOM-Bilder des Cine-CT-Scans in die Software. Öffnen Sie dann den dynamischen Datensatz mit dem integrierten 4D-Viewer.

Und mit dem 3D-Multiplayer-Reformations- oder MPR-Werkzeug können Sie die Bilddaten entlang der kurzen Achse neu ausrichten. Exportieren Sie die neu ausgerichteten Daten nach DICOM und stellen Sie sicher, dass die gesamten 4D-Daten mit erhaltener Schichtdicke und Bildbittiefe von 16 Bit pro Voxel exportiert werden. Öffnen Sie die exportierten 4D MPR-Bilder mit dem 4D Viewer, wählen Sie dann einen Zeitrahmen aus, der der Enddiastole entspricht, und durchsuchen Sie alle Zeitrahmen mit dem Zeitschieberegler in der Hauptsymbolleiste, um sicherzustellen, dass die richtige Herzphase ausgewählt ist.

Wählen Sie in diesem Zeitrahmen das geschlossene Polygon-Anmerkungswerkzeug aus und skizzieren Sie manuell die Endokardwand des linken Ventrikels. Machen Sie dasselbe für 10 bis 20 Slices von der Basis bis zum Apex, um sicherzustellen, dass alle ROIs den gleichen Namen haben. Wählen Sie anschließend im Menü ROI die Option ROI-Volumen aus, und generieren Sie dann fehlende ROIs, um die ROIs für alle kurzen Achsenscheiben durch Interpolation der manuell gezeichneten ROIs zu generieren.

Wählen Sie dann ROI-Volumen, gefolgt von Rechenvolumen, um das Volumen der ROI-Gruppe mit demselben ROI-Namen zu berechnen. Durchsuchen Sie als Nächstes die Zeitrahmen, wählen Sie eine Phase aus, die der Endsystole entspricht, und berechnen Sie das Volumen der ROI-Gruppe mit demselben ROI-Namen wie gezeigt. Berechnen Sie schließlich das Hubvolumen und die Auswurffraktion anhand der im Manuskript beschriebenen Gleichung.

Die Ergebnisse der automatischen Myokard- und Hohlkammersegmentierung einer CD1-Kontrollmaus sind hier dargestellt. Selbst bei gesunden Probanden werden bei PET häufig niedrigere rekonstruierte Werte um die Spitze beobachtet. Die grafische Patlak-Analyse zeigte ein Beispiel für die regionale KI, das Streudiagramm und die lineare Regressionsanalyse sowie die Werte der Steigung und des Schnittpunkts der linearen Anpassung für jedes Segment zusammen mit dem entsprechenden Determinationskoeffizienten.

Bei der gesunden Ratte werden unterschiedliche Formen und Größen des linken Ventrikels für die enddiastolische und endsystolische Phase gezeigt. Mit der 3D-Rekonstruktion des segmentierten linken Ventrikelvolumens ergab die Berechnung der Volumina ein enddiastolisches Volumen von 0,361 Milliliter und ein endsystolisches Volumen von 0,038 Millilitern. Eine Volumendarstellung desselben Rattenherzens für die Enddiastole und Endsystole ermöglicht die Darstellung der jodverstärkten Kammern und Gefäße, so dass ihr Wert eher qualitativ als quantitativ ist.

Halten Sie das Niveau der Anästhesie aufrecht und überprüfen Sie oft die physiologischen Parameter des Tieres während der Studie. Darüber hinaus muss eine erste Überprüfung der Durchgängigkeit der Kanülierung durchgeführt werden, um erfolglose Injektionen zu vermeiden. Aufgrund des nicht-invasiven Charakters dieser Studie kann das Tier nach dem Eingriff und dem Zerfall des radioaktiven Tracers geborgen werden, so dass praktisch jede andere Untersuchungsmethode angewendet werden kann.

Andernfalls, wenn das Tier nach PET / CT-Bildgebung eingeschläfert wird, können alle Standard-Ex-vivo-Analysen an angeregtem Gewebe durchgeführt werden.