Retrospektives Cardiac Gating mit einem Prototyp eines Röntgen-Computertomographen für Kleintiere

Wir haben bildgebende Verfahren entwickelt, die es Forschern ermöglichen, biologische Fragen zu beantworten. Jetzt besteht ein Bedarf an Gating-Techniken, um die Bewegung in der CT von Kleintieren einzufrieren. Wir wollten zeigen, dass es möglich ist, Gated Scans mit Standard-CT-Komponenten durchzuführen. Es wird alles in Software erledigt, es ist keine spezielle Hardware erforderlich.

Das Verständnis der Grenzen und Fähigkeiten allgemein verfügbarer präklinischer Detektoren für die Röntgen-CT-Bildgebung führt dazu, dass die Technologie mit aussagekräftigen experimentellen Ergebnissen ausgestattet wird. Die physiologische Herzbewegung wird in Nagetierstudien oft als unüberwindbare Herausforderung angesehen, die zu einem Mangel an wissenschaftlichen Berichten geführt hat. Wir hoffen, dass wir mit der hier beschriebenen Arbeit die Praxis davon überzeugen können, dass es möglich ist, diese Schwierigkeit mit allgemein verfügbarer Hardware zu überwinden.

Unser Ansatz erfordert keine physische Verbindung von Elektroden und kann ohne chirurgischen Eingriff erreicht werden. Die Röntgen-CT mit retrospektivem Cardiac Gating ermöglicht die genaue Quantifizierung kleiner Strukturen im und um das Herz und rollende Messungen der Herzkammern zu verschiedenen Zeitpunkten während eines Herzzyklus. Diese Technologie verbessert unsere Fähigkeit, Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu untersuchen und wirksame Therapien zu entwickeln.

Platzieren Sie zunächst eine betäubte Maus auf der Arbeitsfläche. Kneifen Sie das Gurtband zwischen den Zehen ein, um die Narkosetiefe zu testen. Injizieren Sie kurz vor der Bildgebung intravenös 100 Mikroliter CT-Kontrastmittel durch die Schwanzvene.

Übertragen Sie die anästhesierte Maus in die CT-Bildgebungskammer. Starten Sie die CrumpCAT-Software. Um eine CT-Bildgebung ohne Gated mit hoher Auflösung durchzuführen, geben Sie zunächst eine Studien-ID auf der Benutzeroberfläche ein.

Wählen Sie Maus-Hi-Res im Dropdown-Menü Protokoll aus. Klicken Sie dann auf der Benutzeroberfläche auf die Schaltfläche Scannen, um 720 Projektionen mit einer Belichtungszeit von 80 Millisekunden pro Projektion zu erfassen. Um eine CT-Bildgebung ohne Gated mit mittlerer Auflösung durchzuführen, geben Sie eine Studien-ID auf der Benutzeroberfläche ein.

Wählen Sie im Dropdown-Menü Protokoll die Option Mausstandard aus. Klicken Sie auf die Schaltfläche Scannen auf der Benutzeroberfläche, um 720 Projektionen mit einer Belichtungszeit von 100 Millisekunden pro Projektion zu erfassen. Um eine Gated CT-Bildgebung durchzuführen, geben Sie eine Studien-ID auf der Benutzeroberfläche ein.

Wählen Sie im Dropdown-Menü Protokoll die Option Cardiac Gating aus. Klicken Sie auf die Schaltfläche Scan auf der Benutzeroberfläche und erfassen Sie 21.600 Projektionen mit einer Belichtungszeit von 20 Millisekunden pro Projektion. Bestimmen Sie für die Extraktion von Atemsignalen einen rechteckigen Bereich von Interesse (ROI1), um das Zwerchfell darzustellen.

Addieren Sie die Pixelintensitäten innerhalb von ROI1 für jede Projektion, um das Atemsignal zu generieren. Für die Extraktion kardialer Signale bestimmen Sie eine zweite rechteckige Region of Interest (ROI2) in der Schablone in der Nähe des Herzens. Addieren Sie die Pixelintensitäten in ROI2 für jede Projektion, um das Herzsignal zu erzeugen.

Starten Sie als Nächstes das CT-Bild in einem DICOM-Viewer, z. B. AMIDE. Stellen Sie den CT-Wert auf minus 500, 500 ein, um den sichtbaren Kontrast zu verbessern. Zur Quantifizierung des Volumens des linken Ventrikels zeichnen Sie eine 3D-Freihandregion, um den linken Ventrikel in jeder Phase zu identifizieren.

Berechnen Sie Voxel mit einem CT-Schwellenwert von 730 Hounsfield-Einheiten. Die nicht-gated CT-Bildgebung zeigte eine klarere Identifizierung von Herzverkalkungen auf hochauflösenden Bildern im Vergleich zu Bildern mit mittlerer Auflösung, mit Kontrast-Rausch-Verhältnis-Werten von etwa vier bzw. 3,2. Die Gated-CT-Bildgebung zeigte eine Verbesserung des Kontrast-Rausch-Verhältnisses von etwa 4,2 bei respiratorisch gesteuerten Aufnahmen auf etwa 5,2 bei respiratorischen und kardiologischen Werten.

Der linke Ventrikel erreichte einen Schwellenwert von 730 Hounsfield-Einheiten. Ein Loop als kurzes Video zeigt besser die Veränderung des Volumens der linken Herzkammer während eines Herzzyklus.