Name: Retrospektives Cardiac Gating mit einem Prototyp eines Röntgen-Computertomographen für Kleintiere (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-02-21T14:10:00.000+00:00
Duration: 5 min 32 s
Description: Lernen Sie die retrospektive Cardiac Gating Methode für die Herzbildgebung bei Nagetieren mit einem Kleintier-CT-Scanner. Diese softwarebasierte Technik ermöglicht präzise quantitative Analysen ohne spezialisierte Hardware.

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Die Tierversuchsprotokolle wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee der University of California, Los Angeles (UCLA) überprüft und genehmigt. In diesem Protokoll wurden C57BL/6J-Mäuse (8 Wochen alt, männlich, 24-26 g) verwendet. Bei dem in dieser Studie verwendeten CT-Scanner handelt es sich um den CrumpCAT (Abbildung 2), einen Prototyp, der an unserer Forschungseinrichtung für die präklinische Forschung entwickelt wurde und uns die Kontrolle und Flexibilität bietet, die wir benötigen, um die Erfassungs- und Rekonstruktionsprotokolle zu optimieren. Die Methode geht davon aus, dass anästhesierte Mäuse eine Herzfrequenz von nicht mehr als 600 Schlägen/min und eine Atemfrequenz zwischen 20 und 180 Atemzügen/min haben15.
1. Einstellungen der Ausrüstung
<ol>
	<li>Betreiben Sie die Röntgenquelle mit einer Spitzenspannung von 50 kVp und 200 μA Dauerstrom.</li>
	<li>Stellen Sie das Pixel-Binning der Röntgenkamera auf 2 und die Belichtungszeit auf den kürzesten praktischen Wert ein (20 ms Belichtungszeit plus 14 ms Lesezeit für eine Gesamtabtastzeit von 34 ms). HINWEIS: Die Option ohne Binning (Binning 1) hat eine langsamere Bildrate und kann daher nicht für Gated Acquisitions verwendet werden. Die maximale Bildrate liegt bei etwa 30 Bildern/s.</li>
</ol>
2. Vorbereitung der Tiere
<ol>
	<li>Betäuben Sie Mäuse mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Isoflurangas in einer Konzentration von 2,0 %.</li>
	<li>Halten Sie die Tiere vor der CT-Bildgebung 10 Minuten lang unter Narkose, um sicherzustellen, dass die Vitalparameter stabil sind und dass die Tiere entspannt sind, um Körperbewegungen während des Scans zu vermeiden. Beurteilen Sie die Narkosetiefe einer Maus anhand des fehlenden Zehenkneifreflexes, wenn das Gurtband zwischen den Zehen mit einem Fingernagel fest eingeklemmt wird.</li>
	<li>Für die kardiologische Bildgebung zur Visualisierung der Herzkammern injizieren Sie unmittelbar vor der CT-Bildgebung intravenös 100 μl CT-Kontrastmittel durch die Schwanzvene (Abbildung 3A).</li>
	<li>Platzieren Sie die anästhesierte Maus in der CT-Bildgebungskammer (Abbildung 3B).</li>
</ol>
3. Datenerfassung
<ol>
	<li>Schalten Sie die CrumpCAT-Software ein.</li>
	<li>CT-Bildgebung ohne Gated mit hoher Auflösung (125 μm, Binning 1) (Abbildung 4A)<ol>
		<li>Geben Sie eine Studien-ID auf der Benutzeroberfläche ein.</li>
		<li>Wählen Sie Mouse Hi-Res im Dropdown-Menü Protokoll aus.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche Scan auf der Benutzeroberfläche, um 720 Projektionen mit einer Belichtungszeit von 80 ms/Projektion zu erfassen.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>CT-Bildgebung ohne Gated mit mittlerer Auflösung (200 μm, Binning 2) (Abbildung 4B)<ol>
		<li>Geben Sie eine Studien-ID auf der Benutzeroberfläche ein.</li>
		<li>Wählen Sie Mausstandard im Dropdown-Menü Protokoll aus.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche Scan in der Benutzeroberfläche, um 720 Projektionen mit einer Belichtungszeit von 100 ms/Projektion zu erfassen.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Gated CT-Bildgebung (200 μm, Binning 2) (Abbildung 4C)<ol>
		<li>Geben Sie eine Studien-ID auf der Benutzeroberfläche ein.</li>
		<li>Wählen Sie Cardiac Gating im Dropdown-Menü Protokoll aus.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche Scan auf der Benutzeroberfläche und erfassen Sie 21.600 Projektionen mit einer Belichtungszeit von 20 ms/Projektion.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Vorverarbeitung von Daten
HINWEIS: Vorverarbeitungsschritte sind nur für Gated Acquisitions erforderlich. Alle diese Schritte werden von der Rekonstruktionssoftware automatisch ausgeführt und es ist kein Bedienereingriff erforderlich.
<ol>
	<li>Signalextraktion<ol>
		<li>Für die Koregistrierung von Thoraxschablonen wird ein kleines Bild (Schablone), das grob einen Mausthorax mit den Rippen, dem Herzen, der Lunge und der Leber darstellt, automatisch auf der ersten Röntgenprojektion mitregistriert, indem die gegenseitige Information12 zwischen der Projektion und der Schablone maximiert wird (Abbildung 5). HINWEIS: Für die Vorlage werden nur Übersetzungsvorgänge durchgeführt, und die mitregistrierte Vorlage wird verwendet, um interessante Regionen (ROIs) für alle Prognosen zu identifizieren.</li>
		<li>Lassen Sie für die Extraktion von Atemsignalen zu, dass in der Vorlage ein rechteckiger ROI (ROI-1) festgelegt wird, um das Zwerchfell und das zu erzeugende Atemsignal darzustellen, indem Sie die Pixelintensitäten innerhalb von ROI-1 für jede Projektion summieren (Abbildung 5).</li>
		<li>Für die Extraktion von Herzsignalen wird ein zweites Rechteck ROI (ROI-2) in der Vorlage in der Nähe des Herzens festgelegt und das Herzsignal durch Summieren der Pixelintensitäten in ROI-2 für jede Projektion erzeugt (Abbildung 5). HINWEIS: Die Thoraxvorlage wird nur bei der ersten Projektion mitregistriert, um zu identifizieren, welche Bildzeilen und -spalten (Fenster) für die Signalextraktion verwendet werden sollen. Dieses Fenster ist breit genug, um alle Vorsprünge zu erfassen, solange das Tier vernünftig zentriert ist, wie es bei der Verwendung unseres Tierbettes16 der Fall ist.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Bandpass-Filter<ol>
		<li>Ermöglicht die Erzeugung eines Bandpassfilters durch Kombination von zwei Sinc-Funktionen mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen im temporalen Bereich17, die Tiefpassfiltern im Frequenzbereich entsprechen, wie unten beschrieben.</li>
		<li>Lassen Sie die Software den Bandpassfilter auf das Herzsignal mit einem Frequenzband von [300, 600] min-1 anwenden (Abbildung 6A). HINWEIS: Das ungefilterte Herzsignal (Abbildung 6B) enthält immer noch einen signifikanten Beitrag der Atembewegung.</li>
		<li>In ähnlicher Weise lassen Sie das Atemsignal mit einem Frequenzband von [20, 300] min-1 filtern. Die höheren Oberschwingungen werden beibehalten, um ein Signal zu erzeugen, das nicht einfach sinusförmig ist und die beiden Hauptphasen Inspiration und Exspiration klarer identifiziert. HINWEIS: Zu diesem Zeitpunkt können sowohl respiratorische als auch kardiale Signale leicht interpoliert und als kontinuierliche Zeitfunktionen für die Berechnung der fraktionierten Phasenzahl berücksichtigt werden.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Phasenzuordnung<ol>
		<li>Lassen Sie die Software den Beginn jedes Zyklus (respiratorisch oder kardial) identifizieren, indem sie die Nulldurchgänge der ersten Ableitung des Signals findet. Jeder Nulldurchgang entspricht einem Maximum im Signal und markiert den Beginn eines neuen Zyklus und das Ende des vorherigen. Ein Beispiel finden Sie unter dem Atemsignal in Abbildung 7.</li>
		<li>Lassen Sie zu, dass jeder Projektion für jedes der beiden Signale (respiratorisch oder kardial) ein fraktionierter Phasenwert (zwischen 0 und 1) zugewiesen wird. HINWEIS: Per Definition hat der Anfangspunkt einen Phasenbruchwert von Null (für den aktuellen Zyklus) oder eins (für den vorherigen Zyklus).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Auswahlmasken<ol>
		<li>Lassen Sie 12 binäre Masken (eine pro Herzphase) erstellen, um Projektionen auszuwählen, die zu jeder Phase gehören. Jede Maske enthält 21.600 Einträge (einen pro Projektion), die entweder eine 0 oder eine 1 sind, was bedeutet, dass diese Projektion abgelehnt bzw. beibehalten wird.</li>
		<li>Beachten Sie, dass die Software für jede Maske (Phase) entsprechend ihrer Phasenbruchnummer anzeigt, ob eine Projektion beibehalten (1) oder verworfen (0) wird. Für Phase 0 werden Projektionen mit einem kardialen Phasenwert im Intervall [0, 1/12] beibehalten. Für Phase 1 werden die kardialen Phasenwerte im Intervall [1/12, 2/12] beibehalten usw.</li>
		<li>Beachten Sie für jede Maske (Phase), dass alle Projektionen mit einer Atemphase von weniger als 0,15 oder mehr als 0,85 zurückgewiesen werden (0 in der Maske), da sie zur Inspirationsphase gehören, die die größte Bewegung aufweist (Abbildung 8A). Abbildung 8B zeigt die Zuordnung der Herzphase zu den Projektionen für die ersten 2 s. HINWEIS: Bei diesem Auswahlverfahren kam es zu keiner signifikanten Verzerrung, da die Anzahl der Projektionen pro Phase mit 1.800 ± 194 relativ konstant war.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Bildrekonstruktion
<ol>
	<li>Rekonstruieren Sie für CT-Scans ohne Gated Bilder mit mittlerer (200 μm) oder hoher (125 μm) Auflösung unter Verwendung des Algorithmus für gefilterte Rückprojektion (Feldkamp18) mit einem Shepp-Logan-Filter.</li>
	<li>Für herzgesteuerte CT-Scans rekonstruiert jedes Herzphasenbild unter Verwendung des iterativen OSEM-Algorithmus13 mit 12 Teilmengen und 8 Iterationen, wobei nur ausgewählte Projektionen berücksichtigt werden, die zu einer gegebenen Phase beitragen (wie in einer binären Phasenauswahlmaske angegeben).</li>
	<li>Um das Rauschen zu reduzieren, wenden Sie einen Medianfilter nach der Rekonstruktion in der zeitlichen Dimension (d. h. über Bilder hinweg) und einen leichten 3D-Gaußschen Filter in der räumlichen Dimension (σ = 38 μm) an. HINWEIS: Verwenden Sie für die respiratorische Bildrekonstruktion alle Herzphasen undeutlich. Die Strahlhärtungskorrektur (Wasserkorrektur) wird bei jeder Rekonstruktion angewendet.</li>
</ol>
6. Bildbeurteilung und Quantifizierung des Volumens des linken Ventrikels (LV)
<ol>
	<li>Öffnen Sie das CT-Bild in einem DICOM-Viewer wie Amide19 (Abbildung 9A).</li>
	<li>Verbessern Sie den sichtbaren Bildkontrast, indem Sie den CT-Wert (gemessen in Hounsfield Unit [HU]) auf [-500, 500] einstellen (Abbildung 9A).</li>
	<li>Bewertung der Bildqualität<ol>
		<li>Zeichnen Sie einen ROI für den verkalkten Bereich, der definiert ist als der Bereich um das Maximum mit einem CT-Wert von mindestens 85 % des maximalen HU-Werts (Abbildung 9B).</li>
		<li>Verwenden Sie das Kontrast-Rausch-Verhältnis (CNR)20,21 als Metrik zur Beurteilung der Bildqualität und ihrer Fähigkeit, kleine Strukturen, wie z. B. kleine Verkalkungen, zu identifizieren: 
		<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/67803/67803eq01.jpg" style="margin: auto;">, wobei I und σ die mittlere Intensität und Standardabweichung einer Region darstellen: Verkalkung (tiefgestelltes C) oder Hintergrund (tiefgestelltes B).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Quantifizierung des Volumens des linken Ventrikels<ol>
		<li>Zeichnen Sie eine 3D-Freihand-ROI, um die LV in jeder Phase zu identifizieren (Abbildung 10A).</li>
		<li>Quantifizieren Sie das LV-Volumen durch Berechnung von Voxeln mit einem CT-Schwellenwert von 730 HU (Abbildung 10B). Ein Diagramm der LV-Volumina ist in Abbildung 10C dargestellt. HINWEIS: Der Schwellenwert für den CT-Wert ist nicht absolut. Dies hängt vom verwendeten Kontrastmittel, der Größe des Tieres, dem Stamm, dem Gesundheitszustand und der Zeit zwischen der Injektion und der CT-Bildgebung ab. Amide ist eine frei vertriebene Software, die an unserem Institut entwickelt wurde, aber es stehen auch andere, ausgefeiltere Bildbetrachter zur Verfügung (z.B. ORS Dragonfly22).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

<table><tbody><tr><td>C57BL/6J Mäuse</td><td>Jackson Laboratory</td><td>664</td><td>Männchen, 8 Wochen alt, 24-26 g</td></tr><tr><td>Dexela Kamera</td><td>Varex</td><td>1512</td><td>Detektor, 20 ms Belichtung, 74,8/149,6 & Mikro; m Pixel</td></tr><tr><td>VivoVist</td><td>Nanosonden</td><td>1301-5X0,25ML</td><td>CT Kontrastmittel</td></tr><tr><td>Röntgenquelle</td><td>Moxtek</td><td>TUB00082</td><td>50 kV Peak, 200 & Mikro; A, 1,0 mm dicker Al-Filter</td></tr></tbody></table>

retrospektives cardiac gating mit einem prototyp eines röntgen-computertomographen für kleintiere

Retrospective Cardiac Gating with A Prototype Small-Animal X-ray Computed Tomograph

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Diese Methode beschreibt die Verwendung der Quanten-Mikro-Computertomographie (MicroCT) zur Beurteilung der kardialen Morphologie, Funktion, Durchblutung, des Stoffwechsels und der Lebensfähigkeit mit jodiertem Kontrastmittel bei Mäusen mit experimentell induzierter myokardialer Ischämie. Die Technik kann für die zerstörungsfreie longitudinale Hochdurchsatz-Bildgebung in vivo verschiedener Tiermodelle menschlicher Herzerkrankungen eingesetzt werden.

In Vivo quantitative Bewertung der myokardialen Struktur, Funktion, Perfusion und Lebensfähigkeit Mit Herz Micro-Computertomographie

Hier wird ein Protokoll zur kontinuierlichen Blutentnahme während der PET/CT-Bildgebung von Ratten zur Messung der arteriellen Eingangsfunktion (AIF) beschrieben. Gezeigt werden die Katheterisierung, die Kalibrierung und Einrichtung des Systems sowie die Datenanalyse der Blutradioaktivität. Die generierten Daten liefern Eingabeparameter für die nachfolgende biokinetische Modellierung.

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Hier stellen wir ein experimentelles Bildgebungsprotokoll zur Quantifizierung der Herzfunktion und -morphologie mittels hochauflösender Positronen-Emissions-Tomographie/Computertomographie für Kleintiere vor. Es werden sowohl Mäuse als auch Ratten betrachtet, wobei die unterschiedlichen Anforderungen an Computertomographie-Kontrastmittel für die beiden Arten diskutiert werden.

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In diesem Protokoll diskutieren wir die Implementierung eines Modells für eine erfolgreiche orthotope Lebertransplantation (OLT) bei Mäusen. Darüber hinaus werden auch Adjuvantien zur weiteren Analyse der Durchgängigkeit von Transplantaten nach erfolgreicher OLT in einer Maus diskutiert, insbesondere unter Verwendung von Mikrocomputertomographie (microCT)-Scans.

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Dieses neuartige Protokoll beinhaltet die Quantifizierung des kardiovaskulären Verkalkungsverlaufs aus seriellen Mikro-Positronen-Emissions-Tomographie (PET)/Mikro-Computertomographie (CT)-Bildern bei kleinen Versuchstieren.

Neuartiges Quantifizierungsprotokoll für das Fortschreiten der kardiovaskulären Verkalkung unter Verwendung von longitudinalen MicroPET/MicroCT-Bildern

Dieser Artikel beschreibt die Radiosynthese, Formulierung und Qualitätskontrolle einer neuen radioaktiv markierten Sonde (d.h. 68Ga-markierter Nanobody NM-02) und ihre Verwendung für die PET/CT-Bildgebung von Kleintieren in einem Xenotransplantatmodell.

Radiosynthese, Qualitätskontrolle und Positronenemissionstomographie von Kleintieren Bildgebung von 68Ga-markierten Nanomolekülen

Lernen Sie die retrospektive Cardiac Gating Methode für die Herzbildgebung bei Nagetieren mit einem Kleintier-CT-Scanner. Diese softwarebasierte Technik ermöglicht präzise quantitative Analysen ohne spezialisierte Hardware.

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

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