La investigación con animales pequeños a menudo emplea una combinación de modalidades de imagen no invasivas, siendo la tomografía computarizada (TC) de rayos X, una opción destacada debido a su madurez, rentabilidad, velocidad 1,2 y capacidad para proporcionar información complementaria junto con otras modalidades como la tomografía por emisión de positrones (PET)2,3 y la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT)2,4. Sin embargo, al igual que otras técnicas de imagen, la TC es susceptible a los artefactos de movimiento fisiológico causados por el latido del corazón o la respiración, que introducen desenfoque y limitan la precisión de la investigación.
Para abordar esta limitación, el desenfoque del movimiento respiratorio y cardíaco se puede mitigar a través de una técnica conocida como compuerta 5,6,7,8, donde la adquisición de datos se sincroniza con fases específicas del ciclo cardíaco o respiratorio (o puertas). Un enfoque para lograr esto, conocido como compuerta prospectiva 3,6, consiste en conectar sensores al animal para proporcionar señales de compuerta en tiempo real a un escáner compatible. Si bien es efectivo, este método requiere mucho trabajo y tiempo, especialmente cuando se colocan sensores en el pecho y las patas de animales pequeños como ratones, lo que limita la escala de los estudios. Alternativamente, la activación retrospectiva intrínseca 7,9,10,11 implica la adquisición de datos de series temporales sin el uso de sensores, sino mediante la identificación de características en los datos que permiten la clasificación retrospectiva de los resultados en función de su fase en el ciclo cardíaco o respiratorio. Este enfoque ofrece resultados comparables a los de las compuertas prospectivas, pero sin la necesidad de hardware adicional ni el esfuerzo que implica la conexión del sensor de pulso y, por lo tanto, simplifica enormemente los protocolos experimentales.
En nuestro método para la toma de imágenes preclínicas de TC cardíaca, utilizamos la activación retrospectiva intrínseca para extraer los ciclos respiratorios y cardíacos de las variaciones de amplitud en las regiones de las proyecciones de rayos X que exhiben los cambios más significativos entre fotogramas sucesivos. Para facilitar este proceso, se co-registra una plantilla de tórax de ratón en la primera proyección posteroanterior utilizando Información Mutua12. Una vez que la plantilla está en su lugar, las intensidades de píxeles en una ventana cerca del diafragma se suman para generar una señal respiratoria sustituta, mientras que las que están cerca del miocardio se suman para derivar la señal cardíaca sustituta. A continuación, estas señales se filtran de paso de banda en el dominio del tiempo, y a cada fotograma del conjunto de datos se le asigna un número de fase fraccionaria (entre 0 y 1) en función de su fase respiratoria y cardíaca. Esto permite la selección o el rechazo de proyecciones de acuerdo con sus valores de fase. Normalmente, se conservan los fotogramas correspondientes a la fase de fin de espiración del ciclo respiratorio (0,15 ≤ fase < 0,85), mientras que los de la fase de inspiración, donde el movimiento es más pronunciado, se descartan. Los fotogramas restantes se agrupan en 12 fases cardíacas, cada una de las cuales representa 1/12 (0,083) del ciclo cardíaco y se reconstruyen en imágenes 3D utilizando un método iterativo (Ordered Subset Expectation Maximization [OSEM])13,14. Todo el proceso se resume en la Figura 1.