Tomografía por emisión de positrones cardíacos de alta resolución/tomografía computarizada para animales pequeños

El protocolo PET/CT cardíaco presentado es útil para obtener información funcional y morfológica en una variedad de modelos animales pequeños de enfermedad cardíaca. Las ventajas de las imágenes PET/CT en comparación con otras modalidades de imágenes preclínicas incluyen, entre otras, alta sensibilidad y resolución temporal espacial muy alta, así como robustez, ya que no requiere el posicionamiento manual de las sondas por parte de los operadores. Uno de los principales modelos de enfermedad que se pueden estudiar con este protocolo es el infarto de miocardio.

Sin embargo, se pueden investigar otras enfermedades cardiometabólicas y también la respuesta a la terapia. Por ejemplo, nuestro grupo está interesado en el papel de la obesidad y la diabetes en el metabolismo y la función cardíaca. Los pasos incluidos en este protocolo pueden ser fácilmente seguidos por usuarios sin experiencia.

Sin embargo, algunos pasos, como las canulación de la vena caudal y el muestreo de sangre, pueden requerir cierta capacitación y experiencia para realizarse de manera reproducible. La demostrará el procedimiento Federica La Rosa, investigadora de nuestro laboratorio, Federico Granziera, estudiante de doctorado de la Escuela de Estudios Avanzados Sant'Anna, y Domiziana Terlizzi, veterinaria de la Fondazione Toscana Gabriele Monasterio. Para comenzar, coloque el ratón en posición supina de cabeza primero en la cama del escáner del tomógrafo PET / CT colocando su nariz en la máscara nasal para anestesia y bloqueando suavemente la cabeza de la máscara con cinta adhesiva.

Fije las extremidades superiores e inferiores en la cama del escáner para evitar movimientos involuntarios durante los procedimientos de imágenes que pueden provocar artefactos de movimiento. Controle la temperatura corporal con una sonda rectal y la frecuencia respiratoria con una almohada de respiración. Para ratones, extraiga de 100 a 150 microlitros de 10 megabecquerelios flúor-18 FDG usando una jeringa de insulina.

Si la concentración original del marcador en el vial es alta, diluir el marcador con solución salina hasta una concentración de 50 a 100 megabecquerelios por mililitro. Utilice el calibrador de dosis de PET para medir la actividad real en la jeringa. Anote la actividad previa a la inyección y el tiempo de medición, ya que estos valores se utilizarán más adelante utilizando módulos de entrada específicos de la interfaz gráfica de usuario del escáner PET.

Si usa iomeprol, establezca la velocidad de inyección en 10 mililitros por hora y el volumen en 0.5 mililitros. Conecte la jeringa a la bomba de la jeringa y ajuste la bomba para el tamaño y diámetro reales de la jeringa, luego conecte la jeringa al tubo y la aguja de CA y llene previamente el tubo con el CA. Ajuste la velocidad de inyección a 10 mililitros por hora, limitando el volumen de inyección a 0,5 mililitros. Para la inyección de iomeprol, use una bomba de jeringa que permita una inyección lenta a una velocidad constante, con una velocidad de inyección ya establecida de 10 mililitros por hora.

Limitando el volumen de inyección a 0,5 mililitros, detenga la inyección después de tres minutos. Después de asegurarse de que el tubo y la aguja estén precargados con CA, conecte la aguja conectada al tubo de CA a la cánula de la vena de la cola. Inicie la inyección.

Cierre la tapa del escáner y prepárese para la exploración Cine-CT. Pulse el botón Continue (Continuar) en la interfaz de usuario del tomógrafo después de 60 segundos desde el comienzo de la inyección para que se inicie la adquisición de Cine-CT. La inyección de CA se detendrá aproximadamente al mismo tiempo que la finalización de la exploración Cine-CT.

Abra las imágenes DICOM del escaneo PET dinámico. Seleccione el módulo del complemento de corazón. Haga zoom en la imagen del corazón del ratón o rata y seleccione el último período de tiempo o la suma de los últimos tres a cinco marcos de tiempo para los cuales la mayor parte de la actividad de la acumulación de sangre ya se ha eliminado.

Siga las instrucciones en pantalla para reorientar la imagen a lo largo del eje principal del corazón del animal. Haga esto de forma interactiva moviendo los marcadores mostrados para la base y el ápice del corazón. A continuación, seleccione la herramienta Segmentación.

Si el resultado de la segmentación automática no es aceptable, refine la forma del miocardio segmentado o la cavidad del ventrículo izquierdo habilitando la búsqueda de ROI en modo manual desactivada. En la herramienta de modelado, seleccione el modelo cinético o el análisis PET dinámico adecuado. En este caso, seleccione gráfico y luego Patlak para habilitar el análisis de la gráfica de Patlak para calcular la tasa metabólica de absorción de glucosa para cada sector cardíaco.

A continuación, en la herramienta de mapa polar, seleccione el número correcto de segmentos cardíacos mostrados. En este caso, seleccione 17 segmentos. Ahora, presione el botón Ajustar para realizar el procedimiento de ajuste del análisis Patlak.

Al final del procedimiento de ajuste, observe el mapa polar mostrado de los valores de KI. Cargue las imágenes DICOM de la exploración Cine-CT en el software. A continuación, abra el conjunto de datos dinámico con el visor 4D incorporado.

Y usando la reforma multijugador 3D o la herramienta MPR, reoriente los datos de la imagen a lo largo del eje corto. Exporte los datos reorientados a DICOM, asegurando que todos los datos 4D se exporten con un grosor de corte preservado y una profundidad de bits de imagen de 16 bits por vóxel. Abra las imágenes 4D MPR exportadas con el visor 4D, luego seleccione un marco de tiempo correspondiente a la diástole final y navegue por todos los marcos de tiempo con el control deslizante de tiempo en la barra de herramientas principal para asegurarse de que se selecciona la fase cardíaca correcta.

En este período de tiempo, elija la herramienta de anotación de polígonos cerrados y delinee manualmente la pared endocárdica del ventrículo izquierdo. Haga lo mismo para 10 a 20 cortes desde la base hasta el ápice asegurándose de que todos los ROI tengan el mismo nombre. A continuación, en el menú ROI, seleccione el volumen de ROI y, a continuación, genere los ROI que faltan para generar los ROI en todos los segmentos de eje corto mediante la interpolación de los ROI dibujados manualmente.

A continuación, seleccione el volumen de ROI, seguido de calcular el volumen del grupo de ROI con el mismo nombre de ROI. A continuación, navegue a través de los marcos de tiempo, seleccione una fase correspondiente a la sístole final y calcule el volumen del grupo de ROI con el mismo nombre de ROI que se demuestra. Finalmente, calcule el volumen sistólico y la fracción de eyección utilizando la ecuación descrita en el manuscrito.

Los resultados de la segmentación automática del miocardio y de la cavidad del ventrículo izquierdo de un ratón CD1 control se muestran aquí. Incluso en sujetos sanos, los valores reconstruidos más bajos alrededor del ápice se observan comúnmente en PET. El análisis gráfico de Patlak demostró un ejemplo del KI regional, el diagrama de dispersión y el análisis de regresión lineal, y los valores de la pendiente e intersección del ajuste lineal realizado en cada segmento junto con el coeficiente de determinación correspondiente.

En la rata sana, se muestran diferentes formas y tamaños del ventrículo izquierdo para las fases diastólica final y sistólica final. Con la reconstrucción 3D del volumen segmentado del ventrículo izquierdo, el cálculo de los volúmenes resultó en un volumen diastólico final de 0,361 mililitros y un volumen sistólico final de 0,038 mililitros. Una representación de volumen del mismo corazón de rata para la diástole final y la sístole final permite representar las cámaras y vasos mejorados con yodo, por lo que su valor es más cualitativo que cuantitativo.

Mantenga el nivel de anestesia y, a menudo, verifique los parámetros fisiológicos del animal durante el estudio. Además, se debe realizar una comprobación inicial de la permeabilidad de la canulación para evitar inyecciones fallidas. Debido a la naturaleza no invasiva de este estudio, el animal puede ser recuperado después del procedimiento y la desintegración del trazador radiactivo para que virtualmente, se pueda aplicar cualquier otro método de investigación.

De lo contrario, si el animal va a ser sacrificado después de la imagen PET / CT, se pueden realizar todos los análisis ex vivo estándar en tejidos excitados.