Déclenchement cardiaque rétrospectif à l’aide d’un prototype de tomographe à rayons X pour petits animaux
21 février 2025
Nous fournissons une description complète de la méthode intrinsèque de déclenchement cardiaque rétrospectif du CrumpCAT, un prototype de scanner de tomodensitométrie (TDM) à rayons X pour petits animaux conçu et construit dans notre institut de recherche.
Nous avons développé des technologies d’imagerie qui permettent aux chercheurs de répondre à des questions biologiques. Maintenant, il est nécessaire de mettre au point des techniques de contrôle pour figer le mouvement dans la tomodensitométrie des petits animaux. Nous voulions montrer qu’il est possible de faire des scintigraphies fermées avec des composants de tomodensitométrie standard. Tout est accompli dans le logiciel, pas besoin de matériel spécial.
Comprendre les limites et les capacités des détecteurs précliniques couramment disponibles pour l’imagerie par tomodensitométrie à rayons X permet d’obtenir des résultats expérimentaux significatifs. Le mouvement cardiaque physiologique dans les études sur les rongeurs est souvent considéré comme un défi insurmontable qui a conduit à un manque de rapports scientifiques. Nous espérons qu’avec le travail décrit ici, nous convaincrons le domaine qu’il est possible de surmonter cette difficulté avec du matériel couramment disponible.
Notre approche ne nécessite pas de connexion physique d’électrodes et peut être réalisée sans intervention chirurgicale. La tomodensitométrie à rayons X avec déclenchement cardiaque rétrospectif permet une quantification précise des petites structures dans et autour du cœur et des mesures de roulement des cavités cardiaques à différents moments au cours d’un cycle cardiaque. Cette technologie améliore considérablement notre capacité à étudier les maladies cardiovasculaires et à développer des thérapies efficaces.
Pour commencer, placez une souris anesthésiée sur l’espace de travail. Pincez la sangle entre les orteils pour tester la profondeur de l’anesthésie. Injectez par voie intraveineuse 100 microlitres d’agent de contraste CT à travers la veine de la queue juste avant l’imagerie.
Transférez la souris anesthésiée à l’intérieur de la chambre d’imagerie CT. Lancez le logiciel CrumpCAT. Pour effectuer une imagerie CT non fermée avec une haute résolution, entrez d’abord un ID d’étude sur l’interface utilisateur.
Sélectionnez Souris Hi-Res dans le menu déroulant Protocole. Ensuite, cliquez sur le bouton Scanner de l’interface utilisateur pour acquérir 720 projections avec un temps d’exposition de 80 millisecondes par projection. Pour effectuer une imagerie CT non fermée avec une résolution moyenne, entrez un ID d’étude sur l’interface utilisateur.
Sélectionnez Standard de la souris dans le menu déroulant Protocole. Cliquez sur le bouton Scanner de l’interface utilisateur pour acquérir 720 projections avec un temps d’exposition de 100 millisecondes par projection. Pour effectuer une imagerie CT contrôlée, entrez un ID d’étude sur l’interface utilisateur.
Sélectionnez Cardiac Gating dans le menu déroulant Protocole. Cliquez sur le bouton Scanner de l’interface utilisateur et acquérez 21 600 projections avec un temps d’exposition de 20 millisecondes par projection. Pour l’extraction du signal respiratoire, désignez une région d’intérêt rectangulaire, ou ROI1, pour représenter le diaphragme.
Additionnez les intensités de pixels à l’intérieur de ROI1 pour chaque projection afin de générer le signal respiratoire. Pour l’extraction du signal cardiaque, désignez une deuxième région d’intérêt rectangulaire, ou ROI2, dans le modèle près du cœur. Additionnez les intensités de pixels à l’intérieur de ROI2 pour chaque projection afin de générer le signal cardiaque.
Ensuite, lancez l’image CT dans une visionneuse DICOM, telle que AMIDE. Réglez la valeur CT sur moins 500, 500 pour améliorer le contraste visible. Pour quantifier le volume du ventricule gauche, dessinez une région d’intérêt à main levée en 3D pour identifier le ventricule gauche dans chaque phase.
Calculez les voxels avec une valeur CT seuil de 730 unités Hounsfield. L’imagerie par tomodensitométrie sans grille a révélé une identification plus claire des calcifications cardiaques sur les images à haute résolution par rapport aux images à moyenne résolution, avec des valeurs de rapport contraste/bruit d’environ 4 et 3,2, respectivement. L’imagerie TDM à portes a montré une amélioration du rapport contraste/bruit, passant d’environ 4,2 chez les appareils respiratoires seulement à environ 5,2 chez les appareils respiratoires et cardiaques.
Le ventricule gauche s’est chiffré à une valeur CT de 730 unités Hounsfield. Une boucle sous forme de courte vidéo révèle mieux la modification du volume du ventricule gauche au cours d’un cycle cardiaque.
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Aperçu
Cette étude aborde le défi du mouvement cardiaque physiologique en imagerie par tomodensitométrie (CT) à rayons X chez les petits animaux en introduisant une méthode logicielle de synchronisation cardiaque rétrospective. En utilisant le prototype de scanner CrumpCAT, nous démontrons qu'une imagerie quantitative significative du cœur peut être obtenue sans matériel spécialisé.
Composantes clés de l'étude
Domaine de recherche
- Imagerie cardiovasculaire
- Technologie de tomodensitométrie pour petits animaux
- Techniques d'imagerie sans mouvement
Contexte
- Problèmes liés aux mouvements cardiaques dans les études sur les rongeurs
- Manque de techniques d'imagerie efficaces pour les structures de petite taille
- Besoin de technologies d'imagerie accessibles en recherche biologique
Méthodes utilisées
- Techniques logicielles de synchronisation cardiaque rétrospective
- Modèle rongeur pour l'imagerie cardiaque
- Imagerie TDM avec composants standard, y compris agents de contraste
Résultats principaux
- Une identification plus claire des structures cardiaques et des calcifications
- Des rapports contraste/bruit améliorés grâce à l'imagerie synchronisée
- Une quantification réussie du volume du ventricule gauche tout au long du cycle cardiaque
Conclusions
- L'étude montre que la synchronisation cardiaque peut surmonter les défis traditionnels de l'imagerie TDM chez les rongeurs.
- Cette approche est pertinente pour faire progresser la recherche sur les maladies cardiovasculaires et les thérapies associées.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
La synchronisation cardiaque rétrospective avec le prototype CrumpCAT permet une imagerie cardiaque de haute résolution, exempte de mouvement, chez les modèles de petits animaux en utilisant un équipement TDM standard. Cette capacité répond à un goulot d'étranglement critique dans la recherche cardiovasculaire préclinique en permettant une évaluation précise et quantitative de la fonction et de la structure cardiaques. L'approche améliore la confiance prédictive pour les études translationnelles et soutient les décisions de portefeuille ajustées au risque dans la découverte précoce de médicaments.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet une analyse précise de la fonction et de la structure cardiaques in vivo pour la validation de cibles.
- Réduit l'ambiguïté biologique en éliminant les artefacts de mouvement en imagerie cardiaque chez les petits animaux.
- Renforce la confiance prédictive dans le choix des cibles cardiovasculaires et la réduction des risques mécanistiques.
Développement de criblages et de tests
- Fournit des jeux de données d'imagerie standardisés et reproductibles pour le phénotypage cardiaque quantitatif.
- Facilite le développement de tests pour les paramètres fonctionnels cardiaques dans les modèles précliniques.
- Permet une évaluation fiable des effets des composés sur la structure et la fonction cardiaques.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les résultats d'imagerie préclinique avec les stratégies de biomarqueurs translationnels pour les maladies cardiovasculaires.
- Permet une continuité entre la découverte et la validation préclinique en générant des jeux de données cardiaques en 4D.
- Améliore les décisions d'avancement ajustées au risque pour les candidats thérapeutiques en cardiologie.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Ce méthode de sélection rétrospective s'intègre dans le flux de travail d'imagerie préclinique, assurant un lien entre la découverte précoce et la recherche translationnelle pour les programmes cardiovasculaires.
- Découverte en biologie : Permet l'imagerie cardiaque sans mouvement chez les petits animaux, facilitant ainsi la validation d'hypothèses et la clarification des voies biologiques.
- Écrantage : Fournit des résultats reproductibles et quantitatifs pour les tests de fonction cardiaque.
- Analyse : Offre des jeux de données volumétriques résolus par phase et des métriques de rapport contraste/bruit permettant des comparaisons fiables entre conditions.
- Recherche translationnelle : Facilite l'alignement avec les biomarqueurs d'imagerie clinique et les modèles de maladies.
- Réutilisation en entreprise : Démontre une capacité logicielle déployable sur diverses plates-formes de tomodensitométrie précliniques standard.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche cardiovasculaire.
- Valeur opérationnelle : Permet une standardisation et une évolutivité sans matériel spécialisé ni intervention chirurgicale.
- Valeur stratégique : Permet de prendre de meilleures décisions d'avancement ou d'abandon et d'optimiser l'efficacité du capital dans les portefeuilles cardiovasculaires.
- Impact sur le portefeuille : Favorise la priorisation et la progression des actifs cardiovasculaires ajustées au risque.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en manipulation des petits animaux et en protocoles d'imagerie par tomodensitométrie (CT).
- Requiert un accès à un équipement de tomodensitométrie préclinique standard et à un logiciel d'analyse DICOM.
- Exige une standardisation interéquipes des paramètres d'imagerie et des seuils d'analyse.
- Adaptable à divers modèles de petits animaux à l'aide de matériel couramment disponible.
- Limité par la fréquence de trame du détecteur et les contraintes de temps d'exposition inhérentes aux systèmes de tomodensitométrie standard.
