È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

Articolo metodologico

Nuovo protocollo di quantificazione per la progressione della calcificazione cardiovascolare utilizzando immagini longitudinali MicroPET/MicroCT

1.4K visualizzazioni

⸱

DOI:

10.3791/66805

⸱

15 novembre 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Molecular and Medical Pharmacology, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 2Crump Institute for Molecular Imaging, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 3Department of Medicine, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 4Department of Physiology, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 5Department of Orthopaedic Surgery, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 6Department of Bioengineering, University of California, Los Angeles, 7Jonsson Comprehensive Cancer Center, University of California, Los Angeles

In questo articolo

Sommario

Questo nuovo protocollo comporta la quantificazione della progressione della calcificazione cardiovascolare da immagini seriali di tomografia a emissione di micro positroni (PET)/micro tomografia computerizzata (TC) in piccoli animali da ricerca.

Abstract

La micro tomografia a emissione di positroni (PET) e la micro tomografia computerizzata (TC) sono strumenti di ricerca potenti e ideali per seguire la progressione della calcificazione cardiovascolare. Grazie alla loro natura non invasiva, i piccoli animali da ricerca possono essere ripresi in più punti temporali. La sfida risiede nella quantificazione accurata della calcificazione cardiovascolare. Qui, forniamo un protocollo, utilizzando le immagini delle fasi successive della malattia come modello, per quantificare con precisione la progressione della calcificazione cardiovascolare negli studi longitudinali. Il protocollo prevede 1) l'allineamento dell'area del torace in più immagini dello stesso animale durante uno studio longitudinale come primo passo, 2) la definizione di una regione di interesse (ROI) situata all'interno del cuore e dell'aorta nel sito di depositi di calcio più grandi che diventano evidenti nelle immagini successive e 3) la segmentazione e la quantificazione simultanea dei depositi di calcio in tutte le immagini acquisite durante lo studio longitudinale. Questo metodo semplificato migliora l'accuratezza dell'analisi delle immagini nel seguire la progressione della calcificazione cardiovascolare, migliorando la precisione della definizione del ROI e riducendo la variabilità associata alle tecniche precedenti che analizzano le singole scansioni in modo indipendente.

Introduzione

Le malattie cardiovascolari sono una delle principali cause globali di morbilità e mortalità, che richiede un'indagine rigorosa per scoprirne i meccanismi e ideare strategie preventive e terapeutiche efficaci. La calcificazione dell'arteria coronarica (CAC) è ampiamente riconosciuta dagli esperti del settore come fattore predittivo delle malattie cardiovascolari, aumentando significativamente il rischio di mortalità cardiovascolare 1,2,3,4,5. Le calcificazioni microscopiche sono considerate i primi stadi dell'aterosclerosi calcifica e il termine "microcalcificazioni" è stato usato per riferirsi a depositi di calcio compresi tra 0,5 e 50 μm 6,7,8,9 di diametro. Si ritiene che queste piccole calcificazioni si uniscano per formare depositi di calcio più grandi, alimentando la progressione della placca calcifica 6,7.

La tomografia a emissione di positroni (PET) e la tomografia computerizzata (CT) sono strumenti di ricerca preziosi, frequentemente impiegati per la valutazione non invasiva della calcificazione cardiovascolare in vivo 5,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19 . Queste modalità di imaging si sono dimostrate particolarmente vantaggiose per il monitoraggio della progressione della calcificazione vascolare in studi longitudinali che coinvolgono piccoli animali da ricerca 11,12,13,19. L'imaging MicroCT ha dimostrato efficacia nel fornire immagini anatomiche di depositi di calcio relativamente grandi 11,12,13,19,20.Tuttavia, la sua utilità per l'imaging di piccoli depositi di calcio negli animali viventi è limitata dalla sua risoluzione spaziale di ~100 μm 8,14, rendendo difficile lo studio della calcificazione durante le sue fasi iniziali.

Un notevole progresso è l'adozione dell'imaging combinato microPET/microCT con il tracciante PET, fluoruro di sodio marcato con fluoruro 18 (18F-NaF), come metodo standard per il rilevamento della calcificazione in base al suo legame con la superficie del minerale. Questo approccio utilizza 18F-NaF radiomarcato, che ha dimostrato di identificare la superficie del minerale di calcio10,13 quando gli ioni fluoruro si legano covalentemente all'idrossiapatite di calcio, sostituendo i gruppi ossidrilici per formare fluoroapatite21. Coerentemente con il tasso di cambio più lento rispetto al decadimento radioattivo del 18F (emivita ~ 110 min) e alla clearance del tracciante attraverso i reni22, Irkle e colleghi13 hanno scoperto che il legame del 18F-NaF ai campioni carotidi calcificati era limitato alla superficie al momento del rilevamento. Pertanto, l'assorbimento del tracciante dovrebbe essere direttamente correlato con la superficie del minerale, che è maggiore quando una data quantità di minerale si trova in più piccoli focolai o in forma porosa rispetto a quando è presente in pochi, grandi depositi solidi. Accentuando le prime fasi della mineralizzazione con un'elevata sensibilità, l'imaging PET 18F-NaF può fornire preziose informazioni sulle prime fasi della malattia, rendendolo particolarmente utile nello studio di strategie preventive e terapeutiche 13,14,15.

Anche con i recenti progressi nell'imaging combinato microPET/microCT della calcificazione vascolare, ci sono opportunità per migliorare l'accuratezza dell'analisi delle immagini negli studi di calcificazione longitudinale e cardiovascolare. Gli approcci convenzionali utilizzano la delineazione manuale e laboriosa delle regioni di interesse (ROI) attorno a ciascuna regione calcificata visibile in ogni topo in ogni singolo punto temporale durante lo studio longitudinale. Questo metodo riduce la precisione, in particolare nelle prime fasi della malattia, quando le dimensioni dei depositi di calcio si avvicinano ai limiti di rilevamento degli scanner, rendendo potenzialmente invisibili alcune aree con minuscoli depositi disposti a bassa densità.

Nell'ambito dell'imaging, l'allineamento si riferisce generalmente all'allineamento spaziale di una serie di immagini. Introducendo l'allineamento come nuova soluzione alle sfide esistenti, il nostro metodo proposto consente ai ricercatori di utilizzare una posizione coerente per seguire la progressione della calcificazione nelle immagini seriali di singoli soggetti durante uno studio longitudinale. Dato che è noto che la calcificazione dei tessuti deriva da vescicole di matrice di dimensioni nanometriche (50-150 nm), che si fondono per formare un minerale di idrossiapatite23 microscopico, quindi macroscopico, si può identificare retrospettivamente dove sarebbero state localizzate le microcalcificazioni nelle prime immagini prima che fossero distinguibili.

Seguire quella stessa posizione nel tempo, reso possibile dall'allineamento dell'immagine, è la base di questo metodo. Ovvia alla necessità di identificare direttamente le prime fasi di calcificazione, poiché il ROI viene assegnato in base alle ultime fasi in cui la mineralizzazione è prontamente identificata. In questo protocollo, presentiamo un metodo di analisi dei dati migliorato e semplificato che incorpora l'allineamento di una serie temporale di immagini come passaggio vitale, migliorando la quantificazione accurata della deposizione di calcio in studi di imaging longitudinali, combinati, microPET/microCT (Figura 1). Sebbene utilizziamo l'analisi dei dati PET/CT come esempio, questo metodo può essere applicato all'analisi di altri dati di imaging longitudinale, tra cui la tomografia computerizzata a emissione di fotoni singoli (SPECT), la risonanza magnetica (MRI) e l'imaging ottico24.

figure-introduction-1
Figura 1: Diagramma di flusso della panoramica del protocollo. Diagramma di flusso che riassume il nuovo protocollo per quantificare la calcificazione cardiovascolare. Le fasi generali includono l'imaging longitudinale, l'allineamento delle immagini acquisite in diversi punti temporali e la segmentazione e la quantificazione della regione calcificata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Protocollo

Le immagini rappresentative presentano una femmina di topo con deficit di apolipoproteina E (Apoe-/-). I protocolli sperimentali sono stati esaminati e approvati dal Comitato Istituzionale per la Cura e l'Uso degli Animali dell'Università della California, Los Angeles.

1. Scansione degli animali

  1. Tra le due acquisizioni di immagini, nutrire il topo con una dieta standard senza alcun intervento. Tuttavia, prima della prima immagine a 15 mesi di età, passare a una dieta occidentale (21% di grassi, 0,2% di colesterolo) dai 12 ai 14 mesi di età per indurre la calcificazione aortica al basale.
  2. Assicurarsi che lo scanner microPET/CT sia calibrato regolarmente per un'acquisizione ottimale dei dati PET e la co-registrazione CT. Eseguire le calibrazioni secondo le istruzioni del produttore.
  3. Anestetizzare il topo utilizzando gas isoflurano al 2% in una camera per 10 minuti prima dell'imaging. Confermare l'anestesia pizzicando il dito del piede dell'animale senza risposta.
  4. Acquisizione di immagini microPET (350-650 keV, tempo di scansione 10 min) e microCT da 100 μm (80 kVp, 150 μA, proiezione 720, tempo di scansione 1 min) in uno scanner combinato microPET/CT 60 minuti dopo l'iniezione endovenosa di 3,7 MBq di 18F-NaF. Acquisisci le scansioni microCT immediatamente dopo le scansioni microPET.
    NOTA: Il piano dello scanner ha spostato l'animale dalla modalità PET a quella CT mentre l'animale è rimasto sotto anestesia e nella stessa posizione.
  5. Ricostruisci le immagini microPET utilizzando un algoritmo di massimizzazione delle aspettative di sottoinsiemi ordinati in 3D (24 sottoinsiemi e 3 iterazioni), con correzione casuale, attenuazione e decadimento. Ricostruire le immagini CT utilizzando un algoritmo di Feldkamp modificato.
    NOTA: Dopo l'imaging, il topo è stato monitorato fino a quando non ha riacquistato sufficiente coscienza per mantenere la decubito sternale. Alla fine dello studio longitudinale, tutti i topi sono stati soppressi.

2. Importa i file DICOM nel software di visualizzazione DICOM

NOTA: Sebbene questo protocollo rappresentativo utilizzi il software ORS Dragonfly con una licenza non commerciale, la sua flessibilità si estende ad altre opzioni software di visualizzazione DICOM.

  1. Avviare il software del visualizzatore DICOM facendo doppio clic sull'applicazione.
  2. Passa a File nell'angolo in alto a sinistra. Nel menu a discesa, selezionare Importa immagini DICOM... per visualizzare la finestra Gestisci immagini DICOM (File supplementare 1- Figura supplementare S1A).
  3. Nella finestra Gestisci immagini DICOM , fare clic sulla scheda Contenuto cartella . Sul lato destro, selezionare Apri cartella... per scegliere le cartelle contenenti i file DICOM di interesse in uno studio longitudinale (File supplementare 1- Figura supplementare S1B).
  4. Identificare le cartelle contenenti i file DICOM. Fare clic su Seleziona cartella per importare la prima cartella nella finestra Gestisci immagini DICOM (File supplementare 1- Figura supplementare S1C).
  5. Selezionare entrambi i file DICOM PET ("PT") e CT ("CT") nella finestra Gestisci immagini DICOM . Successivamente, fare clic su Visualizza studio sul lato destro per aprire tutte le immagini DICOM importate (File supplementare 1- Figura supplementare S1D).
  6. Ripetere i passaggi 2.4 e 2.5 per ogni cartella contenente immagini DICOM relative allo stesso singolo soggetto nello studio longitudinale.

3. Regolare le impostazioni del visualizzatore DICOM per ottimizzare la visualizzazione delle immagini

  1. Modificare il layout per visualizzare quattro viste (3D, trasversale, coronale, sagittale), come illustrato nel file supplementare 1 - Figura supplementare S2. All'interno del menu a discesa Layout sul lato sinistro, trova Viste (nella scena selezionata) e seleziona un layout che mostri quattro viste.
  2. Rinomina le immagini per indicare i punti temporali e se si tratta di immagini PET o TC. Seleziona il nome dell'immagine e fai doppio clic per rinominare ogni immagine.
  3. Attiva un'immagine accedendo al menu a discesa Proprietà e impostazioni dei dati sul lato destro. Fare clic sull'icona a forma di occhio a sinistra del nome di ogni immagine per attivare o disattivare la visibilità (File supplementare 1 - Figura supplementare S2)
  4. Regola la luminosità e il contrasto su ciascuna immagine CT, individualmente.
    NOTA: La luminosità e l'intervallo di contrasto ottimali della TC possono variare a seconda del soggetto, del protocollo di imaging, dello scanner e dei parametri di ricostruzione25,26; Tuttavia, tutti gli aggiustamenti dovrebbero essere coerenti per un singolo soggetto in uno studio longitudinale.
    1. Selezionare e attivare un'immagine CT facendo clic sul nome dell'immagine in Proprietà e impostazioni dei dati (File supplementare 1- Figura supplementare S2).
    2. Trova l'istogramma all'interno del menu a discesa Livellamento finestra situato nella scheda Principale sul lato sinistro dello schermo del display. Attiva LogY sopra l'istogramma; quindi, procedere a fare clic e far scorrere gli indicatori di intervallo gialli per comprendere completamente il secondo picco nell'istogramma (File supplementare 1- Figura supplementare S3A). Effettuare lievi regolazioni fino a raggiungere la luminosità/contrasto ottimali; fare riferimento alla Figura 2B per un esempio di immagine TC regolata in luminosità/contrasto.
    3. Individuare la casella Intervallo selezionato sotto l'istogramma di livellamento della finestra (File supplementare 1- Figura supplementare S3B). Prendere nota dei valori dell'intervallo selezionato da utilizzare nei passaggi successivi.
    4. Selezionare e attivare una seconda immagine TC (File supplementare 1- Figura supplementare S3C). Inserire i valori dell'intervallo selezionato dalla prima immagine CT nella casella Intervallo selezionato per la seconda immagine CT (File supplementare 1- Figura supplementare S3B-S3D). Ripetere l'operazione per tutte le immagini consecutive.
  5. Perfeziona ogni immagine PET regolando il filtro Tabella di ricerca, individualmente.
    NOTA: L'intervallo ottimale della scala cromatica PET può variare a seconda del soggetto, del protocollo di imaging, dello scanner e dei parametri di ricostruzione27; Tuttavia, tutti gli aggiustamenti dovrebbero essere coerenti per un singolo soggetto in uno studio longitudinale.
    1. Selezionare e attivare un'immagine PET facendo clic sul nome dell'immagine in Proprietà e impostazioni dei dati (File supplementare 1- Figura supplementare S2).
    2. Nel menu a discesa Livellamento finestra nella scheda Principale , individua Tabella di ricerca (LUT) e scorri fino a trovare PET nel menu a discesa LUT e seleziona il filtro PET (File supplementare 1- Figura supplementare S4A).
    3. Ottimizza l'intervallo selezionato utilizzando l'istogramma nel menu a discesa Livellamento finestra per ottenere una visualizzazione ottimale. Attiva LogY sopra l'istogramma; quindi, procedere con il clic e far scorrere gli indicatori di intervallo gialli verso la posizione mostrata nella Figura supplementare S4B (File supplementare 1). Effettuare lievi regolazioni fino a raggiungere l'intervallo selezionato ottimale per la visualizzazione dell'immagine PET; fare riferimento alla Figura 2D per un esempio di immagine PET/CT regolata per l'intervallo selezionato ottimale.
    4. Trova il menu a discesa Intervallo selezionato sotto l'istogramma di livellamento della finestra (File supplementare 1- Figura supplementare S4B). Prendere nota dei valori dell'intervallo selezionati da utilizzare nei passaggi successivi.
    5. Selezionare e attivare una seconda immagine PET (File supplementare 1- Figura S4C). Ripetere il passaggio 3.5.2 per la seconda immagine.
    6. Inserire i valori dell'intervallo selezionato dalla prima immagine PET nella casella Intervallo selezionato per la seconda immagine PET (File supplementare 1- Figura S4B-S4D). Ripetere l'operazione per tutte le immagini consecutive.

figure-protocol-1
Figura 2: Regolazione delle impostazioni del visualizzatore DICOM per ottimizzare la visualizzazione delle immagini. (A,B) Vista coronale delle immagini TC (A) prima e (B) dopo la regolazione del contrasto/luminosità. (C, D) Vista coronale delle immagini PET/TC (C) prima e (D) dopo la regolazione della tabella di ricerca. Abbreviazioni: TC = tomografia computerizzata; PET = tomografia a emissione di positroni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

4. Allineare l'area del torace nelle immagini TC

NOTA: Per semplicità, un'immagine CT fungerà da immagine "base" e non verrà traslata o ruotata. La seconda immagine TC (ed eventualmente le successive immagini seriali) saranno tradotte e/o ruotate per allinearsi con l'immagine base; Questa sarà chiamata immagine "sovrapposta" ai fini della dimostrazione. Durante l'allineamento, è importante distinguere tra l'immagine di base e tutte le altre immagini sovrapposte.

  1. Disattiva tutte le immagini PET e attiva l'immagine CT di base facendo clic sull'icona a forma di occhio a sinistra di ciascun nome di immagine nel menu a discesa Proprietà e impostazioni dati .
  2. Cambia l'opacità dell'immagine CT a ~50%. Fare clic su una delle viste 2D. Sotto la casella Livellamento finestra , trova il menu a discesa Mappatura opacità e fai scorrere la scala di opacità al centro (File supplementare 1- Figura S5).
  3. Attiva l'immagine CT sovrapposta e ripeti il passaggio 4.2.
  4. Modificare il filtro dell'immagine CT sovrapposta per distinguere tra l'immagine TC di base e l'immagine CT sovrapposta. Nell'elenco a discesa Livellamento finestra nella scheda Principale , trova Tabella di ricerca (LUT). Nel menu a discesa LUT, scorri e fai clic sul filtro rosso .
    NOTA: A questo punto dovrebbero essere presenti due immagini CT in ciascuna vista, come illustrato nella Figura S5 (File Supplementare 1).
  5. Utilizzare gli strumenti Trasla/Ruota nelle viste 2D per allineare l'area del torace nell'immagine di sovrapposizione il più vicino possibile a quella dell'immagine di base. Fare riferimento alla gabbia toracica, alla colonna vertebrale superiore e allo sterno come indicatori di allineamento del torace nell'immagine TC.
    NOTA: Le seguenti azioni possono essere eseguite solo nelle viste 2D (Trasversale, Coronale o Sagittale) (File supplementare 1- Figura supplementare S1). Per ottenere il miglior risultato, passa da una vista 2D all'altra e usa gli strumenti di traslazione/rotazione per allineare l'area del torace in ciascuna vista.
    1. Seleziona l'immagine di sovrapposizione nel menu a discesa Proprietà e impostazioni dati e fai clic una volta per selezionare una delle viste 2D.
    2. Trova il menu a discesa Trasla/Ruota nella scheda Principale e fai clic sull'icona Sposta (File supplementare 1- Figura S6A).
    3. Fare clic e trascinare sulla casella di traslazione nell'angolo in basso a sinistra e ruotare il punto di rotazione al centro della vista 2D selezionata per spostare l'immagine di sovrapposizione in modo che si allinei approssimativamente con l'immagine di base (File supplementare 1 - Figura supplementare S6B). Fare riferimento alle strutture ossee per il riferimento dell'allineamento.
    4. Trova lo strumento Traccia nel menu a discesa Manipola e sposta l'asse nell'area del torace facendo clic e trascinando il centro dell'asse. Ingrandisci l'area del torace facendo clic sul pulsante di scorrimento centrale del mouse del computer e trascinando il mouse lontano dallo schermo (File supplementare 1 - Figura supplementare S6C).
  6. Ottimizza l'allineamento per un posizionamento preciso con strutture toraciche come la gabbia toracica, la parte superiore della colonna vertebrale e lo sterno attraverso ulteriori regolazioni di traslazione e rotazione. Passa da una vista 2D all'altra e ripeti i passaggi 4.5.3-4.5.4 fino a quando le due immagini non sono allineate in modo da assomigliare alla Figura 3.
  7. Dopo che le immagini CT di base e la prima sovrapposizione sono state allineate, modificare il filtro dell'immagine CT di sovrapposizione in scala di grigi nel menu a discesa LUT. Ripetere la sezione 4 per tutte le immagini TC sovrapposte dello stesso animale, utilizzando un'immagine di base costante.

figure-protocol-2
Figura 3: Allineamento di tutte le immagini TC. (A,B) Vista coronale delle immagini TC di base (grigio) e sovrapposte (rosso) (A) prima e (B) dopo l'allineamento. (C, D) Vista sagittale delle immagini TC (C) prima e (D) dopo l'allineamento. Le frecce blu indicano la (1) gabbia toracica, (2) la colonna vertebrale e (3) lo sterno. Abbreviazione: CT = tomografia computerizzata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

5. Co-registrare le immagini PET con le immagini CT corrispondenti

NOTA: L'allineamento dell'immagine TC sovrapposta e dell'immagine TC di base comporterà inizialmente un disallineamento dell'immagine TC sovrapposta con la rispettiva immagine PET vista nella Figura 4. L'immagine PET deve essere nuovamente co-registrata con l'immagine CT corrispondente.

  1. Attiva l'immagine CT sovrapposta e la rispettiva immagine PET facendo clic sull'icona a forma di occhio a sinistra del nome di ciascuna immagine.
  2. Modificare l'opacità delle immagini PET e CT a ~50%. Nell'elenco a discesa Livellamento finestra , individuare l'elenco a discesa Mappatura opacità e far scorrere la scala di opacità verso il centro (File supplementare 1 - Figura supplementare S5).
  3. Utilizzare gli strumenti Trasla/Ruota nelle viste 2D per allineare l'immagine PET con l'immagine CT corrispondente, in base alla struttura ossea nell'immagine CT e alla superficie ossea 18F-NaF nell'immagine PET.
    1. Selezionare l'immagine PET corrispondente all'immagine CT sovrapposta nel menu a discesa Proprietà e impostazioni dati e fare clic una volta per selezionare una delle viste 2D.
    2. Trova il menu a discesa Trasla/Ruota nella scheda Principale e fai clic sull'icona Sposta (File supplementare 1 - Figura supplementare S6A).
    3. Fare clic e trascinare sulla casella di traslazione nell'angolo in basso a sinistra e ruotare il punto di rotazione al centro della vista 2D selezionata (File supplementare 1 - Figura supplementare S6B) per spostare l'immagine PET in modo che si registri insieme all'immagine CT.
  4. Ripetere la sezione 5 per tutte le immagini PET e CT sovrapposte che non sono co-registrate con le relative immagini CT.
    NOTA: Se la co-registrazione è completa, le immagini PET/CT corrispondenti devono essere allineate lungo l'intera lunghezza del corpo, come mostrato nella Figura 4.

figure-protocol-3
Figura 4: Allineamento delle immagini PET con l'immagine TC corrispondente. Un'immagine PET rappresentativa e la corrispondente immagine TC (A, C) prima e (B, D) dopo la coregistrazione. Dopo il completamento della co-registrazione, le immagini PET e TC devono essere allineate come dimostrato nel pannello B. Abbreviazioni: TC = tomografia computerizzata; PET = tomografia a emissione di positroni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

6. Identificare la calcificazione cardiovascolare

  1. Identificare il punto temporale con le più grandi regioni calcificate previste nello studio longitudinale (ad esempio, punto temporale di calcificazione tardiva o soggetti pretrattati). Selezionare l'immagine corrispondente a questo punto temporale da utilizzare come immagine di "riferimento", enfatizzando la calcificazione più distintamente visibile. L'immagine scelta fungerà quindi da modello per il confronto con tutte le altre immagini contenenti aree di calcificazione più piccole in diversi punti temporali.
  2. Attiva l'immagine CT di riferimento facendo clic sull'icona a forma di occhio a sinistra dell'immagine. Selezionare lo strumento Traccia nell'elenco a discesa Manipola e spostare il centro dell'asse attorno alla regione cardiaca.
  3. Ingrandisci per trovare le regioni calcificate (piccoli siti luminosi e densi) sovrapposte alla silhouette cardiaca tra la gabbia toracica, lo sterno e la colonna vertebrale (Figura 5). Se le regioni calcificate non sono immediatamente visibili, scorrere i livelli di ciascuna immagine selezionando una vista 2D e scorrendo con il mouse.
  4. Sposta l'asse Traccia per passare il mouse sopra la regione calcificata, garantendone la visibilità in tutte le viste 2D. Per un riferimento visivo delle regioni di calcificazione in un'immagine TC di topo, consultare la Figura 5.
  5. Attiva l'immagine PET corrispondente per convalidare la presenza di calcificazione.
    NOTA: Se le impostazioni dell'immagine PET e la co-registrazione sono state regolate in modo appropriato, l'immagine PET dovrebbe mostrare l'attività intorno alla regione calcificata, come esemplificato nella Figura 5D.

figure-protocol-4
Figura 5: Identificazione delle regioni calcificate nel cuore. Regioni di calcificazione raffigurate in immagini rappresentative (A) sagittale, (B) trasversale e (C) TC coronale, nonché (D) un'immagine PET/TC coronale. Le frecce gialle indicano depositi di calcio. Le frecce blu identificano le strutture di riferimento utilizzate per determinare la posizione della calcificazione. Abbreviazioni: TC = tomografia computerizzata; PET = tomografia a emissione di positroni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

7. Disegna il ROI intorno alle regioni calcificate

  1. Disattivare l'immagine di riferimento PET. Attivare solo l'immagine di riferimento CT facendo clic sull'icona a forma di occhio a sinistra dell'immagine.
  2. Trova il menu a discesa Forme e scegli la forma Sfera (File supplementare 1 - Figura supplementare S7). Regola le dimensioni della sfera facendo clic e trascinando i suoi bordi per modificare le dimensioni. Riposiziona la sfera facendo clic e trascinando il quadrato centrale.
    1. Naviga tra le viste 2D per posizionare con attenzione la sfera. La sfera dovrebbe incapsulare l'intera regione di calcificazione identificata e alcune aree circostanti, ma evitare le ossa circostanti. Per una guida visiva sul disegno ottimale della sfera, fare riferimento alla Figura Supplementare S7 (File Supplementare 1) per il corretto posizionamento della sfera.
  3. Nel menu a discesa Proprietà e impostazioni dei dati , fai clic con il pulsante destro del mouse sul nome della sfera e scegli Aggiungi al ROI... (File supplementare 1 - Figura supplementare S8A), seguito dalla selezione Nuovo ROI (File supplementare 1 - Figura supplementare S8B).
    1. Assegna un nome appropriato al ROI appena creato. In Geometria, selezionare l'immagine CT per la quale deve essere generata una ROI (File supplementare 1 - Figura supplementare S8C).
    2. Attivare la ROI facendo clic sull'icona a forma di occhio a sinistra del nome della ROI e osservare una ROI colorata corrispondente alle dimensioni della sfera disegnata in precedenza, come illustrato nella Figura Supplementare S8D (File Supplementare 1).
  4. Individuare la scheda Segmento a sinistra dello schermo di visualizzazione, accanto alla scheda principale (Figura 6A). La scheda Segmento consente la creazione e la modifica di ROI.
    NOTA: I tre passaggi successivi sono orientati alla creazione di un ROI con una precisione che evidenzia esclusivamente le aree calcificate all'interno della sfera designata.
    1. Seleziona il ROI di riferimento in Proprietà e impostazioni dati e individua il menu a discesa Intervallo nella scheda Segmento . Fare clic per selezionare Definisci intervallo (Figura 6A).
    2. Modificare l'intervallo definito utilizzando la casella Intervallo selezionato (Figura 6A). Assicurarsi che l'intervallo definito incapsula tutti i pixel non calcificati con valori di unità di Hounsfield (HU) inferiori alla soglia di calcio. Questa dimostrazione utilizza una soglia di 300 HU per il calcio e il pixel con densità più bassa in questa immagine è -2.626; pertanto, l'intervallo selezionato è -2.626-300 HU.
    3. Una volta configurato l'intervallo selezionato, fare clic su Rimuovi (Figura 6A) per eliminare tutti i pixel al di sotto della soglia specificata dal ROI della sfera.
      NOTA: Questa azione si traduce in un nuovo ROI che evidenzia esclusivamente le regioni calcificate all'interno della sfera, semplificando l'attenzione per ulteriori analisi. Le ROI completate dovrebbero assomigliare alla ROI illustrata nella Figura 6B.
  5. Ripetere i passaggi 7.3-7.4 per tutte le immagini CT consecutive per creare nuove ROI uniche utilizzando una sfera di riferimento comune. Assegna un nome a ciascun ROI in modo che corrisponda all'identificazione della sua specifica immagine TC, garantendo un'analisi concisa e organizzata.
    NOTA: NON dovrebbe essere necessario creare una nuova sfera per l'analisi del ROI di ogni immagine perché la sfera di riferimento dovrebbe incapsulare la regione calcificata più grande di tutte le immagini, supponendo che l'allineamento sia accurato.

figure-protocol-5
Figura 6: Utilizzo della segmentazione per limitare il ROI alle regioni calcificate. (A) Le frecce guidano attraverso i passaggi necessari per eliminare i dati di densità indesiderati dal ROI. La freccia blu punta alla scheda Segmento ; la freccia gialla evidenzia la funzione Definisci intervallo ; le frecce verdi indicano gli ingressi di gamma selezionati; e la freccia rossa punta al pulsante Rimuovi . (B) Dopo il completamento delle fasi del protocollo 7.4-7.4.3, il ROI dovrebbe delineare in modo specifico le regioni calcificate, come illustrato in questo pannello. Abbreviazione: ROI = regione di interesse. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

8. Quantifica il ROI per ogni immagine

  1. Seleziona il ROI da quantificare nel menu a discesa Proprietà e impostazioni dei dati .
  2. Trova il menu a discesa Proprietà statistiche sul lato destro sotto il menu a discesa Proprietà di base (Figura 7).
  3. Individuare la tabella Set di dati in Proprietà statistiche. Utilizzando il menu a discesa a destra, scegliere il set di dati di imaging appropriato che si correla al ROI da quantificare (Figura 7).
    1. Quando si quantificano i dati CT all'interno della ROI, scegliere il nome dell'immagine CT correlato alla ROI.
    2. Quando quantifichi i dati PET all'interno del ROI, scegli il nome dell'immagine PET che corrisponde al ROI.
  4. Fare clic su Aggiorna per acquisire i valori quantificati della regione calcificata selezionata. Prendere nota dei valori Min, Max e Mean in base alla tabella del set di dati. Utilizzare i valori medi per la quantificazione (Figura 7).
  5. Individuare il calcolo del volume nella parte superiore della casella Proprietà statistiche . Utilizzare questo volume per la quantificazione (Figura 7).
  6. Per i set di dati CT, i valori sono riportati in HU. Calcolare il contenuto volumetrico di calcio (vHU) utilizzando il prodotto del valore medio di ROI (HU) e del volume di ROI (mm3)12.
  7. Per i set di dati PET, i valori sono riportati in Becquerels (Bq), che corrispondono a decadimenti/secondo. Convertire in Bq/mm3 dividendo il valore medio del ROI (Bq) per il volume del ROI (mm3), per la concentrazione di assorbimento del tracciante.

figure-protocol-6
Figura 7: Quantificazione del ROI. La scheda Proprietà statistiche per un ROI selezionato. Le frecce rosse illustrano i passaggi necessari per ottenere informazioni statistiche per un set di dati basato sul ROI. Le caselle rosse identificano il volume e il valore medio dell'unità Hounsfield, essenziali per ulteriori calcoli di analisi. Abbreviazione: ROI = regione di interesse. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Risultati

Metodi di analisi
Questa sezione illustra l'utilizzo corretto attraverso risultati rappresentativi. Qui, mostriamo l'immagine combinata microPET/microCT di un singolo topo scansionato a 15 e 18 mesi di età, dopo essere stato sottoposto a una dieta occidentale (21% di grassi, 0,2% di colesterolo) dai 12 ai 14 mesi di età. Seguendo le sezioni 2-8 del protocollo per la quantificazione della calcificazione, quattro ricercatori indipendenti hanno misurato separatamente il contenuto volumetrico di calcio e ...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Discussione

Questo nuovo protocollo è un approccio migliorato alla quantificazione della calcificazione cardiovascolare. A causa della natura non invasiva dell'imaging, possono essere acquisite immagini microCT longitudinali per seguire la progressione della calcificazione cardiovascolare nei piccoli animali. Sebbene le immagini microCT da sole possano mostrare la progressione del contenuto di calcio, le immagini microPET, quando disponibili, possono fornire ulteriori livelli di informazioni, in par...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Dichiarazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.

Ringraziamenti

Ringraziamo tutti i membri dell'UCLA Crump Preclinical Imaging Technology Center per il loro aiuto nell'acquisizione e nella trasmissione dei dati, nonché nella manutenzione delle apparecchiature e delle infrastrutture. Ringraziamo Jeffrey Collins per il suo aiuto nel funzionamento del ciclotrone e nella sintesi di 18F-NaF. Ringraziamo l'UCLA Statistical Consulting Group per il loro aiuto con l'analisi statistica. Questo lavoro è supportato dal NIH Cancer Center Support Grant (2 P30 CA016042-44 a MT) e dal National Institutes of Health, Heart, Lung, and Blood Institute (HL137647 e HL151391 a YT e LLD). Lo scanner GNEXT PET/CT è stato finanziato dal NIH S10 Shared Instrumentation for Animal Research Grant (1S10OD026917-01A1 a Arion Chatziioannou).

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Siringhe da insulina sterili da 0,5 ccExel International#26028Utilizzato per l'iniezione endovenosa di 18F-NaF PET Tracer
18F-NaF PET TracerCNSI Cyclotron
BiorenderBiorenderUtilizzato per figura 1
Femmina Apoe-/- mouseJackson Laboratories#002052B6.129P2-Apoe tm1Unc/J
GNEXT PET/CTSofie Biosciences, Dulles, Virginia
IsofluranoPiramal Critical CareUtilizzato come anestesia per l'imaging del topo
ORS DragonflyComet Technologies Canada Inc.
DietaIBM
Envigo#TD8813921% di grassi, 0,2% di colesterolo
occidentale

Riferimenti

  1. Rennenberg, R. J. M. W., et al. Vascular calcifications as a marker of increased cardiovascular risk: A meta-analysis. Vasc Health Risk Man. 5, 185-197 (2009).
  2. Budoff, M. J., et al. Long-term prognosis associated with coronary calcification - observations from a registry of 25,253 patients. J Am Coll Cardiol. 49 (18), 1860-1870 (2007).
  3. Polonsky, T. S., et al. Coronary artery calcium score and risk classification for coronary heart disease prediction. JAMA. 303 (16), 1610-1616 (2010).
  4. Gepner, A. D., et al. Comparison of coronary artery calcium presence, carotid plaque presence, and carotid intima-media thickness for cardiovascular disease prediction in the multi-ethnic study of atherosclerosis. Circ Cardiovasc Imaging. 8 (1), e002262(2015).
  5. Pillai, I. C. L., et al. Cardiac fibroblasts adopt osteogenic fates and can be targeted to attenuate pathological heart calcification. Cell Stem Cell. 20 (2), 218-232.e5 (2017).
  6. Mori, H., et al. Coronary artery calcification and its progression: What does it really mean. JACC Cardiovasc Imaging. 11 (1), 127-142 (2018).
  7. Mohan, J., Bhatti, K., Tawney, A., Zeltser, R. StatPearls [Internet]. , Treasure Island (FL). (2023).
  8. Wang, Y., Osborne, M. T., Tung, B., Li, M., Li, Y. Imaging cardiovascular calcification. J Am Heart Assoc. 7 (13), e008564(2018).
  9. Fletcher, A. J., et al. Quantifying microcalcification activity in the thoracic aorta. J Nucl Cardiol. 29 (3), 1372-1385 (2022).
  10. Derlin, T., et al. Feasibility of 18F-sodium fluoride PET/CT for imaging of atherosclerotic plaque. J Nucl Med. 51 (6), 862-865 (2010).
  11. Hsu, J. J., et al. Changes in microarchitecture of atherosclerotic calcification assessed by 18F-NaF PET and CT after a progressive exercise regimen in hyperlipidemic mice. J Nucl Cardiol. 28 (5), 2207-2214 (2021).
  12. Hsu, J. J., et al. Effects of teriparatide on morphology of aortic calcification in aged hyperlipidemic mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 314 (6), H1203-H1213 (2018).
  13. Irkle, A., et al. Identifying active vascular microcalcification by 18F-sodium fluoride positron emission tomography. Nat Commun. 6, 7495(2015).
  14. Syed, M. B. J., Doris, M., Dweck, M., Forsythe, R., Newby, D. E. Chapter 9 - Imaging vascular calcification: Where are we headed. Coronary Calcium: A Comprehensive Understanding of Its Biology, Use in Screening, and Interventional Management. , (2019).
  15. Joshi, N. V., et al. 18F-fluoride positron emission tomography for identification of ruptured and high-risk coronary atherosclerotic plaques: A prospective clinical trial. Lancet. 383 (9918), 705-713 (2014).
  16. Fiz, F., et al. 18F-NaF uptake by atherosclerotic plaque on PET/CT imaging: Inverse correlation between calcification density and mineral metabolic activity. J Nucl Med. 56 (7), 1019-1023 (2015).
  17. Kruithof, B. P., et al. An in vivo map of bone morphogenetic protein 2 post-transcriptional repression in the heart. Genesis. 49 (11), 841-850 (2011).
  18. Sheen, C. R., et al. Pathophysiological role of vascular smooth muscle alkaline phosphatase in medial artery calcification. J Bone Miner Res. 30 (5), 824-836 (2015).
  19. Tsai, M. T., Chen, Y. Y., Chang, W. J., Li, S. Y. Warfarin accelerated vascular calcification and worsened cardiac dysfunction in remnant kidney mice. J Chin Med Assoc. 81 (4), 324-330 (2018).
  20. Wait, J. M., et al. Detection of aortic arch calcification in apolipoprotein e-null mice using carbon nanotube-based micro-ct system. J Am Heart Assoc. 2 (1), e003358(2013).
  21. White, D. J., et al. 19F MAS-NMR and solution chemical characterization of the reactions of fluoride with hydroxyapatite and powdered enamel. Acta Odontol Scand. 46 (6), 375-389 (1988).
  22. Czernin, J., Satyamurthy, N., Schiepers, C. Molecular mechanisms of bone 18F-NaF deposition. J Nucl Med. 51 (12), 1826-1829 (2010).
  23. Chen, N. X., O'neill, K. D., Dominguez, J. M. 2nd, Moe, S. M. Regulation of reactive oxygen species in the pathogenesis of matrix vesicles induced calcification of recipient vascular smooth muscle cells. Vasc Med. 26 (6), 585-594 (2021).
  24. Klose, A. D., Paragas, N. Automated quantification of bioluminescence images. Nat Commun. 9 (1), 4262(2018).
  25. Chen-Mayer, H. H., et al. Standardizing ct lung density measure across scanner manufacturers. Med Phys. 44 (3), 974-985 (2017).
  26. Coxson, H. O. Sources of variation in quantitative computed tomography of the lung. J Thorac Imaging. 28 (5), 272-279 (2013).
  27. Rogasch, J. M. M., et al. Influences on pet quantification and interpretation. Diagnostics (Basel). 12 (2), 451(2022).
  28. Liljequist, D., Elfving, B., Skavberg Roaldsen, K. Intraclass correlation - a discussion and demonstration of basic features. PLoS One. 14 (7), e0219854(2019).
  29. Koo, T. K., Li, M. Y. A guideline of selecting and reporting intraclass correlation coefficients for reliability research. J Chiropr Med. 15 (2), 155-163 (2016).
  30. Moss, A. J., et al. Molecular coronary plaque imaging using (18)f-fluoride. Circ Cardiovasc Imaging. 12 (18), e008574(2019).
  31. Moss, A., et al. Coronary atherosclerotic plaque activity and future coronary events. JAMA Cardiol. 8 (8), 755-764 (2023).
  32. Badea, C., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. Micro-ct with respiratory and cardiac gating. Med Phys. 31 (12), 3324-3329 (2004).
  33. Yang, Y., Rendig, S., Siegel, S., Newport, D. F., Cherry, S. R. Cardiac pet imaging in mice with simultaneous cardiac and respiratory gating. Phys Med Biol. 50 (13), 2979-2989 (2005).
  34. Liao, W., Deserno, T. M., Spitzer, K. Evaluation of free non-diagnostic dicom software tools. Proc Spie. 6919, (2008).
  35. Haak, D., Page, C. E., Deserno, T. M. A survey of dicom viewer software to integrate clinical research and medical imaging. J Digit Imaging. 29 (2), 206-215 (2016).
  36. Aiello, M., et al. How does dicom support big data management? Investigating its use in medical imaging community. Insights Imaging. 12 (1), 164(2021).
  37. Kristanto, W., Van Ooijen, P. M., Groen, J. M., Vliegenthart, R., Oudkerk, M. Small calcified coronary atherosclerotic plaque simulation model: Minimal size and attenuation detectable by 64-MDCT and microCT. Int J Cardiovasc Imaging. 28 (4), 843-853 (2012).
  38. Dehmeshki, J., et al. Volumetric quantification of atherosclerotic plaque in ct considering partial volume effect. IEEE Trans Med Imaging. 26 (3), 273-282 (2007).
  39. Demer, L. L., Tintut, Y., Nguyen, K. L., Hsiai, T., Lee, J. T. Rigor and reproducibility in analysis of vascular calcification. Circ Res. 120 (8), 1240-1242 (2017).
  40. Alluri, K., et al. Scoring of coronary artery calcium scans: History, assumptions, current limitations, and future directions. Atherosclerosis. 239 (1), 109-117 (2015).
  41. Zhang, L., et al. Advances in CT techniques in vascular calcification. Front Cardiovasc Med. 8, 716822(2021).
  42. Achenbach, S., Raggi, P. Imaging of coronary atherosclerosis by computed tomography. Eur Heart J. 31 (12), 1442-1448 (2010).
  43. Agatston, A. S., et al. Quantification of coronary artery calcium using ultrafast computed tomography. J Am Coll Cardiol. 15 (4), 827-832 (1990).

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Ristampe e permessi

Esplora altri articoli

Imaging MicroPETImaging MicroCTImaging LongitudinaleQuantificazione della CalcificazioneRegione di InteresseAllineamento delle ImmaginiCalcificazione VascolareImaging di Piccoli AnimaliImaging Non Invasivo
Nuovo protocollo di quantificazione per la progressione della calcificazione cardiovascolare utilizzando immagini longitudinali MicroPET/MicroCT
Contattaci
Consiglia alla biblioteca

Privacy

Termini di utilizzo

Politiche

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Tutti i diritti riservati.