Gating cardiaco retrospettivo con un prototipo di tomografo computerizzato a raggi X per piccoli animali

Richard Taschereau; Arion F. Chatziioannou; Shili Xu

doi:10.3791/67803

Articolo metodologico

Gating cardiaco retrospettivo con un prototipo di tomografo computerizzato a raggi X per piccoli animali

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DOI:

10.3791/67803

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21 febbraio 2025

Richard Taschereau¹^,² , Arion F. Chatziioannou¹^,²^,³ , Shili Xu¹^,²^,³

¹Department of Molecular and Medical Pharmacology, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, ²Crump Institute for Molecular Imaging, University of California, Los Angeles, ³Jonsson Comprehensive Cancer Center, University of California, Los Angeles

In questo articolo

Sommario

Forniamo una descrizione completa del metodo di gating cardiaco retrospettivo intrinseco del CrumpCAT, un prototipo di scanner per tomografia computerizzata (TC) a raggi X per piccoli animali progettato e costruito presso il nostro istituto di ricerca.

Abstract

Il CrumpCAT è un prototipo di scanner per tomografia computerizzata (CT) a raggi X per piccoli animali sviluppato presso il nostro istituto di ricerca. Il rivelatore CMOS con un frame rate massimo di 29 Hz e sorgenti di raggi X al tungsteno simili con energie comprese tra 50 kVp e 80 kVp sono ampiamente utilizzati negli strumenti CT a raggi X preclinici disponibili in commercio. Ciò rende il lavoro descritto molto rilevante per altre istituzioni, nonostante la saggezza generalmente percepita che questi rilevatori non siano adatti per controllare l'alta frequenza cardiaca dei topi (~600 battiti/min). Lo scanner è dotato di imaging a media (200 μm) e alta risoluzione (125 μm), fluoroscopia, gating respiratorio retrospettivo e gating cardiaco retrospettivo, con ricostruzione iterativa o filtrata dell'immagine a proiezione. Tra queste caratteristiche, il gating cardiaco è la funzione più utile per studiare le funzioni cardiache in vivo, in quanto elimina efficacemente la sfocatura dell'immagine causata dal movimento respiratorio e cardiaco.

Qui, descriviamo il nostro metodo per l'imaging TC cardioscopico retrospettivo intrinseco preclinico, volto a far progredire la ricerca sulla funzione cardiaca in vivo e sull'analisi della struttura. Il metodo del gating cardiaco acquisisce un gran numero di proiezioni al più breve tempo di esposizione pratico (~20 ms) e quindi estrae retrospettivamente i segnali respiratori e cardiaci dai cambiamenti temporali nelle sequenze di proiezione grezze. Questi segnali vengono utilizzati per respingere le proiezioni appartenenti alla fase di inspirazione ad alta velocità di movimento del ciclo respiratorio e per dividere le proiezioni rimanenti in 12 gruppi, ciascuno corrispondente a una fase del ciclo cardiaco. Ogni gruppo viene ricostruito in modo indipendente utilizzando un metodo iterativo per produrre un'immagine volumetrica per ogni fase cardiaca, ottenendo un set di dati quadridimensionale (4D).

Queste immagini di fase possono essere analizzate collettivamente o individualmente, consentendo una valutazione dettagliata della funzione cardiaca. Abbiamo dimostrato l'efficacia di entrambi gli approcci della funzione di gating cardiaco dello scanner prototipo attraverso risultati di imaging in vivo rappresentativi.

Introduzione

La ricerca sui piccoli animali impiega spesso una combinazione di modalità di imaging non invasive, con la tomografia computerizzata a raggi X (TC), che è una scelta importante grazie alla sua maturità, economicità, velocità ^1,2 e capacità di fornire informazioni complementari insieme ad altre modalità come la tomografia a emissione di positroni (PET)^2,3 e la tomografia computerizzata a emissione di fotoni singoli (SPECT)^2,4. Tuttavia, come altre tecniche di im....