Tomografia cardiaca ad emissione di positroni ad alta risoluzione/tomografia computerizzata per piccoli animali

Il protocollo PET/CT cardiaco presentato è utile per ottenere informazioni funzionali e morfologiche in una varietà di piccoli modelli animali di malattia cardiaca. I vantaggi dell'imaging PET/TC rispetto ad altre modalità di imaging preclinico includono, ma non sono limitati a, alta sensibilità e risoluzione temporale spaziale molto elevata, nonché robustezza in quanto non richiede il posizionamento manuale delle sonde da parte degli operatori. Uno dei principali modelli di malattia che possono essere studiati con questo protocollo è l'infarto miocardico.

Tuttavia, altre malattie cardiometaboliche e anche la risposta alla terapia possono essere studiate. Ad esempio, il nostro gruppo è interessato al ruolo dell'obesità e del diabete sul metabolismo e sulla funzione cardiaca. I passaggi inclusi in questo protocollo possono essere facilmente seguiti da utenti senza esperienza.

Tuttavia, alcuni passaggi come le incannulazioni della vena caudale e il prelievo di sangue possono richiedere un po 'di formazione ed esperienza per essere eseguiti in modo riproducibile. A dimostrare la procedura saranno Federica La Rosa, assegnista di ricerca del nostro laboratorio, Federico Granziera, dottorando della Scuola Superiore Sant'Anna, e Domiziana Terlizzi, medico veterinario della Fondazione Toscana Gabriele Monasterio. Per iniziare, posizionare il mouse in posizione supina prima sul letto scanner del tomografo PET/CT mettendo il naso nella maschera nasale per l'anestesia e bloccando delicatamente la testa della maschera con nastro adesivo.

Fissare gli arti superiori e inferiori sul letto dello scanner per prevenire movimenti involontari durante le procedure di imaging che possono portare a artefatti di movimento. Monitorare la temperatura corporea utilizzando una sonda rettale e la frequenza respiratoria utilizzando un cuscino respiratorio. Per i topi, prelevare da 100 a 150 microlitri di 10 megabecquerel fluoro-18 FDG usando una siringa da insulina.

Se la concentrazione originale del tracciante nella fiala è elevata, diluire il tracciante con soluzione salina a una concentrazione compresa tra 50 e 100 megabecquerel per millilitro. Utilizzare il calibratore della dose in PET per misurare l'attività effettiva nella siringa. Annotare l'attività di pre-iniezione e il tempo di misurazione poiché questi valori verranno utilizzati in seguito utilizzando moduli di input specifici dell'interfaccia utente grafica dello scanner PET.

Se si utilizza iomeprol, impostare la velocità di iniezione su 10 millilitri all'ora e il volume su 0,5 millilitri. Collegare la siringa alla pompa della siringa e impostare la pompa per le dimensioni e il diametro effettivi della siringa, quindi collegare la siringa al tubo e all'ago CA e preriempire il tubo con il CA. Impostare la velocità di iniezione a 10 millilitri all'ora, limitando il volume di iniezione a 0,5 millilitri. Per l'iniezione di iomeprol, utilizzare una pompa a siringa che consenta un'iniezione lenta a velocità costante, con una velocità di iniezione già impostata di 10 millilitri all'ora.

Limitando il volume di iniezione a 0,5 millilitri, interrompere l'iniezione dopo tre minuti. Dopo essersi assicurati che il tubo e l'ago siano preriempiti con CA, collegare l'ago collegato al tubo CA alla cannula della vena caudale. Iniziare l'iniezione.

Chiudere il coperchio dello scanner e prepararsi per la scansione Cine-CT. Premere il pulsante Continua sull'interfaccia utente del tomografo dopo 60 secondi dall'inizio dell'iniezione in modo da avviare l'acquisizione Cine-CT. L'iniezione di CA si interromperà all'incirca contemporaneamente al completamento della scansione Cine-CT.

Aprire le immagini DICOM della scansione PET dinamica. Seleziona il modulo plugin del cuore. Ingrandisci l'immagine del cuore del mouse o del ratto e seleziona l'ultimo intervallo di tempo o la somma degli ultimi tre-cinque intervalli di tempo per i quali la maggior parte dell'attività del pool sanguigno è già stata lavata.

Segui le istruzioni sullo schermo per riorientare l'immagine lungo l'asse principale del cuore dell'animale. Fallo in modo interattivo spostando i marcatori visualizzati per la base cardiaca e l'apice. Quindi, seleziona lo strumento Segmentazione.

Se il risultato della segmentazione automatica non è accettabile, perfezionare la forma del miocardio segmentato o della cavità del ventricolo sinistro abilitando la ricerca ROI in modalità manuale disabilitata. Nello strumento di modellazione, selezionare il modello cinetico appropriato o l'analisi PET dinamica. In questo caso, selezionare grafico e quindi Patlak per consentire l'analisi del grafico Patlak per calcolare il tasso metabolico di assorbimento del glucosio per ciascun settore cardiaco.

Quindi, nello strumento mappa polare, selezionare il numero corretto di segmenti cardiaci visualizzati. In questo caso, selezionare 17 segmenti. Ora, premere il pulsante Fit per eseguire la procedura di fitting dell'analisi Patlak.

Al termine della procedura di montaggio, osservare la mappa polare visualizzata dei valori KI. Caricare le immagini DICOM della scansione Cine-CT nel software. Quindi aprire il set di dati dinamico con il visualizzatore 4D integrato.

E utilizzando la riforma multiplayer 3D o lo strumento MPR, riorientare i dati dell'immagine lungo l'asse corto. Esporta i dati riorientati in DICOM, assicurandoti che tutti i dati 4D vengano esportati con spessore della sezione conservato e profondità di bit dell'immagine di 16 bit per voxel. Apri le immagini MPR 4D esportate utilizzando il visualizzatore 4D, quindi seleziona un intervallo di tempo corrispondente alla diastole finale e sfoglia tutti gli intervalli di tempo con il cursore temporale sulla barra degli strumenti principale per assicurarti che sia selezionata la fase cardiaca corretta.

In questo lasso di tempo, selezionare lo strumento di annotazione poligono chiuso e delineare manualmente la parete endocardica del ventricolo sinistro. Fai lo stesso per 10-20 fette dalla base all'apice assicurandoti che tutti i ROI abbiano lo stesso nome. Successivamente, nel menu ROI, selezionare il volume ROI, quindi generare i ROI mancanti per generare i ROI su tutte le sezioni dell'asse corto mediante interpolazione dei ROI disegnati manualmente.

Quindi seleziona Volume ROI, seguito da Volume di calcolo per calcolare il volume del gruppo ROI con lo stesso nome ROI. Quindi, sfogliare gli intervalli di tempo, selezionare una fase corrispondente alla sistole finale e calcolare il volume del gruppo ROI con lo stesso nome ROI dimostrato. Infine, calcola il volume del tratto e la frazione di espulsione usando l'equazione descritta nel manoscritto.

I risultati della segmentazione automatica della cavità miocardica e ventricolare sinistra di un topo CD1 di controllo sono mostrati qui. Anche in soggetti sani, valori ricostruiti più bassi intorno all'apice sono comunemente osservati nella PET. L'analisi grafica di Patlak ha dimostrato un esempio del KI regionale, del grafico a dispersione e dell'analisi di regressione lineare, e i valori della pendenza e dell'intercetta dell'adattamento lineare eseguiti su ciascun segmento insieme al corrispondente coefficiente di determinazione.

Nel ratto sano, diverse forme e dimensioni del ventricolo sinistro sono mostrate per le fasi end-diastolica e end-sistolica. Con la ricostruzione 3D del volume segmentato del ventricolo sinistro, il calcolo dei volumi ha portato a un volume diastolico finale di 0,361 millilitri e un volume sistolico finale di 0,038 millilitri. Un rendering volumetrico dello stesso cuore di ratto per l'end-diastole e l'end-systole consente di rappresentare le camere e i vasi potenziati dallo iodio in modo che il loro valore sia più qualitativo che quantitativo.

Mantenere il livello di anestesia e spesso controllare i parametri fisiologici dell'animale durante lo studio. Inoltre, deve essere effettuato un controllo iniziale della pervietà dell'incannulamento per evitare iniezioni infruttuose. A causa della natura non invasiva di questo studio, l'animale può essere recuperato dopo la procedura e il decadimento del tracciante radioattivo in modo che virtualmente possa essere applicato qualsiasi altro metodo di indagine.

Altrimenti, se l'animale sta per essere eutanasia dopo l'imaging PET / CT, possono essere eseguite tutte le analisi standard ex vivo sui tessuti eccitati.