Name: Nuovo protocollo di quantificazione per la progressione della calcificazione cardiovascolare utilizzando immagini longitudinali MicroPET/MicroCT (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-11-15T12:40:00.000+00:00
Duration: 8 min 2 s
Description: Scopri un nuovo protocollo per quantificare la calcificazione cardiovascolare con immagini microPET/CT longitudinali in modelli animali. Questo metodo migliora la precisione nelle fasi iniziali della malattia.

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<meta charset="utf8"></head><body>Quantificazione longitudinale della calcificazione cardiovascolare mediante imaging PET/CT

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<li>Hsu, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+microarchitecture+of+atherosclerotic+calcification+assessed+by+18F-NaF+PET+and+CT+after+a+progressive+exercise+regimen+in+hyperlipidemic+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J+Nucl+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Changes in microarchitecture of atherosclerotic calcification assessed by 18F-NaF PET and CT after a progressive exercise regimen in hyperlipidemic mice.</a> J Nucl Cardiol. 28 (5), 2207-2214 (2021).</li>
<li>Hsu, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+teriparatide+on+morphology+of+aortic+calcification+in+aged+hyperlipidemic+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Physiol+Heart+Circ+Physiol%22%5BJournal%5D)">Effects of teriparatide on morphology of aortic calcification in aged hyperlipidemic mice.</a> Am J Physiol Heart Circ Physiol. 314 (6), H1203-H1213 (2018).</li>
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<li>Joshi, N. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((18F-fluoride+positron+emission+tomography+for+identification+of+ruptured+and+high-risk+coronary+atherosclerotic+plaques%3A+A+prospective+clinical+trial%5BTitle%5D)+AND+%22Lancet%22%5BJournal%5D)">18F-fluoride positron emission tomography for identification of ruptured and high-risk coronary atherosclerotic plaques: A prospective clinical trial.</a> Lancet. 383 (9918), 705-713 (2014).</li>
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<li>Agatston, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+coronary+artery+calcium+using+ultrafast+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Coll+Cardiol%22%5BJournal%5D)">Quantification of coronary artery calcium using ultrafast computed tomography.</a> J Am Coll Cardiol. 15 (4), 827-832 (1990).</li>
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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.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66805/66805fig01.jpg"> 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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66805/66805fig01large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

<table><tbody><tr><td>Siringhe da insulina sterili da 0,5 cc</td><td>Exel International</td><td>#26028</td><td>Utilizzato per l'iniezione endovenosa di 18F-NaF PET Tracer</td></tr><tr><td>18F-NaF PET Tracer</td><td>CNSI Cyclotron</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Biorender</td><td>Biorender</td><td></td><td>Utilizzato per figura 1</td></tr><tr><td>Femmina Apoe-/- mouse</td><td>Jackson Laboratories</td><td>#002052</td><td>B6.129P2-Apoe tm1Unc/J</td></tr><tr><td>GNEXT PET/CT</td><td>Sofie Biosciences, Dulles, Virginia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isoflurano</td><td>Piramal Critical Care</td><td></td><td>Utilizzato come anestesia per l'imaging del topo</td></tr><tr><td>ORS Dragonfly</td><td>Comet Technologies Canada Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dieta</td> occidentale <td>IBM</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Envigo</td><td>#TD88139</td><td>21% di grassi, 0,2% di colesterolo</td></tr></tbody></table>

nuovo protocollo di quantificazione per la progressione della calcificazione cardiovascolare utilizzando immagini longitudinali micropet/microct

Novel Quantification Protocol for Cardiovascular Calcification Progression Using Longitudinal MicroPET/MicroCT Images

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 l'attività PET di 18F-NaF utilizzando le stesse immagini microPET/microCT rappresentative ottenute nei punti temporali di 15 e 18 mesi. Sono state calcolate analisi statistiche, tra cui la media, la deviazione standard, il coefficiente di correlazione intraclasse (ICC)28,29, per determinare l'affidabilità e la riproducibilità del protocollo tra i valutatori. Le stime ICC e i loro intervalli di confidenza al 95% sono stati calcolati utilizzando il pacchetto statistico IBM SPSS basato su un modello di effetti casuali a 2 vie (ICC(C,1)) (Supplemental File 1-Supplemental Table S1).
Risultati Il contenuto volumetrico di calcio, che deriva dal volume e dalla densità della regione calcificata, è aumentato in un topo tra i punti temporali dell'immagine a 15 mesi (media = 876,08 vHU, deviazione standard = 27,18 vHU) e a 18 mesi (media = 1253,13 vHU, deviazione standard = 7,61 vHU) (Figura 8). Al contrario, l'attività PET di 18F-NaF, che misura l'area superficiale della regione calcificata, è diminuita nello stesso topo tra i punti temporali dell'immagine di 15 mesi (media = 24173,90 Bq/mm3, deviazione standard = 1426,60 Bq/mm3) e 18 mesi (media = 13849,94 Bq/mm3, deviazione standard = 1524,67 Bq/mm3) (Figura 8).
Questi risultati sono coerenti con i risultati precedenti secondo cui l'imaging PET e TC 18F-NaF fornisce quelle che sembrano essere informazioni divergenti sulle placche aterosclerotiche 12,13,14. Uno studio longitudinale sulla calcificazione ha mostrato una tendenza simile, suggerendo che la riduzione del segnale 18F-NaF può essere dovuta alla coalescenza di piccoli depositi di calcio, che in ultima analisi diminuiscono l'area superficiale nonostante un aumento del contenuto12.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66805/66805fig08.jpg"> Figura 8: Immagini microPET/CT rappresentative. Le viste trasversali (a sinistra), coronali (al centro) e sagittali (a destra) illustrano l'assorbimento del fluoruro-18 (F-18) in immagini microPET rappresentative a 15 mesi rispetto a 18 mesi. Le punte di freccia bianche indicano le regioni di calcificazione. Abbreviazioni: TC = tomografia computerizzata; PET = tomografia a emissione di positroni. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66805/66805fig08large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Le piccole deviazioni standard osservate nei nostri risultati suggeriscono un alto grado di accordo e coerenza tra le misurazioni ottenute da diversi ricercatori. Inoltre, il valore ICC(C,1) di 0,997 con intervallo di confidenza del 95% = 0,983-1,000 ottenuto nel nostro studio (Supplemental File 1-Supplemental Table S1) indica un eccellente accordo tra le misurazioni effettuate da diversi ricercatori. Questo livello di accordo suggerisce che le misurazioni sono affidabili e coerenti tra i ricercatori, indicando l'elevata riproducibilità di questo nuovo protocollo di quantificazione.

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

Micro positron emission tomography (PET) and micro computed tomography (CT) imaging are powerful, ideal research tools for following the progression of ...

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Questo metodo delinea l'uso della tomografia micro-computerizzata quantistica (MicroCT) per valutare la morfologia cardiaca, la funzione, la perfusione, il metabolismo e la vitalità con l'agente di contrasto iodato nei topi con ischemia miocardica indotta sperimentalmente. La tecnica può essere applicata per l'imaging longitudinale in vivo non distruttivo ad alto rendimento di vari modelli animali di cardiopatia umana.

In Vivo quantitativa valutazione della struttura del miocardio, la funzione, la perfusione e sostenibilità Utilizzando cardiaca micro-tomografia computerizzata

La calcificazione vascolare è un importante predittore e contribuisce alle malattie cardiovascolari umane. Questo protocollo descrive i metodi per indurre la calcificazione delle cellule muscolari lisce vascolari primarie in coltura e per quantificare la calcificazione e il carico di macrofagi nelle aorte animali utilizzando l'imaging a fluorescenza nel vicino infrarosso.

Calcificazione vascolare cellule muscolari lisce e imaging di aortica calcificazioni e infiammazione

Qui, presentiamo un protocollo identificare sistematicamente e in modo affidabile la calcificazione dell'arteria coronaria (CAC) sulle esplorazioni di tomografia computata non-gated (CT) del torace o dell'addome. CAC fornisce una misura oggettiva di malattia dell'arteria coronaria per scopi clinici sia la ricerca.

Identificazione di calcificazione dell'arteria coronaria su Non-gated scansioni con tomografia computerizzata

Qui, presentiamo un protocollo per ottenere immagini di micro tomografia computerizzata ad alta risoluzione di cuori interi di mammiferi sani e patologici con miglioramento del contrasto selettivo del collagene.

Tecniche di preparazione dei tessuti per l'imaging micromografico computerizzato con contrasto di modelli cardiaci di mammiferi di grandi dimensioni con malattia cronica

È necessario determinare quali lesioni aterosclerotiche progrediranno nella vascolarizzazione coronarica per guidare l'intervento prima che si verifichi l'infarto miocardico. Questo articolo delinea la modellazione biomeccanica delle arterie dalla tomografia a coerenza ottica utilizzando tecniche di interazione fluido-struttura in un risolutore commerciale agli elementi finiti per aiutare a prevedere questa progressione.

Tomografia a coerenza ottica basata sull'analisi dell'interazione fluido-struttura biomeccanica della progressione dell'aterosclerosi coronarica

Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morte in tutto il mondo. La calcificazione vascolare contribuisce in modo sostanziale al carico di morbilità e mortalità cardiovascolare. Questo protocollo descrive un metodo semplice per quantificare la precipitazione di calcio mediata da cellule muscolari lisce vascolari in vitro mediante imaging fluorescente.

Un metodo semi-automatico e riproducibile a base biologica per quantificare la deposizione di calcio in vitro

Qui, presentiamo un protocollo sperimentale di imaging per la quantificazione della funzione cardiaca e della morfologia utilizzando la tomografia ad emissione di positroni ad alta risoluzione / tomografia computerizzata per piccoli animali. Vengono considerati sia i topi che i ratti, discutendo i diversi requisiti degli agenti di contrasto della tomografia computerizzata per le due specie.

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

Questo video mostra l'uso di un nuovo strumento grafico per misurare il punteggio del calcio ponderato spazialmente (SWCS), un'alternativa al punteggio di Agatston, per quantificare la calcificazione delle arterie coronarie. Lo strumento grafico calcola SWCS in base ai dati delle immagini provenienti dalla tomografia computerizzata cardiaca gated e dai percorsi definiti dall'utente delle arterie coronarie.

Strumento grafico semiautomatico per la misurazione del punteggio di calcio ponderato spazialmente dell'arteria coronaria da immagini di tomografia computerizzata cardiaca gated

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.

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

Presentiamo un metodo per analizzare una regione di interesse (ROI) definita dall'utente in un modello longitudinale in vivo di difetto radiale di ratto. Questo metodo consente l'analisi comparativa tra diversi scaffold precedentemente limitati da variazioni nel campo visivo della scansione con tomografia microcomputerizzata (μCT), nell'orientamento del campione e nella presenza basale di scaffold.

Analisi delle immagini con tomografia computerizzata longitudinale per regioni di interesse definite dall'utente in difetti ossei di dimensioni critiche

Scopri un nuovo protocollo per quantificare la calcificazione cardiovascolare con immagini microPET/CT longitudinali in modelli animali. Questo metodo migliora la precisione nelle fasi iniziali della malattia.

Nuovo protocollo di quantificazione per la progressione della calcificazione cardiovascolare utilizzando immagini longitudinali MicroPET/MicroCT (Video) | JoVE Journal

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

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