Name: Gating cardiaco retrospettivo con un prototipo di tomografo computerizzato a raggi X per piccoli animali (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-02-21T14:10:00.000+00:00
Duration: 5 min 32 s
Description: Impara la tecnica di gating cardiaco retrospettivo per la tomografia computerizzata a raggi X su piccoli animali utilizzando il prototipo CrumpCAT. Questo metodo software migliora il rapporto segnale-rumore e permette la quantificazione del volume del ventricolo sinistro nel ciclo cardiaco.

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I protocolli sperimentali sugli animali sono stati esaminati e approvati dall'Institutional Animal Care and Use Committee dell'Università della California, Los Angeles (UCLA). In questo protocollo sono stati utilizzati topi C57BL/6J (8 settimane di età, maschi, 24-26 g). Lo scanner TC utilizzato in questo studio è il CrumpCAT (Figura 2), un prototipo sviluppato presso il nostro istituto di ricerca per la ricerca preclinica, che ci fornisce il controllo e la flessibilità necessari per ottimizzare i protocolli di acquisizione e ricostruzione. Il metodo presuppone che i topi anestetizzati abbiano una frequenza cardiaca non superiore a 600 battiti/min e una frequenza respiratoria compresa tra 20 e 180 respiri/min15.
1. Impostazioni dell'attrezzatura
<ol>
	<li>Far funzionare la sorgente di raggi X a una tensione di picco di 50 kVp con corrente continua di 200 μA.</li>
	<li>Impostare il pixel binning della telecamera a raggi X su 2 e il tempo di esposizione sul valore pratico più breve (20 ms di tempo di esposizione più 14 ms di lettura per un tempo di campionamento totale di 34 ms). NOTA: l'opzione no-binning (binning 1) ha un frame rate più lento e, pertanto, non può essere utilizzata per le acquisizioni gated. Il frame rate massimo è di circa 30 fotogrammi/s.</li>
</ol>
2. Preparazione degli animali
<ol>
	<li>Anestetizzare i topi con una miscela di ossigeno e gas isoflurano al 2,0% di concentrazione.</li>
	<li>Tenere gli animali sotto anestesia per 10 minuti prima della TAC, per garantire che i segni vitali siano stabili e che gli animali siano rilassati per evitare qualsiasi movimento del corpo durante la scansione. Giudica la profondità dell'anestesia di un topo dalla mancanza del riflesso di pizzicamento delle dita dei piedi quando pizzichi saldamente la fettuccia tra le dita dei piedi con un'unghia.</li>
	<li>Affinché l'imaging cardiaco dipendente possa visualizzare le camere cardiache, iniettare per via endovenosa 100 μL di mezzo di contrasto CT attraverso la vena caudale immediatamente prima dell'imaging TC (Figura 3A).</li>
	<li>Posizionare il topo anestetizzato all'interno della camera di imaging TC (Figura 3B).</li>
</ol>
3. Acquisizione dati
<ol>
	<li>Accendi il software CrumpCAT.</li>
	<li>Imaging TC non gated ad alta risoluzione (125 μm, binning 1) (Figura 4A)<ol>
		<li>Immettere un ID studio nell'interfaccia utente.</li>
		<li>Selezionare Mouse Hi-Res nel menu a discesa Protocollo .</li>
		<li>Fare clic sul pulsante Scansione nell'interfaccia utente per acquisire 720 proiezioni con un tempo di esposizione di 80 ms/proiezione.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Imaging TC non gated con risoluzione media (200 μm, binning 2) (Figura 4B)<ol>
		<li>Immettere un ID studio nell'interfaccia utente.</li>
		<li>Selezionare Mouse Standard nel menu a discesa Protocollo .</li>
		<li>Fare clic sul pulsante Scansione sull'interfaccia utente per acquisire 720 proiezioni con un tempo di esposizione di 100 ms/proiezione.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Imaging TC con gate (200 μm, binning 2) (Figura 4C)<ol>
		<li>Immettere un ID studio nell'interfaccia utente.</li>
		<li>Selezionare Cardiac Gating nel menu a discesa Protocollo .</li>
		<li>Fare clic sul pulsante Scansione nell'interfaccia utente e acquisire 21.600 proiezioni con un tempo di esposizione di 20 ms/proiezione.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Pretrattamento dei dati
NOTA: le fasi di pre-elaborazione sono necessarie solo per le acquisizioni controllate. Tutti questi passaggi vengono eseguiti automaticamente dal software di ricostruzione e non è richiesto l'intervento dell'operatore.
<ol>
	<li>Estrazione del segnale<ol>
		<li>Per la co-registrazione del modello del torace, lasciare che una piccola immagine (modello) che rappresenti grossolanamente un torace di topo con le costole, il cuore, i polmoni e il fegato venga automaticamente co-registrata alla prima proiezione a raggi X, massimizzando l'informazione reciproca12 tra la proiezione e il modello (Figura 5). NOTA: sul modello vengono eseguite solo le operazioni di traduzione e il modello co-registrato viene utilizzato per identificare le regioni di interesse (ROI) su tutte le proiezioni.</li>
		<li>Per l'estrazione del segnale respiratorio, lasciare che una ROI rettangolare (ROI-1) sia designata nel modello per rappresentare il diaframma e il segnale respiratorio da generare sommando le intensità dei pixel all'interno della ROI-1 per ciascuna proiezione (Figura 5).</li>
		<li>Per l'estrazione del segnale cardiaco, si lasci designare una seconda ROI rettangolare (ROI-2) nel modello vicino al cuore e il segnale cardiaco generato sommando le intensità dei pixel in ROI-2 per ciascuna proiezione (Figura 5). NOTA: Il modello del torace viene co-registrato solo alla prima proiezione per identificare quali righe e colonne dell'immagine (finestra) devono essere utilizzate per l'estrazione del segnale. Quella finestra è abbastanza ampia da comprendere tutte le sporgenze purché l'animale sia ragionevolmente centrato, come nel caso di quando si utilizza la nostra cucciaper animali 16.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Filtro passa-banda<ol>
		<li>Consentire la generazione di un filtro passa-banda combinando due funzioni Sinc con diverse frequenze di taglio nel dominio temporale17, che corrispondono ai filtri passa-basso nel dominio della frequenza, come descritto di seguito.</li>
		<li>Lasciare che il software applichi il filtro passa-banda sul segnale cardiaco utilizzando una banda di frequenza di [300, 600] min-1 (Figura 6A). NOTA: Il segnale cardiaco non filtrato (Figura 6B) contiene ancora un contributo significativo del movimento respiratorio.</li>
		<li>Allo stesso modo, filtrare il segnale respiratorio utilizzando una banda di frequenza di [20, 300] min-1. Le armoniche più alte vengono preservate per produrre un segnale che non sia semplicemente sinusoidale e identifichi più chiaramente le due fasi principali: inspirazione ed espirazione. NOTA: A questo punto, sia i segnali respiratori che quelli cardiaci possono essere facilmente interpolati e considerati funzioni continue del tempo ai fini del calcolo del numero di fase frazionario.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Assegnazione delle fasi<ol>
		<li>Lascia che il software identifichi l'inizio di ogni ciclo (respiratorio o cardiaco) trovando gli zero-crossing della derivata prima del segnale. Ogni passaggio per lo zero corrisponde a un massimo nel segnale e segna l'inizio di un nuovo ciclo e la fine di quello precedente. Per un esempio, vedere il segnale respiratorio nella Figura 7.</li>
		<li>Consentire l'assegnazione di un valore di fase frazionario (compreso tra 0 e 1) a ciascuna proiezione per ciascuno dei due segnali (respiratorio o cardiaco). NOTA: Per definizione, il punto iniziale ha un valore di fase frazionario pari a zero (per il ciclo corrente) o uno (per il ciclo precedente).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Maschere di selezione<ol>
		<li>Lasciare che vengano create 12 maschere binarie (una per fase cardiaca) per selezionare le proiezioni appartenenti a ciascuna fase. Ogni maschera contiene 21.600 voci (una per proiezione) che sono rispettivamente uno 0 o un 1, ovvero rifiuta o mantiene tale proiezione.</li>
		<li>Per ogni maschera (fase), osservare che il software indichi se una proiezione viene mantenuta (1) o scartata (0) in base al suo numero di fase frazionario. Per la fase 0, vengono mantenute le proiezioni con un valore di fase cardiaca nell'intervallo [0, 1/12]. Per la fase 1, vengono mantenuti i valori della fase cardiaca nell'intervallo [1/12, 2/12] e così via.</li>
		<li>Per ogni maschera (fase), si noti che tutte le proiezioni con una fase respiratoria inferiore a 0,15 o superiore a 0,85 vengono scartate (0 nella maschera) perché appartengono alla fase di inspirazione, che ha il movimento più grande (Figura 8A). La Figura 8B mostra l'assegnazione della fase cardiaca alle proiezioni per i primi 2 s. NOTA: Non è stata introdotta alcuna distorsione significativa con questo processo di selezione poiché il numero di proiezioni per fase era relativamente costante a 1.800 ± 194.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Ricostruzione dell'immagine
<ol>
	<li>Per le scansioni TC non gated, ricostruire le immagini a risoluzione media (200 μm) o alta (125 μm) utilizzando l'algoritmo di retroproiezione filtrata (Feldkamp18) con un filtro Shepp-Logan.</li>
	<li>Per le scansioni TC cardio-dipendenti, ricostruire ogni immagine della fase cardiaca utilizzando l'algoritmo iterativo OSEM13, con 12 sottogruppi e 8 iterazioni, tenendo conto solo delle proiezioni selezionate che contribuiscono a una data fase (come indicato in una maschera binaria di selezione di fase).</li>
	<li>Per ridurre il rumore, applicare un filtro mediano post-ricostruzione nella dimensione temporale (cioè attraverso le immagini) e un filtro gaussiano 3D leggero nella dimensione spaziale (σ = 38 μm). NOTA: Per la ricostruzione dell'immagine respiratoria, utilizzare tutte le fasi cardiache indistintamente. La correzione dell'indurimento del fascio (correzione dell'acqua) viene applicata ad ogni ricostruzione.</li>
</ol>
6. Valutazione dell'immagine e quantificazione del volume del ventricolo sinistro (LV)
<ol>
	<li>Aprire l'immagine CT in un visualizzatore DICOM come Amide19 (Figura 9A).</li>
	<li>Migliorare il contrasto dell'immagine visibile impostando l'intervallo del valore CT (misurato in unità Hounsfield [HU]) su [-500, 500] (Figura 9A).</li>
	<li>Valutazione della qualità dell'immagine<ol>
		<li>Disegnare un ROI per la regione calcificata, che è definita come la regione intorno al massimo con un valore CT maggiore o uguale all'85% del valore HU massimo (Figura 9B).</li>
		<li>Utilizzare il rapporto contrasto/rumore (CNR)20,21 come metrica per valutare la qualità dell'immagine e la sua capacità di identificare piccole strutture, come piccole calcificazioni: 
		<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/67803/67803eq01.jpg" style="margin: auto;">, dove I e σ rappresentano l'intensità media e la deviazione standard di una regione: calcificazione (pedice C) o fondo (pedice B).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Quantificazione del volume del ventricolo sinistro<ol>
		<li>Disegna un ROI 3D-Freehand per identificare il LV in ogni fase (Figura 10A).</li>
		<li>Quantificare il volume LV calcolando i voxel con un valore CT di soglia di 730 HU (Figura 10B). Un grafico dei volumi LV è mostrato nella Figura 10C. NOTA: La soglia del valore CT non è assoluta; dipende dal mezzo di contrasto utilizzato, dalle dimensioni dell'animale, dal ceppo, dalle condizioni di salute e dal tempo tra l'iniezione e l'imaging TC. Amide è un software distribuito gratuitamente sviluppato presso il nostro istituto, ma sono disponibili altri visualizzatori di immagini più sofisticati (ad esempio, ORS Dragonfly22).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

<table><tbody><tr><td>C57BL/6J topi</td><td>Jackson Laboratory</td><td>664</td><td>Maschio, 8 settimane, 24-26 g</td></tr><tr><td>Fotocamera Dexela</td><td>Varex</td><td>1512</td><td>Rivelatore, 20 ms di esposizione, 74,8/149,6 &; m pixel</td></tr><tr><td>VivoVist</td><td>Nanoprobes</td><td>1301-5X0.25ML</td><td>CT Agente di contrasto</td></tr><tr><td>Sorgente di raggi X</td><td>Moxtek</td><td>TUB00082</td><td>50 kV di picco, 200 &micro; A, filtro in alluminio spessore 1,0 mm</td></tr></tbody></table>

gating cardiaco retrospettivo con un prototipo di tomografo computerizzato a raggi x per piccoli animali

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Trapianto ortotopico di fegato di successo nei topi che utilizzano l'angiografia con tomografia microcomputerizzata

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.

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

Questo articolo descrive la radiosintesi, la formulazione, il controllo di qualità di una nuova sonda radiomarcata (ad esempio, 68nanocorpi marcati con GA NM-02) e il suo utilizzo per l'imaging PET/CT di piccoli animali in un modello di xenotrapianto.

Radiosintesi, controllo di qualità e tomografia a emissione di positroni per piccoli animali di 68nanomolecole marcate con GA

Impara la tecnica di gating cardiaco retrospettivo per la tomografia computerizzata a raggi X su piccoli animali utilizzando il prototipo CrumpCAT. Questo metodo software migliora il rapporto segnale-rumore e permette la quantificazione del volume del ventricolo sinistro nel ciclo cardiaco.

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

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