프로토타입 소형 동물 X-ray 컴퓨터 단층 촬영기를 사용한 후향적 심장 게이팅

Richard Taschereau; Arion F. Chatziioannou; Shili Xu

doi:10.3791/67803

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방법 논문

프로토타입 소형 동물 X-ray 컴퓨터 단층 촬영기를 사용한 후향적 심장 게이팅

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DOI:

10.3791/67803

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2025년 2월 21일

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

이 논문에서

요약

당사는 당사 연구 기관에서 설계 및 제작한 소형 동물 X선 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캐너 프로토타입인 CrumpCAT의 고유한 후향적 심장 게이팅 방법에 대한 포괄적인 설명을 제공합니다.

초록

CrumpCAT은 당사 연구 기관에서 개발한 소형 동물 X선 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캐너의 프로토타입입니다. 최대 프레임 속도가 29Hz인 CMOS 검출기와 50kVp에서 80kVp 범위의 에너지를 가진 유사한 텅스텐 X선 소스는 상업적으로 이용 가능한 전임상 X선 CT 기기에 널리 사용됩니다. 이것은 이러한 감지기가 마우스의 높은 심박수(~600회/분)를 게이팅하는 데 적합하지 않다는 일반적으로 인식되는 지혜에도 불구하고 설명된 작업을 다른 기관과 매우 관련성이 높게 만듭니다. 이 스캐너는 중(200μm) 및 고해상도(125μm) 이미징, 형광투시법, 후향적 호흡 게이팅 및 후향적 심장 게이팅 기능을 갖추고 있으며, 반복 또는 필터링된 프로젝션 이미지 재구성을 제공합니다. 이러한 기능 중 심장 게이팅은 호흡 및 심장 운동으로 인한 이미지 흐림을 효과적으로 제거하기 때문에 생체 내에서 심장 기능을 연구하는 데 가장 유용한 기능입니다.

여기에서는 생체 내 심장 기능 및 구조 분석에 대한 연구를 발전시키는 것을 목표로 하는 전임상 내적 후향적 심장 개폐식 CT 이미징 방법에 대해 설명합니다. Cardiac-Gating 방법은 가장 짧은 실제 노출 시간(~20ms)에서 많은 수의 투영을 획득한 다음 원시 투영 시퀀스의 시간적 변화에서 호흡 및 심장 신호를 소급하여 추출합니다. 이러한 신호는 호흡 주기의 높은 움직임 속도 흡기 단계에 속하는 돌기를 거부하고 나머지 돌기를 각각 심장 주기의 한 단계에 해당하는 12개의 그룹으로 나누는 데 사용됩니다. 각 그룹은 각 심장 단계에 대한 체적 이미지를 생성하기 위해 반복적인 방법을 사용하여 독립적으로 재구성되어 4차원(4D) 데이터 세트가 생성됩니다.

이러한 위상 이미지는 집합적으로 또는 개별적으로 분석할 수 있으므로 심장 기능을 자세히 평가할 수 있습니다. 우리는 대표적인 생체 내 이미징 결과를 통해 프로토타입 스캐너의 심장 게이팅 기능에 대한 두 가지 접근 방식의 효과를 입증했습니다.

서론

소동물 연구는 종종 X선 컴퓨터 단층 촬영(CT)과 함께 비침습적 이미징 양식의 조합을 사용하는데, 이는 성숙도, 비용 효율성, 속도 ^1,2 및 양전자 방출 단층 촬영(PET)^2,3 및 단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영(SPECT)^2,4과 같은 다른 양식과 함께 보완 정보를 제공할 수 있는 능력으로 인해 탁월한 선택입니다. 그러나 다른 영상 기술과 마찬가지로 CT는 박동하는 심장이나 호흡으로 인한 생리적 운동 인공물에 취약하여 흐릿함을 유발하고 연구의 정확성을 제한합니다.

이러한 제한을 해결하기 위해 데이터 수집이 심장 또는 호흡 주기(또는 게이트)의 특정 단계와 동기화되는 게이팅 5,6,7,8로 알려진 기술을 통해 호흡기 및 심장 모션 블러링을 완화할 수 있습니다.<....