Name: 프로토타입 소형 동물 X-ray 컴퓨터 단층 촬영기를 사용한 후향적 심장 게이팅 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-02-21T14:10:00.000+00:00
Duration: 5 min 32 s
Description: 학습하세요 후향적 심장 게이팅 기술을 사용한 소형 동물 X-ray CT 영상화 방법을. CrumpCAT 프로토타입 스캐너로 쥐 심장 구조를 정량 분석하고 심장 주기별 좌심실 용적을 측정하여 심혈관 질환 연구에 활용하세요.

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동물 실험 프로토콜은 UCLA(University of California, Los Angeles)의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(Institutional Animal Care and Use Committee)에서 검토 및 승인했습니다. C57BL/6J 마우스(생후 8주령, 수컷, 24-26g)가 이 프로토콜에 사용되었습니다. 이 연구에 사용된 CT 스캐너는 전임상 연구를 위해 당사 연구 기관에서 개발한 프로토타입인 CrumpCAT(그림 2)으로, 수집 및 재구성 프로토콜을 최적화하는 데 필요한 제어 및 유연성을 제공합니다. 이 방법은 마취된 마우스의 심박수가 600회/분 이하이고 호흡수가 20에서 180회/분15회 사이라고 가정합니다.
1. 장비 설정
<ol>
	<li>200μA 연속 전류로 50kVp의 피크 전압에서 X선 소스를 작동합니다.</li>
	<li>X-ray 카메라 픽셀 비닝을 2로 설정하고 노출 시간을 가장 짧은 실제 값(20ms 노출 시간 더하기 14ms 읽기 시간 동안 총 샘플링 시간 34ms)으로 설정합니다. 참고: 비닝 없음 옵션(비닝 1)은 프레임 속도가 느리므로 게이트 획득에 사용할 수 없습니다. 최대 프레임 속도는 약 30프레임/초입니다.</li>
</ol>
2. 동물 준비
<ol>
	<li>산소와 이소플루란 가스의 혼합물로 2.0% 농도의 마우스를 마취합니다.</li>
	<li>CT 영상 촬영 전에 10분 동안 동물을 마취 상태로 유지하여 활력 징후가 안정적인지 확인하고 동물이 스캔 중 신체 움직임을 피할 수 있도록 긴장을 풀도록 합니다. 손톱으로 발가락 사이의 웨빙을 단단히 꼬집을 때 발가락 핀치 반사가 부족하여 마우스의 마취 깊이를 판단합니다.</li>
	<li>심장 개폐 영상에서 심실을 시각화하려면 CT 영상 촬영 직전에 꼬리 정맥을 통해 100μL의 CT 조영제를 정맥 주사합니다(그림 3A).</li>
	<li>마취된 마우스를 CT 이미징 챔버 내부에 놓습니다(그림 3B).</li>
</ol>
3. 데이터 수집
<ol>
	<li>CrumpCAT 소프트웨어를 켭니다.</li>
	<li>고해상도(125μm, 비닝 1)의 비게이트 CT 이미징(그림 4A)<ol>
		<li>사용자 인터페이스에서 스터디 ID를 입력합니다.</li>
		<li>Protocol 드롭다운 메뉴에서 Mouse Hi-Res 를 선택합니다.</li>
		<li>사용자 인터페이스에서 Scan 버튼을 클릭하면 노출 시간이 80ms/프로젝션인 720개의 프로젝션을 획득할 수 있습니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>중간 해상도(200μm, 비닝 2)의 비게이트 CT 이미징(그림 4B)<ol>
		<li>사용자 인터페이스에서 스터디 ID를 입력합니다.</li>
		<li>프로토콜 드롭다운 메뉴에서 마우스 표준을 선택합니다.</li>
		<li>사용자 인터페이스에서 Scan 버튼을 클릭하여 노출 시간이 100ms/프로젝션인 720개의 프로젝션을 획득합니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>게이트 CT 이미징(200μm, 비닝 2)(그림 4C)<ol>
		<li>사용자 인터페이스에서 스터디 ID를 입력합니다.</li>
		<li>프로토콜 드롭다운 메뉴에서 Cardiac Gating을 선택합니다.</li>
		<li>사용자 인터페이스에서 스캔 버튼을 클릭하고 20ms/프로젝션의 노출 시간으로 21,600개의 프로젝션을 획득합니다.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 데이터 전처리
참고: 전처리 단계는 게이트 획득에만 필요합니다. 이러한 모든 단계는 재구성 소프트웨어에 의해 자동으로 수행되며 작업자의 개입이 필요하지 않습니다.
<ol>
	<li>신호 추출<ol>
		<li>흉부 템플릿 공동 정합을 위해, 갈비뼈, 심장, 폐 및 간이 있는 쥐의 흉부를 거칠게 나타내는 작은 이미지(템플릿)가 프로젝션과 템플릿 사이의 상호 정보12 를 최대화하여 첫 번째 X-ray 프로젝션에 자동으로 공동 등록되도록 합니다(그림 5). 참고: 템플릿에서는 번역 작업만 수행되며 공동 등록된 템플릿은 모든 투영에서 관심 영역(ROI)을 식별하는 데 사용됩니다.</li>
		<li>호흡 신호 추출을 위해 템플릿에 직사각형 ROI(ROI-1)를 지정하여 횡격막을 나타내고 각 투영에 대해 ROI-1 내부의 픽셀 강도를 합산하여 호흡 신호를 생성할 수 있습니다(그림 5).</li>
		<li>심장 신호 추출을 위해 심장 근처의 템플릿에 두 번째 직사각형 ROI(ROI-2)를 지정하고 각 투영에 대해 ROI-2의 픽셀 강도를 합산하여 생성된 심장 신호를 확인합니다(그림 5). 참고: 흉부 템플릿은 신호 추출에 사용해야 하는 이미지 행과 열(창)을 식별하기 위해 첫 번째 프로젝션에만 함께 등록됩니다. 그 창은 동물의 침대(16)를 사용할 때와 같이 동물이 합리적으로 중앙에 있는 한 모든 투영을 포함할 수 있을 만큼 충분히 넓습니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>대역 통과 필터<ol>
		<li>대역 통과 필터가 시간 영역(17)에서 서로 다른 차단 주파수를 갖는 두 개의 Sinc 함수를 결합함으로써 생성될 수 있도록 하며, 이는 후술하는 바와 같이 주파수 영역에서의 저역 통과 필터에 대응한다.</li>
		<li>소프트웨어가 [300, 600] min-1 의 주파수 대역을 사용하여 심장 신호에 대역 통과 필터를 적용하도록 합니다(그림 6A). 참고: 필터링되지 않은 심장 신호(그림 6B)에는 여전히 호흡 운동의 상당한 기여가 포함되어 있습니다.</li>
		<li>마찬가지로, [20, 300] min-1의 주파수 대역을 사용하여 호흡 신호를 필터링합니다. 더 높은 고조파는 단순히 사인파가 아닌 신호를 생성하기 위해 보존되며 두 가지 주요 단계, 즉 흡기 및 호기를 보다 명확하게 식별합니다. 참고: 이 시점에서 호흡 신호와 심장 신호는 모두 쉽게 보간될 수 있으며 분수 위상수를 계산하기 위해 연속적인 시간 함수로 간주될 수 있습니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>단계 할당<ol>
		<li>소프트웨어가 신호의 1차 도함수의 제로 크로싱을 찾아 각 주기(호흡기 또는 심장)의 시작을 식별하도록 합니다. 각 제로 크로싱은 신호의 최대값에 해당하며 새 주기의 시작과 이전 주기의 끝을 표시합니다. 예를 들어 그림 7의 호흡 신호를 참조하십시오.</li>
		<li>두 신호(호흡기 또는 심장) 각각에 대한 각 투영에 분수 위상 값(0과 1 사이)을 할당할 수 있습니다. 참고: 정의에 따라 시작점은 0(현재 주기의 경우) 또는 1(이전 주기의 경우)의 분수 위상 값을 갖습니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>선택 마스크<ol>
		<li>12개의 이진 마스크(심장 단계당 하나)를 만들어 각 단계에 속하는 돌기를 선택하도록 합니다. 각 마스크에는 21,600개의 항목(프로젝션당 하나씩)이 포함되어 있으며, 이는 각각 해당 프로젝션을 거부하거나 유지하는 0 또는 1입니다.</li>
		<li>각 마스크(위상)에 대해 소프트웨어가 분수 위상 번호에 따라 투영이 유지되는지(1) 또는 폐기되는지(0) 여부를 나타내는 것을 관찰합니다. 위상 0의 경우, [0, 1/12] 구간 내의 심장 위상 값이 있는 투영이 유지됩니다. 1단계의 경우 [1/12, 2/12] 간격의 심장 위상 값이 유지됩니다.</li>
		<li>각 마스크(위상)에 대해 호흡 단계가 0.15 미만 또는 0.85보다 큰 투영은 가장 큰 움직임이 있는 흡기 단계에 속하기 때문에 거부됩니다(마스크에서 0). 그림 8B 는 처음 2초 동안의 투영에 대한 심장 위상 할당을 보여줍니다. 참고: 이 선택 과정에서는 위상당 투영 수가 1,800± 194로 비교적 일정했기 때문에 큰 편향이 도입되지 않았습니다.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 이미지 재구성
<ol>
	<li>비게이트 CT 스캔의 경우, Shepp-Logan 필터와 함께 필터링된 역투영(Feldkamp18) 알고리즘을 사용하여 중간(200μm) 또는 고해상도(125μm)로 이미지를 재구성합니다.</li>
	<li>심장 게이트 CT 스캔의 경우, 12개의 하위 세트와 8개의 반복이 있는 반복 OSEM 알고리즘13을 사용하여 각 심장 위상 이미지를 재구성하고, 주어진 위상에 기여하는 선택된 투영만 고려합니다(위상 선택 이진 마스크에 표시된 대로).</li>
	<li>노이즈를 줄이려면 시간 차원(즉, 이미지 전체)에 재구성 후 중앙값 필터를 적용하고 공간 차원(σ = 38μm)에 가벼운 3D-가우스 필터를 적용합니다. 참고: 호흡기 게이트 이미지 재구성의 경우 모든 심장 단계를 불분명하게 사용하십시오. 빔 경화 보정(물 보정)은 모든 재건에 적용됩니다.</li>
</ol>
6. 이미지 평가 및 좌심실(LV) 부피 정량화
<ol>
	<li>DICOM 뷰어(예: Amide19 )에서 CT 이미지를 엽니다(그림 9A).</li>
	<li>CT 값(Hounsfield Unit [HU]로 측정) 범위를 [-500, 500]으로 설정하여 가시 이미지 대비를 향상시킵니다(그림 9A).</li>
	<li>이미지 품질 평가<ol>
		<li>CT 값이 최대 HU 값의 85% 이상인 최대 주변 영역으로 정의되는 석회화된 영역에 대한 ROI를 그립니다(그림 9B).</li>
		<li>CNR(contrast-to-noise ratio)20,21을 메트릭으로 사용하여 이미지 품질과 작은 석회화와 같은 작은 구조를 식별할 수 있는 능력을 평가합니다. 
		<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/67803/67803eq01.jpg" style="margin: auto;">, 여기서 I 와 σ 는 영역의 평균 강도와 표준 편차를 나타냅니다: 석회화(아래 첨자 C) 또는 배경(아래 첨자 B).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>좌심실 부피 정량화<ol>
		<li>3D-Freehand ROI를 그려 각 단계에서 LV를 식별합니다(그림 10A).</li>
		<li>임계값 CT 값이 730HU인 복셀을 계산하여 LV 부피를 정량화합니다(그림 10B). LV 부피의 플롯은 그림 10C에 나와 있습니다. 참고: CT 값 임계값은 절대적이지 않습니다. 사용된 조영제, 동물의 크기, 균주, 건강 상태, 주사와 CT 영상 사이의 시간에 따라 다릅니다. Amide는 본 연구소에서 개발한 무료 배포 소프트웨어이지만 다른 더 정교한 이미지 뷰어(예: ORS Dragonfly22)를 사용할 수 있습니다.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

<table><tbody><tr><td>C57BL/6J 마우스</td><td>Jackson Laboratory</td><td>664</td><td>수컷, 8주령, 24-26g</td></tr><tr><td>Dexela 카메라</td><td>Varex</td><td>1512</td><td>검출기, 20ms 노출, 74.8/149.6 &마이크로; m 픽셀</td></tr><tr><td>VivoVist</td><td>Nanoprobes</td><td>1301-5X0.25ML</td><td>CT 조영제</td></tr><tr><td>X 선 소스</td><td>Moxtek</td><td></td><td>TUB00082 50 kV 피크, 200 &마이크로; A, 1.0mm 두께의 Al 필터</td></tr></tbody></table>

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

Retrospective Cardiac Gating with A Prototype Small-Animal X-ray Computed Tomograph

먼저 생쥐(수컷, 30-32g)의 심장 석회화를 시각화하기 위해 비게이트 CT 이미지와 게이트 CT 이미지를 비교했습니다. 심장 석회화의 쥐 모델은 앞서 설명한 바와 같이 심장 조직의 급속한 동결-해동(cryo-injury)에 의해 심장 손상을 유도함으로써 만들어졌다23. 비게이트 CT 이미징 프로토콜을 통해 고해상도(125μm, binning 1) 이미지에서 심장 석회화를 보다 명확하게 식별할 수 있었습니다(그림 11A). CNR은 매체(200μm, 비닝 2) 및 고해상도(125μm, 비닝 1) 해상도 이미지에서 각각 3.2 ± 0.3 및 4.0 ± 0.2였습니다. 게이트 이미지(그림 11B)에서 CNR은 4.2 ± 0.1(호흡기 게이트 전용) 및 5.2 ± 0.4(호흡기 및 심장 게이트)였습니다. 따라서 호흡기 게이팅은 고해상도 이미지(CNR 4.2 대 4.0)에 비해 5%만 ...

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

The CrumpCAT is a prototype small-animal X-ray computed tomography (CT) scanner developed at our research institution. The CMOS detector with a maximum ...

retrospective-cardiac-gating-with-prototype-small-animal-x-ray

Research

연구

JoVE Journal

Biology

생물학

미만성 형광 tomography는 잠복기로 높은 걸쳐 상대적으로 저렴한 비용과 잠재적인 접근 방식을...

암 생체 현지화위한 작은 동물의 계산된 Tomography 주 도형 시간 도메인 미만성 형광 Tomography

대비 향상된 심장 자기 공명 (CMR) 영상은 포괄적...

작은 동물 룩 로커 반전 복구 (SALLI) 쥐의 MRI를 사용하여 심장 기능 및 심근 형태학의 평가

쥐 심장의 MRI 및 PET 이미징을 수행하는 방법을 설명합니다. 이 프로토콜은 심근경색 및 심부전 모델에서 치료 효능을 평가하기 위해 맞춤화되었습니다.

심근경색의 마우스 모델에서의 MRI 및 PET

이 방법은 실험적으로 유도된 심근 허혈이 있는 마우스에서 요오드화 조영제를 사용하여 심장 형태, 기능, 관류, 대사 및 생존력을 평가하기 위해 Quantum Micro-Computed Tomography(MicroCT)를 사용하는 방법을 설명합니다. 이 기술은 인간 심장 질환의 다양한 동물 모델의 비파괴 고처리량 종단 생체 내 이미징에 적용할 수 있습니다.

심근 구조, 기능의 생체 양적 평가에서 관류 및 생존 능력은 심장 마이크로 컴퓨터 단층 촬영을 사용하여

여기서 동맥 입력 기능(AIF)을 측정하는 쥐의 PET/CT 이미징 동안 연속 혈액 샘플링을 위한 프로토콜이 기재되어 있다. 카테터화, 시스템의 교정 및 설정 및 혈액 방사능의 데이터 분석이 입증됩니다. 생성된 데이터는 후속 생체 역학 모델링을 위한 입력 파라미터를 제공합니다.

작은 동물 양전자 방출 단층 촬영 / 컴퓨터 단층 촬영에서 지속적인 혈액 샘플링은 동맥 입력 기능의 측정을 가능하게

진폭 기반의 최적의 호흡기 게이팅(ORG)은 임상 18F-플루오로옥시글루코스(FDG) 양전자 방출 단층 촬영(PET) 이미지로부터 호흡기 유발 모션 블러를 효과적으로 제거합니다.  이러한 호흡 동작 동맥에 대한 FDG-PET 이미지를 보정하면 이미지 품질, 진단 및 정량적 정확도가 향상됩니다. 호흡기 운동 동맥의 제거는 PET를 사용하는 환자의 적절한 임상 관리에 중요합니다.

진폭 기반 최적의 호흡기 개팅 알고리즘을 사용하여 18F-플루오로옥시옥포도당 양전자 방출 단층 촬영에서 호흡기 운동 유물 관리

여기에서, 우리는 콜라겐 선택적 조영 증진과 함께 건강하고 병리학적인 큰 포유동물 전심의 고해상도 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 이미지를 얻기 위한 프로토콜을 제시한다.

만성 질환을 앓고 있는 대형 포유류 심장 모델의 콘트라스트 강화 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 이미징을 위한 조직 준비 기술

여기에서는 소형 동물을위한 고해상도 양전자 방출 단층 촬영 / 컴퓨터 단층 촬영을 사용하여 심장 기능 및 형태를 정량화하기위한 실험 이미징 프로토콜을 제시합니다. 마우스와 쥐 모두 고려되어 두 종에 대한 컴퓨터 단층 촬영 조영제의 다양한 요구 사항을 논의합니다.

소형 동물을 위한 고해상도 심장 양전자 방출 단층 촬영/컴퓨터 단층 촬영

이 프로토콜에서는 마우스에서 성공적인 orthotopic 간 이식(OLT) 모델의 구현에 대해 논의합니다. 또한 마우스에서 성공적인 OLT 후 동종이식 개통을 추가로 분석하기 위한 보조제, 특히 microcomputationd tomography(microCT) 스캔을 활용하는 보조제에 대해서도 논의합니다.

Microcomputed Tomography 혈관 조영술을 활용한 마우스의 성공적인 Orthotopic 간 이식

이 논문은 새로운 방사성 표지 프로브(즉, 68Ga-표지된 나노바디 NM-02)의 방사선 합성, 제형, 품질 관리 및 이종 이식 모델에서 소동물 PET/CT 이미징에 사용하는 방법에 대해 설명합니다.

68ga 표지 나노 분자의 방사선 합성, 품질 관리 및 소동물 양전자 방출 단층 촬영 이미징

학습하세요 후향적 심장 게이팅 기술을 사용한 소형 동물 X-ray CT 영상화 방법을. CrumpCAT 프로토타입 스캐너로 쥐 심장 구조를 정량 분석하고 심장 주기별 좌심실 용적을 측정하여 심혈관 질환 연구에 활용하세요.

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

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