Onderzoek met kleine dieren maakt vaak gebruik van een combinatie van niet-invasieve beeldvormingsmodaliteiten, waarbij röntgencomputertomografie (CT) een prominente keuze is vanwege de volwassenheid, kosteneffectiviteit, snelheid 1,2 en het vermogen om aanvullende informatie te verstrekken naast andere modaliteiten zoals positronemissietomografie (PET)2,3 en computertomografie met enkelvoudige fotonemissie (SPECT)2,4. Net als andere beeldvormingstechnieken is CT echter vatbaar voor fysiologische bewegingsartefacten veroorzaakt door het kloppende hart of de ademhaling, die vervaging introduceren en de nauwkeurigheid van het onderzoek beperken.
Om deze beperking aan te pakken, kan het vervagen van ademhalings- en hartbewegingen worden beperkt door middel van een techniek die bekend staat als gating 5,6,7,8, waarbij gegevensverzameling wordt gesynchroniseerd met specifieke fasen van de hart- of ademhalingscyclus (of poorten). Een benadering om dit te bereiken, bekend als prospectieve gating 3,6, is het bevestigen van sensoren aan het dier om real-time gating-signalen aan een compatibele scanner te leveren. Hoewel deze methode effectief is, is ze arbeidsintensief en tijdrovend, vooral bij het bevestigen van sensoren aan de borst en de poten van kleine dieren zoals muizen, waardoor de schaal van onderzoeken wordt beperkt. Als alternatief omvat intrinsieke retrospectieve gating 7,9,10,11 het verkrijgen van tijdreeksgegevens zonder het gebruik van sensoren, maar door kenmerken in de gegevens te identificeren die het mogelijk maken om de resultaten retrospectief te sorteren op basis van hun fase in de hart- of ademhalingscyclus. Deze aanpak biedt resultaten die vergelijkbaar zijn met prospectieve poorten, maar zonder de noodzaak van extra hardware of de moeite die nodig is om pulssensoren aan te sluiten, en vereenvoudigt daarom experimentele protocollen aanzienlijk.
In onze methode voor preklinische cardiale CT-beeldvorming gebruiken we intrinsieke retrospectieve gating om ademhalings- en hartcycli te extraheren uit amplitudevariaties in regio's in röntgenprojecties die de meest significante veranderingen tussen opeenvolgende frames vertonen. Om dit proces te vergemakkelijken, wordt een thoraxsjabloon van de muis gecoregistreerd op de eerste posteroanterieure projectie met behulp van Wederzijdse Informatie12. Zodra de sjabloon op zijn plaats is, worden pixelintensiteiten in een venster in de buurt van het middenrif opgeteld om een surrogaat ademhalingssignaal te genereren, terwijl die in de buurt van het myocardium worden opgeteld om het surrogaathartsignaal af te leiden. Deze signalen worden vervolgens gefilterd in het tijddomein en aan elk frame in de dataset wordt een fractioneel fasenummer toegewezen (tussen 0 en 1) op basis van de ademhalings- en hartfase. Dit maakt het mogelijk om projecties te selecteren of af te wijzen op basis van hun fasewaarden. Doorgaans worden frames die overeenkomen met de eindvervalfase van de ademhalingscyclus (0,15 ≤ fase < 0,85) behouden, terwijl die uit de inspiratiefase, waar de beweging het meest uitgesproken is, worden weggegooid. De overige frames zijn gegroepeerd in 12 cardiale fasen, die elk 1/12 (0,083) van de hartcyclus vertegenwoordigen en worden gereconstrueerd in 3D-beelden met behulp van een iteratieve methode (Ordered Subset Expectation Maximization [OSEM])13,14. Het hele proces is samengevat in figuur 1.