Hoge resolutie cardiale positronemissietomografie/computertomografie voor kleine dieren

Het gepresenteerde cardiale PET/CT-protocol is nuttig voor het verkrijgen van functionele en morfologische informatie in een verscheidenheid aan kleine diermodellen van hartaandoeningen. Voordelen van PET/CT-beeldvorming in vergelijking met andere preklinische beeldvormingsmodaliteiten omvatten, maar zijn niet beperkt tot, hoge gevoeligheid en zeer hoge ruimtelijke temporele resolutie, evenals robuustheid omdat het geen handmatige positionering van sondes door de operators vereist. Een van de belangrijkste ziektemodellen die met dit protocol kan worden bestudeerd, is een hartinfarct.

Andere cardiometabole ziekten en ook de respons op therapie kunnen echter worden onderzocht. Onze groep is bijvoorbeeld geïnteresseerd in de rol van obesitas en diabetes op het hartmetabolisme en de hartfunctie. De stappen in dit protocol kunnen eenvoudig worden gevolgd door gebruikers zonder ervaring.

Sommige stappen zoals caudale ader cannulaties en bloedafname kunnen echter enige training en ervaring vereisen om reproduceerbaar te worden uitgevoerd. Federica La Rosa, een onderzoeker van ons laboratorium, Federico Granziera, een promovendus van de Sant'Anna School of Advanced Studies, en Domiziana Terlizzi, dierenarts van Fondazione Toscana Gabriele Monasterio, demonstreren de procedure. Plaats om te beginnen de muis in rugligging eerst op het scannerbed van de PET/CT-tomograaf en plaats zijn neus in het neusmasker voor anesthesie en blokkeer de kop van het masker voorzichtig met plakband.

Bevestig de bovenste en onderste ledematen op het scannerbed om onwillekeurige bewegingen tijdens beeldvormingsprocedures te voorkomen die kunnen leiden tot bewegingsartefacten. Controleer de lichaamstemperatuur met behulp van een rectale sonde en de ademhalingsfrequentie met behulp van een ademhalingskussen. Voor muizen, trek 100 tot 150 microliter 10 megabecquerel fluor-18 FDG met behulp van een insulinespuit.

Als de oorspronkelijke concentratie van de tracer in de injectieflacon hoog is, verdunt u de tracer met zoutoplossing tot een concentratie van 50 tot 100 megabecquerel per milliliter. Gebruik de PET-dosiskalibrator om de werkelijke activiteit in de spuit te meten. Annoteer de pre-injectieactiviteit en het tijdstip van meting, omdat deze waarden later zullen worden gebruikt met behulp van specifieke invoermodules van de grafische gebruikersinterface van de PET-scanner.

Als u iomeprol gebruikt, stelt u de injectiesnelheid in op 10 milliliter per uur en het volume op 0,5 milliliter. Sluit de spuit aan op de spuitpomp en stel de pomp in op de werkelijke spuitgrootte en diameter, sluit vervolgens de spuit aan op de CA-slang en naald en vul de slang voor met de CA. Stel de injectiesnelheid in op 10 milliliter per uur, waardoor het injectievolume wordt beperkt tot 0,5 milliliter. Gebruik voor iomeprolinjectie een spuitpomp die langzame injectie met een constante snelheid mogelijk maakt, met een reeds ingestelde injectiesnelheid van 10 milliliter per uur.

Beperk het injectievolume tot 0,5 milliliter en stop de injectie na drie minuten. Nadat u ervoor hebt gezorgd dat de slang en de naald zijn voorgevuld met CA, sluit u de naald die aan de CA-buis is bevestigd aan op de canule van de staartader. Start de injectie.

Sluit het deksel van de scanner en bereid u voor op de Cine-CT-scan. Druk na 60 seconden na het begin van de injectie op de knop Doorgaan op de gebruikersinterface van de tomograaf, zodat de Cine-CT-acquisitie wordt gestart. De injectie van CA stopt ongeveer tegelijkertijd met de voltooiing van de Cine-CT-scan.

Open de DICOM-afbeeldingen van de dynamische PET-scan. Selecteer de hartplug-inmodule. Zoom in op het beeld van de muis of het rattenhart en selecteer het laatste tijdsbestek of de som van de laatste drie tot vijf tijdsbestekken waarvoor het grootste deel van de bloedpoolactiviteit al is weggespoeld.

Volg de instructies op het scherm om het beeld te heroriënteren langs de hoofdas van het dierenhart. Doe dit interactief door de weergegeven markeringen voor de hartbasis en de top te verplaatsen. Selecteer vervolgens het gereedschap Segmentatie.

Als het resultaat van de automatische segmentatie niet acceptabel is, verfijnt u de vorm van het gesegmenteerde myocard of de linker ventrikelholte door de handmatige roi-zoekfunctie uitgeschakeld in te schakelen. Selecteer in de modelleringstool het juiste kinetische model of dynamische PET-analyse. Selecteer in dit geval grafisch en vervolgens Patlak om de Patlak-plotanalyse in te schakelen om de stofwisseling van glucoseopname voor elke cardiale sector te berekenen.

Selecteer vervolgens in het gereedschap polaire kaart het juiste aantal weergegeven hartsegmenten. Selecteer in dit geval 17 segmenten. Druk nu op de knop Fit om de aanpassingsprocedure van de Patlak-analyse uit te voeren.

Bekijk aan het einde van de aanpassingsprocedure de weergegeven polaire kaart van de KI-waarden. Laad de DICOM-beelden van de Cine-CT-scan in de software. Open vervolgens de dynamische gegevensset met de ingebouwde 4D-viewer.

En met behulp van de 3D multiplayer reformation of MPR tool, heroriënteren de beeldgegevens langs de korte as. Exporteer de geheroriënteerde gegevens naar DICOM en zorg ervoor dat de volledige 4D-gegevens worden geëxporteerd met een behouden segmentdikte en een bitdiepte van 16 bits per voxel. Open de geëxporteerde 4D MPR-afbeeldingen met behulp van de 4D-viewer, selecteer vervolgens een tijdsbestek dat overeenkomt met einddiastole en blader door alle tijdsbestekken met de tijdschuifregelaar op de hoofdwerkbalk om ervoor te zorgen dat de juiste hartfase is geselecteerd.

Kies in dit tijdsbestek het gesloten polygoonannotatiegereedschap en baken de endocardiale wand van de linker ventrikel handmatig af. Doe hetzelfde voor 10 tot 20 plakjes van de basis tot de apex en zorg ervoor dat alle ROI's dezelfde naam hebben. Selecteer vervolgens in het menu ROI ROI-volume en genereer vervolgens ontbrekende ROI's om de ROI's op alle korte assegmenten te genereren door interpolatie van de handmatig getekende ROI's.

Selecteer vervolgens ROI-volume, gevolgd door rekenvolume om het volume van de ROI-groep met dezelfde ROI-naam te berekenen. Blader vervolgens door de tijdsbestekken, selecteer een fase die overeenkomt met end-systole en bereken het volume van de ROI-groep met dezelfde ROI-naam als gedemonstreerd. Bereken ten slotte het slagvolume en de ejectiefractie met behulp van de vergelijking die in het manuscript wordt beschreven.

De resultaten van de automatische myocardiale en linker ventrikelholtesegmentatie van een controle-CD1-muis worden hier weergegeven. Zelfs bij gezonde proefpersonen worden lagere gereconstrueerde waarden rond de top vaak waargenomen bij PET. De grafische analyse van Patlak toonde een voorbeeld van de regionale KI, de scatter plot en lineaire regressieanalyse, en de waarden van de helling en interceptie van de lineaire fit uitgevoerd op elk segment, samen met de overeenkomstige bepalingscoëfficiënt.

Bij de gezonde rat worden verschillende vormen en maten van de linker ventrikel getoond voor de einddiastolische en eind-systolische fasen. Met de 3D-reconstructie van het gesegmenteerde linker ventrikelvolume resulteerde de berekening van volumes in een einddiastolisch volume van 0,361 milliliter en een end-systolisch volume van 0,038 milliliter. Een volumeweergave van hetzelfde rattenhart voor de einddiastole en eind-systole maakt het mogelijk om de jodiumversterkte kamers en vaten weer te geven, zodat hun waarde meer kwalitatief dan kwantitatief is.

Handhaaf het niveau van anesthesie en controleer vaak de fysiologische parameters van het dier tijdens het onderzoek. Bovendien moet een eerste controle van de doorgankelijkheid van de cannulatie worden uitgevoerd om mislukte injecties te voorkomen. Vanwege het niet-invasieve karakter van dit onderzoek kan het dier worden hersteld na de procedure en het verval van de radioactieve tracer, zodat vrijwel elke andere onderzoeksmethode kan worden toegepast.

Anders, als het dier na PET / CT-beeldvorming wordt geëuthanaseerd, kan alle standaard ex vivo analyse op geëxciteerde weefsels worden uitgevoerd.