Method Article

Nowatorski protokół kwantyfikacji progresji zwapnienia układu sercowo-naczyniowego przy użyciu podłużnych obrazów MicroPET/MicroCT

DOI:

10.3791/66805

⸱

November 15th, 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Molecular and Medical Pharmacology, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 2Crump Institute for Molecular Imaging, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 3Department of Medicine, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 4Department of Physiology, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 5Department of Orthopaedic Surgery, David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles, 6Department of Bioengineering, University of California, Los Angeles, 7Jonsson Comprehensive Cancer Center, University of California, Los Angeles

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten nowatorski protokół pociąga za sobą ilościowe określanie progresji zwapnienia układu sercowo-naczyniowego na podstawie obrazów seryjnej mikropozytonowej tomografii emisyjnej (PET)/mikrotomografii komputerowej (CT) u małych zwierząt badawczych.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Obrazowanie mikropozytonowej tomografii emisyjnej (PET) i mikrotomografii komputerowej (CT) są potężnymi, idealnymi narzędziami badawczymi do śledzenia postępu zwapnienia układu sercowo-naczyniowego. Ze względu na ich nieinwazyjny charakter, małe zwierzęta badawcze mogą być obrazowane w wielu punktach czasowych. Wyzwanie polega na dokładnym określeniu ilościowym zwapnienia układu sercowo-naczyniowego. W tym miejscu przedstawiamy protokół, wykorzystujący obrazy z późniejszych etapów choroby jako szablon, aby dokładnie określić ilościowo postęp zwapnienia układu sercowo-naczyniowego w badaniach podłużnych. Protokół obejmuje 1) wyrównanie obszaru klatki piersiowej na wielu obrazach pochodzących od tego samego zwierzęcia podczas badania podłużnego jako pierwszy krok, 2) zdefiniowanie obszaru zainteresowania (ROI) znajdującego się w sercu i aorcie w miejscu większych złogów wapnia, które stają się widoczne na późniejszych obrazach, oraz 3) jednoczesną segmentację i kwantyfikację złogów wapnia na wszystkich obrazach uzyskanych podczas badania podłużnego. Ta uproszczona metoda zwiększa dokładność analizy obrazu w śledzeniu postępu zwapnienia układu sercowo-naczyniowego, poprawiając precyzję definiowania ROI i zmniejszając zmienność związaną z wcześniejszymi technikami, które analizują poszczególne skany niezależnie.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Choroby sercowo-naczyniowe są główną globalną przyczyną zachorowalności i śmiertelności, wymagającą rygorystycznych badań w celu odkrycia jej mechanizmów i opracowania skutecznych strategii prewencyjnych i terapeutycznych. Zwapnienie tętnic wieńcowych (CAC) jest powszechnie uznawane przez ekspertów w tej dziedzinie za czynnik predykcyjny chorób sercowo-naczyniowych, znacznie zwiększający ryzyko śmiertelności z przyczyn sercowo-naczyniowych1,2,3,4,5. Mikroskopijne zwapnienia są uważane za najwcześniejsze stadia miażdżycy zwapnień, a termin "mikrozwapnienia" jest używany w odniesieniu do złogów wapnia o średnicy od 0,5 do 50 μm6,7,8,9 średnicy. Uważa się, że te małe zwapnienia łączą się, tworząc większe złoża wapnia, napędzając postęp płytki wapiennej6,7.

Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) i tomografia komputerowa (CT) służą jako cenne narzędzia badawcze, często wykorzystywane do nieinwazyjnej oceny zwapnienia układu sercowo-naczyniowego in vivo5,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19. Te metody obrazowania okazują się szczególnie korzystne do śledzenia progresji zwapnienia naczyń krwionośnych w badaniach podłużnych z udziałem małych zwierząt badawczych11,12,13,19. Obrazowanie mikrotomografią komputerową wykazało skuteczność w dostarczaniu obrazów anatomicznych stosunkowo dużych depozytów wapnia11,12,13,19,20. Jednak jego użyteczność do obrazowania małych złóż wapnia u żywych zwierząt jest ograniczona przez jego rozdzielczość przestrzenną ~100 μm8,14, co utrudnia badanie zwapnienia w jego początkowych fazach.

Godnym uwagi postępem jest przyjęcie połączonego obrazowania mikroPET/mikroCT ze znacznikiem PET, fluorkiem sodu znakowanym fluorkiem-18 (18F-NaF), jako standardowej metody wykrywania zwapnień na podstawie jego wiązania z powierzchnią minerału. Podejście to wykorzystuje znakowany radioaktywnie 18F-NaF, pokazany w celu identyfikacji powierzchni minerału wapnia10,13, ponieważ jony fluorkowe wiążą się kowalencyjnie z hydroksyapatytem wapnia, zastępując grupy hydroksylowe, tworząc fluoroapatyt21. Zgodnie z wolniejszym tempem wymiany w stosunku do rozpadu radioaktywnego 18F (okres półtrwania ~110 min) i do klirensu znacznika przez nerki22, Irkle i współpracownicy13 stwierdzili, że wiązanie 18F-NaF ze zwapniałymi próbkami tętnicy szyjnej było ograniczone do powierzchni w momencie wykrycia. W związku z tym absorpcja znacznika powinna być bezpośrednio związana z powierzchnią minerałów, która jest większa, gdy dana ilość minerału występuje w wielu małych ogniskach lub w postaci porowatej, niż gdy występuje w niewielu, dużych, stałych złożach. Uwydatniając najwcześniejsze etapy mineralizacji z wysoką czułością, obrazowanie 18F-NaF PET może dostarczyć cennych informacji na temat wczesnych stadiów choroby, co czyni je szczególnie przydatnym w badaniu strategii prewencyjnych i terapeutycznych13,14,15.

Nawet przy ostatnich osiągnięciach w połączonym obrazowaniu zwapnień naczyń krwionośnych za pomocą mikroPET/mikroCT, istnieją możliwości poprawy dokładności analizy obrazu w badaniach podłużnych zwapnień sercowo-naczyniowych. Konwencjonalne podejścia wykorzystują pracochłonne, ręczne wyznaczanie obszarów zainteresowania (ROI) wokół każdego widocznego zwapniałego obszaru u każdej myszy w każdym indywidualnym punkcie czasowym podczas badania podłużnego. Metoda ta zmniejsza precyzję, szczególnie we wczesnych stadiach choroby, kiedy rozmiary osadów wapnia zbliżają się do granic wykrywalności skanerów, potencjalnie sprawiając, że niektóre obszary z niewielkimi osadami ułożonymi w niskiej gęstości stają się niewidoczne.

W dziedzinie obrazowania, wyrównanie zazwyczaj odnosi się do przestrzennego wyrównania serii obrazów. Przedstawiając wyrównanie jako nowatorskie rozwiązanie istniejących wyzwań, proponowana przez nas metoda pozwala badaczom na wykorzystanie spójnej lokalizacji do śledzenia postępu zwapnienia na seryjnych obrazach od poszczególnych osób w trakcie badania podłużnego. Biorąc pod uwagę, że wiadomo, że zwapnienie tkanek powstaje z nanowymiarowych pęcherzyków macierzy (50-150 nm), które łączą się, tworząc mikroskopijne, a następnie makroskopowe minerały hydroksyapatytu mineral23, można retrospektywnie zidentyfikować, gdzie mikrozwapnienia byłyby zlokalizowane na wczesnych obrazach, zanim byłyby rozpoznawalne.

Podążanie za tym samym miejscem w czasie, co jest możliwe dzięki wyrównaniu obrazu, jest podstawą tej metody. Eliminuje to konieczność bezpośredniej identyfikacji najwcześniejszych etapów zwapnienia, ponieważ zwrot z inwestycji jest przypisywany na podstawie najnowszych etapów, gdy mineralizacja jest łatwo identyfikowana. W tym protokole przedstawiamy ulepszoną, usprawnioną metodę analizy danych, która obejmuje wyrównanie szeregów czasowych obrazów jako istotny krok, zwiększając dokładną ocenę ilościową osadzania wapnia w podłużnych, połączonych badaniach obrazowania microPET/microCT (Rysunek 1). Chociaż jako przykładu używamy analizy danych PET/CT, metoda ta może być stosowana do analiz innych danych obrazowania podłużnego, w tym tomografii komputerowej z emisją pojedynczych fotonów (SPECT), obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i obrazowania optycznego24.

figure-introduction-1
Rysunek 1: Schemat blokowy przeglądu protokołu. Schemat blokowy podsumowujący nowatorski protokół ilościowego określania zwapnienia układu sercowo-naczyniowego. Ogólne kroki obejmują obrazowanie podłużne, wyrównanie obrazów uzyskanych w różnych punktach czasowych oraz segmentację i kwantyfikację zwapniałego obszaru. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Reprezentatywne obrazy przedstawiają samicę myszy z niedoborem apolipoproteiny E (Apoe-/-). Protokoły eksperymentalne zostały przejrzane i zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles.

1. Skanowanie zwierząt

  1. Pomiędzy dwoma akwizycjami obrazu nakarm mysz standardową dietą bez żadnej interwencji. Jednak przed pierwszym obrazem w wieku 15 miesięcy należy przejść na dietę zachodnią (21% tłuszczu, 0,2% cholesterolu) w wieku od 12 do 14 miesięcy, aby wywołać wyjściowe zwapnienie aorty.
  2. Upewnij się, że skaner microPET/CT jest rutynowo kalibrowany w celu optymalnego pozyskiwania danych PET i jednoczesnej rejestracji CT. Kalibracje należy wykonać zgodnie z instrukcjami producenta.
  3. Znieczulij mysz za pomocą 2% izofluranu w komorze przez 10 minut przed obrazowaniem. Potwierdź znieczulenie, szczypiąc palec u nogi zwierzęcia bez odpowiedzi.
  4. Uzyskanie obrazów microPET (350-650 keV, 10 min czasu skanowania) i 100 μm microCT (80 kVp, 150 μA, projekcja 720, czas skanowania 1 min) w połączonym skanerze microPET/CT 60 min po dożylnym wstrzyknięciu 3,7 MBq 18F-NaF. Wykonaj skany microCT natychmiast po skanowaniu microPET.
    UWAGA: Łóżko skanera przeniosło zwierzę z modalu PET do modalu CT, podczas gdy zwierzę pozostawało pod narkozą i w tej samej pozycji.
  5. Rekonstrukcja obrazów microPET przy użyciu algorytmu maksymalizacji oczekiwań podzbioru uporządkowanego w 3D (24 podzbiory i 3 iteracje), z korekcją losową, tłumieniem i zanikiem. Rekonstrukcja obrazów CT przy użyciu zmodyfikowanego algorytmu Feldkampa.
    UWAGA: Po obrazowaniu mysz była monitorowana, dopóki nie odzyskała wystarczającej przytomności, aby utrzymać pozycję leżącą mostka. Pod koniec badania podłużnego wszystkie myszy zostały poddane eutanazji.

2. Importuj pliki DICOM w oprogramowaniu przeglądarki DICOM

UWAGA: Chociaż ten reprezentatywny protokół korzysta z oprogramowania ORS Dragonfly na licencji niekomercyjnej, jego elastyczność rozciąga się na inne opcje oprogramowania przeglądarki DICOM.

  1. Uruchom przeglądarkę DICOM, klikając dwukrotnie aplikację.
  2. Przejdź do Plik w lewym górnym rogu. Z menu rozwijanego wybierz opcję Importuj obrazy DICOM..., aby wyświetlić okno Zarządzanie obrazami DICOM (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S1A).
  3. W oknie Manage DICOM Images (Zarządzaj obrazami DICOM) kliknij kartę Folder Contents (Zawartość folderu). Po prawej stronie wybierz Otwórz folder..., aby wybrać foldery zawierające pliki DICOM będące przedmiotem zainteresowania w badaniu podłużnym (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S1B).
  4. Zidentyfikuj foldery zawierające pliki DICOM. Kliknij przycisk Select Folder (Wybierz folder), aby zaimportować pierwszy folder do okna Manage DICOM Images (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S1C).
  5. Zaznacz zarówno pliki DICOM PET ("PT"), jak i CT ("CT") w oknie Manage DICOM Images (Zarządzaj obrazami DICOM). Następnie kliknij na Wyświetl badanie po prawej stronie, aby otworzyć wszystkie zaimportowane obrazy DICOM (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S1D).
  6. Powtórz kroki 2.4 i 2.5 dla każdego folderu zawierającego obrazy DICOM związane z tym samym obiektem w badaniu podłużnym.

3. Dostosuj ustawienia przeglądarki DICOM, aby zoptymalizować wizualizację obrazu

  1. Zmień układ, aby wyświetlić cztery widoki (3D, poprzeczny, czołowy, strzałkowy), jak pokazano w Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S2. Na liście rozwijanej Układ po lewej stronie znajdź Widoki (w wybranej scenie) i wybierz układ, który wyświetla cztery widoki.
  2. Zmień nazwy obrazów, aby wskazać punkty czasowe i to, czy są to obrazy PET czy CT. Wybierz nazwę obrazu i kliknij dwukrotnie, aby zmienić nazwę każdego obrazu.
  3. Włącz obraz, uzyskując dostęp do listy rozwijanej Właściwości i ustawienia danych po prawej stronie. Kliknij ikonę oka po lewej stronie nazwy każdego obrazu, aby przełączyć widoczność (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S2)
  4. Dostosuj jasność i kontrast na każdym obrazie CT indywidualnie.
    UWAGA: Optymalna jasność i zakres kontrastu CT mogą się różnić w zależności od obiektu, protokołu obrazowania, skanera i parametrów rekonstrukcji25,26; Jednak wszystkie korekty powinny być spójne dla jednego uczestnika w badaniu podłużnym.
    1. Wybierz i włącz jeden obraz CT, klikając nazwę obrazu w obszarze Właściwości i ustawienia danych (plik uzupełniający 1 - rysunek uzupełniający S2).
    2. Znajdź histogram w menu rozwijanym Poziomowanie okien znajdującym się na karcie Główne po lewej stronie ekranu wyświetlacza. Aktywuj LogY nad histogramem; następnie przejdź do klikania i przesuwania żółtych wskaźników zakresu, aby całkowicie objąć drugi szczyt na histogramie (plik uzupełniający 1 - rysunek uzupełniający S3A). Dokonaj niewielkich korekt, aż zostanie osiągnięta optymalna jasność/kontrast; Na rysunku 2B przedstawiono przykład obrazu CT z regulacją jasności/kontrastu.
    3. Znajdź pole Wybrany zakres pod histogramem Poziomowanie okna (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S3B). Zanotuj wartości Wybrany zakres, które mają być używane w kolejnych krokach.
    4. Wybierz i włącz drugi obraz CT (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S3C). Wprowadź wybrane wartości zakresu z pierwszego obrazu CT do pola Selected Range (Wybrany zakres) dla drugiego obrazu CT (Plik uzupełniający 1- Rysunek uzupełniający S3B-S3D). Powtórz te czynności dla wszystkich kolejnych obrazów.
  5. Udoskonal każdy obraz PET, dostosowując filtr Tabela przeglądowa, indywidualnie.
    UWAGA: Optymalny zakres skali kolorów PET może się różnić w zależności od obiektu, protokołu obrazowania, skanera i parametrów rekonstrukcji27; Jednak wszystkie korekty powinny być spójne dla jednego uczestnika w badaniu podłużnym.
    1. Wybierz i włącz jeden obraz PET, klikając nazwę obrazu w obszarze Właściwości i ustawienia danych (plik uzupełniający 1 - rysunek uzupełniający S2).
    2. W menu rozwijanym Window Leveling na karcie Main znajdź Lookup Table (LUT) i przewiń, aby znaleźć PET w menu rozwijanym LUT i wybierz filtr PET (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S4A).
    3. Dostosuj wybrany zakres za pomocą histogramu w menu rozwijanym Poziomowanie okien, aby uzyskać optymalną wizualizację. Aktywuj LogY nad histogramem; następnie przejdź do kliknięcia i przesuń żółte wskaźniki zakresu w kierunku pozycji pokazanej na rysunku uzupełniającym S4B (plik uzupełniający 1). Dokonuj niewielkich korekt, aż zostanie osiągnięty optymalny wybrany zakres dla wizualizacji obrazu PET; odniesienie Rysunek 2D dla przykładu obrazu PET/CT dostosowanego do optymalnie wybranego zakresu.
    4. Znajdź listę rozwijaną Wybrany zakres pod histogramem poziomowania okna (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S4B). Zanotuj wybrane wartości zakresu, które mają być używane w kolejnych krokach.
    5. Wybierz i włącz drugi obraz PET (Plik uzupełniający 1 - Rysunek S4C). Powtórz krok 3.5.2 dla drugiego obrazu.
    6. Wprowadź wybrane wartości zakresu z pierwszego obrazu PET do pola Wybrany zakres dla drugiego obrazu PET (plik uzupełniający 1 - rysunek S4B-S4D). Powtórz te czynności dla wszystkich kolejnych obrazów.

figure-protocol-1
Rysunek 2: Dostosowanie ustawień przeglądarki DICOM w celu optymalizacji wizualizacji obrazu. Panie przewodniczący, panie i panowie! Widok koronalny obrazów CT (A) przed i (B) po regulacji kontrastu/jasności. (C,D) Widok koronalny obrazów PET/CT (C) przed i (D) po regulacji tabeli przeglądowej. Skróty: CT = tomografia komputerowa; PET = pozytonowa tomografia emisyjna. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

4. Wyrównaj obszar klatki piersiowej na obrazach CT

UWAGA: Dla uproszczenia, jeden obraz CT będzie służył jako obraz "podstawowy" i nie będzie tłumaczony ani obracany. Drugi obraz CT (i ostatecznie kolejne obrazy seryjne) zostanie przesunięty i/lub obrócony w celu wyrównania z obrazem podstawowym; Na potrzeby demonstracji zostanie to nazwane obrazem "nakładki". Podczas wyrównywania ważne jest, aby odróżnić obraz podstawowy od wszystkich innych obrazów nakładki.

  1. Wyłącz wszystkie obrazy PET i włącz podstawowy obraz CT, klikając ikonę oka po lewej stronie nazwy każdego obrazu w menu rozwijanym Właściwości i ustawienia danych.
  2. Zmień krycie obrazu CT na ~50%. Kliknij jeden z widoków 2D. W polu Wyrównanie poziomu okna znajdź listę rozwijaną Mapowanie krycia i przesuń skalę krycia do środka (plik uzupełniający 1 - rysunek S5).
  3. Włącz obraz CT nakładki i powtórz krok 4.2.
  4. Zmień filtr obrazu CT nakładki, aby odróżnić podstawowy obraz CT od obrazu CT nakładki. W menu rozwijanym Window Leveling (Wyrównywanie okien) na karcie Main (Główne) znajdź pozycję Lookup Table (LUT). Pod listą rozwijaną LUT przewiń i kliknij czerwony filtr.
    UWAGA: W każdym widoku powinny teraz znajdować się dwa obrazy tomografii komputerowej, jak pokazano na rysunku uzupełniającym S5 (plik uzupełniający 1).
  5. Użyj narzędzi Tłumaczenie/Obróć w widokach 2D, aby wyrównać obszar klatki piersiowej na obrazie nakładki jak najbliżej obszaru na obrazie podstawowym. Odnieś się do klatki piersiowej, górnej części kręgosłupa i mostka jako wskaźników wyrównania klatki piersiowej na obrazie CT.
    UWAGA: Następujące czynności można wykonywać tylko w widokach 2D (poprzecznym, czołowym lub strzałkowym) (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S1). Aby uzyskać najlepsze wyniki, przełączaj się między wszystkimi trzema widokami 2D i użyj narzędzi do przekształcania/obracania, aby wyrównać obszar klatki piersiowej w każdym widoku.
    1. Wybierz obraz nakładki z listy rozwijanej Właściwości i ustawienia danych i kliknij raz, aby wybrać jeden z widoków 2D.
    2. Znajdź listę rozwijaną Tłumacz/Obróć na karcie Główne i kliknij ikonę Przemieszczenie (Plik uzupełniający 1 - Rysunek S6A).
    3. Kliknij i przeciągnij pole tłumaczenia w lewym dolnym rogu i obróć punkt obrotu w środku wybranego widoku 2D, aby przesunąć nałożony obraz tak, aby z grubsza wyrównał się z obrazem bazowym (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S6B). Zapoznaj się ze strukturami kostnymi, aby uzyskać odniesienie do wyrównania.
    4. Znajdź narzędzie Śledź w menu rozwijanym Manipuluj i przesuń oś do obszaru klatki piersiowej, klikając i przeciągając środek osi. Powiększ obszar klatki piersiowej, klikając środkowy przycisk przewijania myszy komputerowej i przeciągając mysz od ekranu (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S6C).
  6. Dostosuj wyrównanie, aby uzyskać precyzyjne pozycjonowanie w strukturach klatki piersiowej, takich jak klatka piersiowa, górna część kręgosłupa i mostek, dzięki dalszym regulacjom translacji i rotacji. Przełączaj się między widokami 2D i powtarzaj kroki 4.5.3-4.5.4, aż oba obrazy zostaną wyrównane tak, aby przypominały Rysunek 3.
  7. Po wyrównaniu podstawowych i pierwszych obrazów CT nakładki zmień filtr obrazu CT nakładki z powrotem na skalę szarości w menu rozwijanym LUT. Powtórz sekcję 4 dla wszystkich nakładanych obrazów CT tego samego zwierzęcia, używając stałego obrazu podstawowego.

figure-protocol-2
Rysunek 3: Wyrównanie wszystkich obrazów CT. Panie przewodniczący, panie i panowie! Widok koronalny podstawowych (szarych) i nakładkowych (czerwonych) obrazów CT (A) przed i (B) po wyrównaniu. (C,D) Widok strzałkowy obrazów CT (C) przed i (D) po wyrównaniu. Niebieskie strzałki wskazują mysz (1) klatkę piersiową, (2) kręgosłup i (3) mostek. Skrót: CT = tomografia komputerowa. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

5. Współrejestruj obrazy PET z odpowiadającymi im obrazami CT

UWAGA: Wyrównanie obrazu CT nakładki i podstawowego obrazu CT początkowo spowoduje niewyrównanie obrazu CT nakładki z odpowiednim obrazem PET widocznym na Rysunek 4. Obraz PET musi być ponownie zarejestrowany razem z odpowiadającym mu obrazem TK.

  1. Włącz nakładkowy obraz CT i odpowiadający mu obraz PET, klikając ikonę oka po lewej stronie nazwy każdego obrazu.
  2. Zmień krycie obrazów PET i CT na ~50%. Pod listą rozwijaną Window Leveling (Wyrównywanie okien) znajdź listę rozwijaną Opacity Mapping (Mapowanie krycia) i przesuń skalę krycia do środka (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S5).
  3. Użyj narzędzi Tłumacz/Obróć w widokach 2D, aby wyrównać obraz PET z odpowiadającym mu obrazem CT na podstawie struktury kości na obrazie CT i powierzchni kości 18F-NaF na obrazie PET.
    1. Wybierz obraz PET odpowiadający nakładkowemu obrazowi CT z listy rozwijanej Właściwości i ustawienia danych i kliknij raz, aby wybrać jeden z widoków 2D.
    2. Znajdź listę rozwijaną Tłumacz/Obróć na karcie Główne i kliknij ikonę Przemieszczenie (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S6A).
    3. Kliknij i przeciągnij pole tłumaczenia w lewym dolnym rogu i obróć punkt obrotu w środku wybranego widoku 2D (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S6B), aby przesunąć obraz PET w celu jednoczesnej rejestracji z obrazem CT.
  4. Powtórz sekcję 5 dla wszystkich nakładanych obrazów PET i CT, które nie są jednocześnie zarejestrowane z ich obrazami CT.
    UWAGA: Jeśli korejestracja została zakończona, odpowiednie obrazy PET/CT powinny być wyrównane na całej długości ciała, jak pokazano na Rysunek 4.

figure-protocol-3
Rysunek 4: Wyrównanie obrazów PET do odpowiadającego im obrazu CT. Reprezentatywny obraz PET i odpowiadający mu obraz CT (A, C) przed i (B, D) po wspólnej rejestracji. Po zakończeniu korejestracji obrazy PET i CT powinny zostać wyrównane, jak pokazano w Panelu B. Skróty: CT = tomografia komputerowa; PET = pozytonowa tomografia emisyjna. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

6. Zidentyfikuj zwapnienie układu sercowo-naczyniowego

  1. Zidentyfikuj punkt czasowy z największymi przewidywanymi zwapniałymi obszarami w badaniu podłużnym (tj. punkt czasowy późnego zwapnienia lub osoby poddane wstępnemu leczeniu). Wybierz obraz odpowiadający temu punktowi czasowemu, który będzie służył jako obraz "referencyjny", podkreślający najwyraźniej widoczne zwapnienie. Ten wybrany obraz będzie następnie funkcjonował jako szablon do porównania ze wszystkimi innymi obrazami zawierającymi mniejsze obszary zwapnienia w różnych punktach czasowych.
  2. Włącz referencyjny obraz CT, klikając ikonę oka po lewej stronie obrazu. Wybierz narzędzie Śledź z listy rozwijanej Manipuluj i przesuń środek osi wokół obszaru serca.
  3. Powiększ obraz, aby znaleźć zwapniałe obszary (małe, jasne, gęste miejsca) nałożone na sylwetkę serca między klatką piersiową, mostkiem i kręgosłupem (Ryc. 5). Jeśli zwapniałe obszary nie są od razu widoczne, przewijaj warstwy każdego obrazu, wybierając widok 2D i przewijając za pomocą myszy.
  4. Przesuń oś ścieżki, aby umieścić kursor na zwapniałym obszarze, zapewniając jego widoczność we wszystkich widokach 2D. Aby uzyskać wizualne odniesienie do obszarów zwapnienia na obrazie tomografii komputerowej myszy, zapoznaj się z Rysunek 5.
  5. Włącz odpowiedni obraz PET, aby potwierdzić obecność zwapnienia.
    UWAGA: Jeśli ustawienia obrazu PET i współrejestracja zostały odpowiednio dostosowane, obraz PET powinien wykazywać aktywność wokół zwapniałego obszaru, jak pokazano w Rysunek 5D.

figure-protocol-4
Rysunek 5: Identyfikacja zwapniałych obszarów w sercu. Obszary zwapnienia przedstawione na reprezentatywnych (A) strzałkowych, (B) poprzecznych i (C) koronalnych obrazach TK, a także (D) koronalnym obrazie PET/CT. Żółte strzałki wskazują złoża wapnia. Niebieskie strzałki identyfikują struktury odniesienia używane do określania miejsca zwapnienia. Skróty: CT = tomografia komputerowa; PET = pozytonowa tomografia emisyjna. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

7. Narysuj ROI wokół zwapniałych obszarów

  1. Wyłącz obraz referencyjny PET. Włącz tylko obraz referencyjny CT, klikając ikonę oka po lewej stronie obrazu.
  2. Znajdź listę rozwijaną Kształty i wybierz kształt Sfera (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S7). Dostosuj wymiary kuli, klikając i przeciągając jej krawędzie, aby zmienić rozmiar. Zmień położenie kuli, klikając i przeciągając środkowy kwadrat.
    1. Poruszaj się po widokach 2D, aby ostrożnie ustawić sferę. Kula powinna obejmować cały zidentyfikowany obszar zwapnienia i część otaczającego obszaru, ale unikać otaczających kości. Aby uzyskać wizualny przewodnik po optymalnym rysowaniu sfery, zapoznaj się z rysunkiem uzupełniającym S7 (plik uzupełniający 1) w celu prawidłowego rozmieszczenia kuli.
  3. Z listy rozwijanej Właściwości i ustawienia danych kliknij prawym przyciskiem myszy nazwę sfery i wybierz Dodaj do ROI... (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S8A), a następnie wybierz Nowy ROI (Plik uzupełniający 1 - Rysunek uzupełniający S8B).
    1. Przypisz odpowiednią nazwę do nowo utworzonego ROI. W obszarze Geometria wybierz obraz CT, dla którego ma zostać wygenerowany zwrot z inwestycji (plik uzupełniający 1 - rysunek uzupełniający S8C).
    2. Włącz ROI, klikając ikonę oka po lewej stronie nazwy ROI i obserwuj kolorowy ROI odpowiadający rozmiarowi poprzednio narysowanej sfery, jak pokazano na rysunku uzupełniającym S8D (plik uzupełniający 1).
  4. Znajdź zakładkę Segment po lewej stronie ekranu wyświetlacza, obok karty głównej (Rysunek 6A). Zakładka Segment umożliwia tworzenie i edycję ROIs.
    UWAGA: Poniższe trzy kroki mają na celu utworzenie zwrotu z inwestycji z precyzją, która podkreśla wyłącznie zwapniałe obszary w wyznaczonej sferze.
    1. Wybierz referencyjny zwrot z inwestycji w obszarze Właściwości i ustawienia danych i znajdź listę rozwijaną Zakres na karcie Segment. Kliknij, aby zaznaczyć opcję Zdefiniuj zakres (Rysunek 6A).
    2. Zmień zdefiniowany zakres za pomocą pola Wybrany zakres (Rysunek 6A). Upewnij się, że zdefiniowany zakres obejmuje wszystkie niezwapniałe piksele z wartościami jednostek Hounsfielda (HU) poniżej progu wapniowego. W tej demonstracji użyto progu 300 HU dla wapnia, a piksel o najniższej gęstości na tym obrazie to -2,626; w związku z tym wybrany zakres to -2,626-300 HU.
    3. Po skonfigurowaniu wybranego zakresu kliknij przycisk Usuń (Rysunek 6A), aby wyeliminować wszystkie piksele poniżej określonego progu ze sfery ROI.
      UWAGA: Ta akcja powoduje nowy zwrot z inwestycji, który podkreśla wyłącznie zwapniałe obszary w sferze, usprawniając fokus do dalszej analizy. Zrealizowane ROI powinny przypominać ROI przedstawione w Rysunek 6B.
  5. Powtórz kroki 7.3-7.4 dla wszystkich kolejnych obrazów CT, aby utworzyć unikalne nowe ROI przy użyciu wspólnej sfery referencyjnej. Nazwij każdy zwrot z inwestycji tak, aby odpowiadał identyfikacji jego konkretnego obrazu CT, zapewniając zwięzłą i zorganizowaną analizę.
    UWAGA: NIE powinno być konieczne tworzenie nowej sfery do analizy ROI każdego obrazu, ponieważ sfera referencyjna powinna zawierać największy zwapniały obszar ze wszystkich obrazów, zakładając, że wyrównanie jest dokładne.

figure-protocol-5
Rysunek 6: Wykorzystanie segmentacji do ograniczenia ROI do obszarów zwapniałych. (A) Strzałki prowadzą przez kroki wymagane do wyeliminowania niepożądanych danych o gęstości z ROI. Niebieska strzałka wskazuje kartę Segment; żółta strzałka podświetla funkcję Definiuj zakres; zielone strzałki wskazują wybrane wejścia zakresu; a czerwona strzałka wskazuje przycisk Usuń. (B) Po wykonaniu kroków protokołu 7.4-7.4.3, ROI powinien wyraźnie wyznaczyć zwapniałe obszary, jak pokazano w tym panelu. Skrót: ROI = region zainteresowania. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

8. Określ ilościowo zwrot z inwestycji dla każdego obrazu

  1. Wybierz zwrot z inwestycji, który ma zostać określony ilościowo, w menu rozwijanym Właściwości i ustawienia danych.
  2. Znajdź menu rozwijane Właściwości statystyczne po prawej stronie poniżej listy rozwijanej Właściwości podstawowe (Rysunek 7).
  3. Znajdź tabelę Dataset (Zestaw danych) w obszarze Statistical Properties (Właściwości statystyczne). Korzystając z menu rozwijanego po prawej stronie, wybierz odpowiedni zestaw danych obrazowania, który koreluje z ROI, który ma zostać określony ilościowo (Rysunek 7).
    1. Podczas ilościowego określania danych CT w ramach ROI wybierz nazwę obrazu CT, która jest skorelowana z ROI.
    2. Podczas ilościowego określania danych PET w ROI wybierz nazwę obrazu PET, która odpowiada ROI.
  4. Kliknij przycisk Odśwież, aby uzyskać ilościowe wartości wybranego obszaru zwapniałego. Zanotuj wartości Min, Max i Average zgodnie z tabelą zestawu danych. Użyj średnich wartości do kwantyfikacji (Rysunek 7).
  5. Znajdź obliczenie woluminu w górnej części pola Właściwości statystyczne. Użyj tej objętości do kwantyfikacji (Rysunek 7).
  6. W przypadku zestawów danych CT wartości są podawane w HU. Oblicz objętościową zawartość wapnia (vHU), korzystając z iloczynu średniej wartości ROI (HU) i objętości ROI (mm3)12.
  7. W przypadku zbiorów danych PET wartości są podawane w bekereliach (Bq), które odpowiadają rozpadom na sekundę. Przelicz na Bq/mm3, dzieląc średnią wartość ROI (Bq) przez objętość ROI (mm3), dla stężenia wychwytu znacznika.

figure-protocol-6
Rysunek 7: Kwantyfikacja zwrotu z inwestycji. Zakładka Właściwości statystyczne dla wybranego ROI. Czerwone strzałki ilustrują kroki wymagane do uzyskania informacji statystycznych dla zestawu danych na podstawie zwrotu z inwestycji. Czerwone pola identyfikują objętość i średnią wartość jednostki Hounsfielda, niezbędne do dalszych obliczeń analitycznych. Skrót: ROI = region zainteresowania. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Metody analizy
Ta sekcja ilustruje pomyślne wykorzystanie za pomocą reprezentatywnych wyników. W tym miejscu prezentujemy połączony obraz microPET/microCT pojedynczej myszy zeskanowanej w wieku 15 i 18 miesięcy, po poddaniu jej zachodniej diecie (21% tłuszczu, 0,2% cholesterolu) od 12 do 14 miesiąca życia. Zgodnie z sekcjami protokołu 2-8 dotyczącymi kwantyfikacji zwapnienia, czterech niezależnych badaczy oddzielnie zmierzyło objętościową zawartość wapnia i 18aktywności F-NaF PET, używając tych samych reprezentatywnych obrazów microPET/microCT uzyskanych w punktach czasowych 15 i 18 miesięcy. Analizy statystyczne, w tym średnia, odchylenie standardowe, współczynnik korelacji wewnątrzklasowej (ICC)28,29, zostały obliczone w celu określenia wiarygodności i odtwarzalności protokołu między oceniającymi. Oszacowania ICC i ich 95% przedziały ufności zostały obliczone przy użyciu pakietu statystycznego IBM SPSS w oparciu o średnią ocenę (k = 4), spójność, 2-kierunkowy model efektów losowych (ICC(C,1)) (Plik uzupełniający 1-Tabela uzupełniająca S1).

Wyniki
Objętościowa zawartość wapnia, która wynika z objętości i gęstości zwapniałego obszaru, wzrosła u jednej myszy między 15 miesiącami (średnia = 876,08 vHU, odchylenie standardowe = 27,18 vHU) a 18 miesiącami (średnia = 1253,13 vHU, odchylenie standardowe = 7,61 vHU) punktami czasowymi obrazu (Rysunek 8). W przeciwieństwie do tego, aktywność 18F-NaF PET, która mierzy powierzchnię zwapniałego obszaru, zmniejszyła się u tej samej myszy między 15 miesiącami (średnia = 24173,90 Bq/mm3, odchylenie standardowe = 1426,60 Bq/mm3) a 18 miesiącami (średnia = 13849,94 Bq/mm3, odchylenie standardowe = 1524,67 Bq/mm3) punktami czasowymi obrazu (Rysunek 8).

Te wyniki są zgodne z wcześniejszymi ustaleniami, że obrazowanie 18F-NaF PET i CT dostarcza pozornie rozbieżnych informacji o blaszkach miażdżycowych12,13,14. Badanie podłużne nad zwapnieniem wykazało podobny trend, sugerując, że zmniejszenie sygnału 18F-NaF może być spowodowane koalescencją małych osadów wapnia, ostatecznie zmniejszając powierzchnię pomimo wzrostu zawartości12.

figure-results-1
Rysunek 8: Reprezentatywne obrazy microPET/CT. Widoki poprzeczne (po lewej), czołowe (środkowe) i strzałkowe (po prawej) ilustrujące wychwyt fluoru-18 (F-18) w ciągu 15 miesięcy w porównaniu z 18-miesięcznymi reprezentatywnymi obrazami microPET. Białe groty strzałek wskazują obszary zwapnienia. Skróty: CT = tomografia komputerowa; PET = pozytonowa tomografia emisyjna. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Małe odchylenia standardowe obserwowane w naszych wynikach sugerują wysoki stopień zgodności i spójności między pomiarami uzyskanymi przez różnych badaczy. Co więcej, wartość ICC(C,1) wynosząca 0,997 z 95% przedziałem ufności = 0,983-1,000 uzyskana w naszym badaniu (plik uzupełniający 1-tabela uzupełniająca S1) wskazuje na doskonałą zgodność między pomiarami wykonanymi przez różnych badaczy. Ten poziom zgodności sugeruje, że pomiary są wiarygodne i spójne dla wszystkich badaczy, co wskazuje na wysoką odtwarzalność tego nowatorskiego protokołu kwantyfikacji.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten nowatorski protokół jest ulepszonym podejściem do ilościowego oznaczania zwapnień sercowo-naczyniowych. Ze względu na nieinwazyjny charakter obrazowania, podłużne obrazy mikrotomografii komputerowej mogą być uzyskiwane w celu śledzenia postępu zwapnienia układu sercowo-naczyniowego u małych zwierząt. Chociaż same obrazy mikrotomografii komputerowej mogą pokazać postęp zawartości wapnia, obrazy microPET, jeśli są dostępne, mogą dostarczyć dodatkowych poziomów informacji, zwłaszcza ulepszonego wykrywania małych osadów wapnia spowodowanych wiązaniem znacznika z powierzchnią. W celu dalszej poprawy dokładności i odtwarzalności tej metody zaleca się włączenie obrazowania TK z bramką serca ze wzmocnieniem kontrastowym. Obrazowanie CT ze wzmocnieniem kontrastowym usprawnia zastosowanie tego protokołu w większych badaniach na zwierzętach i badaniach klinicznych, w których tomografia komputerowa o niższej rozdzielczości ze wzmocnieniem kontrastowym z obrazowaniem PET 18F-NaF jest standardem w ilościowym określaniu zwapnień układu sercowo-naczyniowego30,31. Co więcej, bramkowany sercem PET i tomografia komputerowa z bramką serca redukują artefakty ruchowe za pomocą danych elektrokardiogramu (EKG), co skutkuje wyraźniejszymi obrazami serca o wyższej jakości32,33. Nasza metoda analizy obrazu może być stosowana do danych z PET z bramką serca i CT z bramką serca w badaniach podłużnych.

Przeglądarki DICOM uniwersalnie oferują funkcje niezbędne dla tego protokołu. Podstawowe funkcje, w tym przeglądanie obrazów 2D i 3D, histogramy, kontrolki okien, tabele przeglądowe, narzędzia do translokacji, obracania, nakładania i nawigacji, są standardem wśród większości programów do przeglądania DICOM34,35 i pozwalają na precyzyjne wyrównanie obrazów i wskazanie zwapnień. Bardziej zaawansowane funkcje, takie jak segmentacja, są również wspólne dla większości programów do przeglądania DICOM 34,35,36 , umożliwiając precyzyjne wyznaczenie zwrotu z inwestycji i dokładną kwantyfikację wybranych zwrotów z inwestycji. Ogólnie rzecz biorąc, ten elastyczny protokół zapewnia kompatybilność między platformami wyświetlania DICOM, umożliwiając naukowcom korzystanie z preferowanego oprogramowania bez uszczerbku dla metodologii.

Chociaż protokół ten jest ogólnie prosty, pomyślne wykorzystanie i wiarygodne wyniki zależą od kilku krytycznych czynników. Przed rekonstrukcją i analizą obrazu konieczne jest uwzględnienie wstrzykniętej dawki z korekcją zaniku i jej jednostki 18znaczników PET F-NaF w pliku DICOM, aby zapewnić dokładność oznaczania ilościowego. Ponadto utrzymanie spójnego i stabilnego położenia myszy w otworze skanera znacznie ułatwia cyfrowe wyrównywanie obrazów — proces ten ma zasadnicze znaczenie dla utrzymania spójności analitycznej obrazów seryjnych w badaniu podłużnym.

Inne krytyczne kroki są wbudowane w protokół. Zwrot z inwestycji należy dobierać ostrożnie, aby wykluczyć kości szkieletowe i inne zwapniałe struktury w górnej części klatki piersiowej (takie jak chrząstka tarczycy). Przed przystąpieniem do rysowania zwrotu z inwestycji kluczowym krokiem jest staranny wybór punktu czasowego z największym widocznym zwapnieniem jako obrazu "referencyjnego" (patrz krok 6.1 protokołu). Aby jeszcze bardziej zwiększyć dokładność ROI, najlepiej jest rozszerzyć wymiar kuli poza widoczne granice zwapnienia, wykluczając wszelkie sąsiednie kości, jak pokazano na rysunku uzupełniającym S7 (plik uzupełniający 1). Te strategiczne wybory zapewniają, że granice ROI kompleksowo obejmują obszary zwapnienia we wszystkich kolejnych skanach. Równie ważnym krokiem jest wybór wartości progowej gęstości wokseli, która pozwoli zidentyfikować minerał wapnia (patrz krok 7.4 protokołu); Może się to różnić w zależności od specyfikacji konkretnego badania, takiej jak używany sprzęt do obrazowania i oprogramowanie przeglądarki DICOM. W przykładzie ilustracyjnym minimalny próg gęstości mikrotomografii komputerowej dla zwrotu z inwestycji został zdefiniowany jako 300 HU w oparciu o nasze doświadczenia z microPET/microCT.

Rozwiązywanie problemów z tym protokołem polega głównie na sprawdzaniu, czy na każdym kroku wybrano lub odpowiednio włączono/wyłączono właściwe obrazy, obiekty i ROI. Typowe błędy w kwantyfikacji zwrotu z inwestycji polegają na tym, że użytkownicy omyłkowo wybierają obraz zamiast zwrotu z inwestycji lub wybierają zestaw danych w menu rozwijanym właściwości statystycznych, który nie jest zgodny z wybranym zwrotem z inwestycji. Kolejnym wyzwaniem może być wizualizacja obrazu. Na przykład bez użycia odpowiedniej skali kolorów obrazy mogą być zbyt ciemne lub jasne, zasłaniając osady wapnia. Dostrojenie ustawień wizualizacji ma kluczowe znaczenie, ponieważ optymalna konfiguracja może różnić się od tych stosowanych w tym protokole. Dodatkowa modyfikacja protokołu, która może okazać się korzystna, polega na badaniu różnych kształtów podczas etapu rysowania ROI, aby jak najlepiej otoczyć zwapniały obszar. W zależności od wymagań badania, alternatywne kształty, takie jak cylinder lub kapsuła, mogą okazać się bardziej skuteczne niż standardowa kula użyta w przykładowym protokole. Aby uzyskać bardziej szczegółową pomoc w rozwiązywaniu problemów z błędami specyficznymi dla oprogramowania do przeglądania DICOM, zaleca się skonsultowanie się z pomocą techniczną oprogramowania.

Chociaż protokół ten upraszcza analizę zwapnień sercowo-naczyniowych u gryzoni, istnieją pewne ograniczenia. Pomimo tego, że jest to doskonała metoda wykrywania zwapnień sercowo-naczyniowych, obrazowanie PET 18F-NaF może napotkać wyzwania w uchwyceniu najmniejszych depozytów wapnia ze względu na ograniczenia rozdzielczości i częściowy efekt objętościowy, co może prowadzić do niedoszacowania sygnału PET 8,27. Na obrazach TK obecność szumu może mieć wpływ na wykrywanie37. Chociaż hałas można złagodzić, ustalając wyższy próg HU, kompromisem jest wykluczenie najmniejszych osadów o niskiej gęstości. Gdy złoża minerałów wapnia o zwykłej gęstości są mniejsze niż wymiary wokseli, częściowy efekt objętości powoduje, że wydają się one mieć mniejszą gęstość i większy rozmiar niż rzeczywiste 38,39. W związku z tym istnieje delikatna równowaga przy ustalaniu minimalnego progu zagęszczenia dla badania, z kompromisem między potencjalnym przeszacowaniem z powodu hałasu a potencjalnym niedoszacowaniem wynikającym z wykluczenia małych złóż.

Wiele uznanych metod określiło ilościowo zwapnienie za pomocą obrazowania CT 11,12,20,40,41,42. Zazwyczaj obejmuje to identyfikację wyniku CAC u uczestników badań i pacjentów, zgodnie z protokołem skali Agatston43. Jednak poważne ograniczenia skali Agatston sprawiają, że jest ona wysoce niewiarygodna ze względu na obcinanie, ponowne przypisywanie i progowanie danych po przejęciu39. Ponadto protokół oceny Agatston może identyfikować tylko obszary powyżej granicy wykrywalności skanera wynoszącej 100-200 μm8. Uznając rosnące znaczenie zwapnienia jako czynnika ryzyka chorób sercowo-naczyniowych, konieczne jest opracowanie metod, które dokładnie określają ilościowo zwapnienie. Postępy w obrazowaniu 18F-NAF PET/CT poprawiły wizualizację zwapnienia układu sercowo-naczyniowego; Utrzymują się jednak wyzwania związane z opracowaniem dokładnych metod analizy danych na potrzeby badań podłużnych. Obecne metody kwantyfikacji zwapnienia polegają na ręcznym rysowaniu ROI wokół każdego widocznego zwapniałego obszaru u każdego badanego w każdym indywidualnym punkcie czasowym w badaniu podłużnym 11,12,15. Te obecne metody mogą ograniczać dokładność, szczególnie gdy osady zbliżają się do granicy wykrywalności skanera. Bez wyrównania do punktu czasowego pokazującego największe zwapnienie, zdefiniowanie ROI na obrazach z mniejszymi zwapnieniami staje się wyzwaniem. W naszym nowatorskim protokole prezentujemy udoskonalone podejście do analizy danych, integrujące wyrównanie obrazu i spójność ROI, aby zwiększyć spójność analizy danych w obrazach sekwencyjnych, poprawiając w ten sposób trafność oceny zwapnienia w podłużnych badaniach PET/CT. Metoda ta nie tylko rozwiązuje problemy związane z analizą danych, ale może również dostarczyć informacji na temat procesu progresji zwapnienia układu sercowo-naczyniowego.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dziękujemy wszystkim członkom UCLA Crump Preclinical Imaging Technology Center za pomoc w pozyskiwaniu i przetwarzaniu danych, a także za utrzymanie sprzętu i infrastruktury. Dziękujemy Jeffreyowi Collinsowi za pomoc w operacji cyklotronu i syntezie 18F-NaF. Dziękujemy UCLA Statistical Consulting Group za pomoc w analizie statystycznej. Praca ta jest wspierana przez NIH Cancer Center Support Grant (2 P30 CA016042-44 do MT) oraz National Institutes of Health, Heart, Lung, and Blood Institute (HL137647 i HL151391 do YT i LLD). Skaner GNEXT PET/CT został sfinansowany przez NIH S10 Shared Instrumentation for Animal Research Grant (1S10OD026917-01A1 dla Ariona Chatziioannou).

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
0,5 cc Sterylne strzykawki insulinoweExel International#26028Używany do wstrzykiwań dożylnych 18F-NaF PET Tracer
18F-NaF PET TracerCNSI Cyclotron
BiorenderBiorenderUżywany do rysunku 1
Samica myszy Apoe-/-Jackson Laboratories#002052B6.129P2-Apoe tm1Unc/J
GNEXT PET/CTSofie Biosciences, Dulles, Virginia
IsofluranePiramal Critical CareStosowany jako znieczulenie do obrazowania myszy
ORS DragonflyComet Technologies Canada Inc.
SPSS StatisticsIBM
Western dieta dla myszyEnvigo#TD8813921% tłuszczu, 0,2% cholesterolu

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rennenberg, R. J. M. W., et al. Vascular calcifications as a marker of increased cardiovascular risk: A meta-analysis. Vasc Health Risk Man. 5, 185-197 (2009).
  2. Budoff, M. J., et al. Long-term prognosis associated with coronary calcification - observations from a registry of 25,253 patients. J Am Coll Cardiol. 49 (18), 1860-1870 (2007).
  3. Polonsky, T. S., et al. Coronary artery calcium score and risk classification for coronary heart disease prediction. JAMA. 303 (16), 1610-1616 (2010).
  4. Gepner, A. D., et al. Comparison of coronary artery calcium presence, carotid plaque presence, and carotid intima-media thickness for cardiovascular disease prediction in the multi-ethnic study of atherosclerosis. Circ Cardiovasc Imaging. 8 (1), e002262(2015).
  5. Pillai, I. C. L., et al. Cardiac fibroblasts adopt osteogenic fates and can be targeted to attenuate pathological heart calcification. Cell Stem Cell. 20 (2), 218-232.e5 (2017).
  6. Mori, H., et al. Coronary artery calcification and its progression: What does it really mean. JACC Cardiovasc Imaging. 11 (1), 127-142 (2018).
  7. Mohan, J., Bhatti, K., Tawney, A., Zeltser, R. StatPearls [Internet]. , Treasure Island (FL). (2023).
  8. Wang, Y., Osborne, M. T., Tung, B., Li, M., Li, Y. Imaging cardiovascular calcification. J Am Heart Assoc. 7 (13), e008564(2018).
  9. Fletcher, A. J., et al. Quantifying microcalcification activity in the thoracic aorta. J Nucl Cardiol. 29 (3), 1372-1385 (2022).
  10. Derlin, T., et al. Feasibility of 18F-sodium fluoride PET/CT for imaging of atherosclerotic plaque. J Nucl Med. 51 (6), 862-865 (2010).
  11. Hsu, J. J., et al. Changes in microarchitecture of atherosclerotic calcification assessed by 18F-NaF PET and CT after a progressive exercise regimen in hyperlipidemic mice. J Nucl Cardiol. 28 (5), 2207-2214 (2021).
  12. Hsu, J. J., et al. Effects of teriparatide on morphology of aortic calcification in aged hyperlipidemic mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 314 (6), H1203-H1213 (2018).
  13. Irkle, A., et al. Identifying active vascular microcalcification by 18F-sodium fluoride positron emission tomography. Nat Commun. 6, 7495(2015).
  14. Syed, M. B. J., Doris, M., Dweck, M., Forsythe, R., Newby, D. E. Chapter 9 - Imaging vascular calcification: Where are we headed. Coronary Calcium: A Comprehensive Understanding of Its Biology, Use in Screening, and Interventional Management. , (2019).
  15. Joshi, N. V., et al. 18F-fluoride positron emission tomography for identification of ruptured and high-risk coronary atherosclerotic plaques: A prospective clinical trial. Lancet. 383 (9918), 705-713 (2014).
  16. Fiz, F., et al. 18F-NaF uptake by atherosclerotic plaque on PET/CT imaging: Inverse correlation between calcification density and mineral metabolic activity. J Nucl Med. 56 (7), 1019-1023 (2015).
  17. Kruithof, B. P., et al. An in vivo map of bone morphogenetic protein 2 post-transcriptional repression in the heart. Genesis. 49 (11), 841-850 (2011).
  18. Sheen, C. R., et al. Pathophysiological role of vascular smooth muscle alkaline phosphatase in medial artery calcification. J Bone Miner Res. 30 (5), 824-836 (2015).
  19. Tsai, M. T., Chen, Y. Y., Chang, W. J., Li, S. Y. Warfarin accelerated vascular calcification and worsened cardiac dysfunction in remnant kidney mice. J Chin Med Assoc. 81 (4), 324-330 (2018).
  20. Wait, J. M., et al. Detection of aortic arch calcification in apolipoprotein e-null mice using carbon nanotube-based micro-ct system. J Am Heart Assoc. 2 (1), e003358(2013).
  21. White, D. J., et al. 19F MAS-NMR and solution chemical characterization of the reactions of fluoride with hydroxyapatite and powdered enamel. Acta Odontol Scand. 46 (6), 375-389 (1988).
  22. Czernin, J., Satyamurthy, N., Schiepers, C. Molecular mechanisms of bone 18F-NaF deposition. J Nucl Med. 51 (12), 1826-1829 (2010).
  23. Chen, N. X., O'neill, K. D., Dominguez, J. M. 2nd, Moe, S. M. Regulation of reactive oxygen species in the pathogenesis of matrix vesicles induced calcification of recipient vascular smooth muscle cells. Vasc Med. 26 (6), 585-594 (2021).
  24. Klose, A. D., Paragas, N. Automated quantification of bioluminescence images. Nat Commun. 9 (1), 4262(2018).
  25. Chen-Mayer, H. H., et al. Standardizing ct lung density measure across scanner manufacturers. Med Phys. 44 (3), 974-985 (2017).
  26. Coxson, H. O. Sources of variation in quantitative computed tomography of the lung. J Thorac Imaging. 28 (5), 272-279 (2013).
  27. Rogasch, J. M. M., et al. Influences on pet quantification and interpretation. Diagnostics (Basel). 12 (2), 451(2022).
  28. Liljequist, D., Elfving, B., Skavberg Roaldsen, K. Intraclass correlation - a discussion and demonstration of basic features. PLoS One. 14 (7), e0219854(2019).
  29. Koo, T. K., Li, M. Y. A guideline of selecting and reporting intraclass correlation coefficients for reliability research. J Chiropr Med. 15 (2), 155-163 (2016).
  30. Moss, A. J., et al. Molecular coronary plaque imaging using (18)f-fluoride. Circ Cardiovasc Imaging. 12 (18), e008574(2019).
  31. Moss, A., et al. Coronary atherosclerotic plaque activity and future coronary events. JAMA Cardiol. 8 (8), 755-764 (2023).
  32. Badea, C., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. Micro-ct with respiratory and cardiac gating. Med Phys. 31 (12), 3324-3329 (2004).
  33. Yang, Y., Rendig, S., Siegel, S., Newport, D. F., Cherry, S. R. Cardiac pet imaging in mice with simultaneous cardiac and respiratory gating. Phys Med Biol. 50 (13), 2979-2989 (2005).
  34. Liao, W., Deserno, T. M., Spitzer, K. Evaluation of free non-diagnostic dicom software tools. Proc Spie. 6919, (2008).
  35. Haak, D., Page, C. E., Deserno, T. M. A survey of dicom viewer software to integrate clinical research and medical imaging. J Digit Imaging. 29 (2), 206-215 (2016).
  36. Aiello, M., et al. How does dicom support big data management? Investigating its use in medical imaging community. Insights Imaging. 12 (1), 164(2021).
  37. Kristanto, W., Van Ooijen, P. M., Groen, J. M., Vliegenthart, R., Oudkerk, M. Small calcified coronary atherosclerotic plaque simulation model: Minimal size and attenuation detectable by 64-MDCT and microCT. Int J Cardiovasc Imaging. 28 (4), 843-853 (2012).
  38. Dehmeshki, J., et al. Volumetric quantification of atherosclerotic plaque in ct considering partial volume effect. IEEE Trans Med Imaging. 26 (3), 273-282 (2007).
  39. Demer, L. L., Tintut, Y., Nguyen, K. L., Hsiai, T., Lee, J. T. Rigor and reproducibility in analysis of vascular calcification. Circ Res. 120 (8), 1240-1242 (2017).
  40. Alluri, K., et al. Scoring of coronary artery calcium scans: History, assumptions, current limitations, and future directions. Atherosclerosis. 239 (1), 109-117 (2015).
  41. Zhang, L., et al. Advances in CT techniques in vascular calcification. Front Cardiovasc Med. 8, 716822(2021).
  42. Achenbach, S., Raggi, P. Imaging of coronary atherosclerosis by computed tomography. Eur Heart J. 31 (12), 1442-1448 (2010).
  43. Agatston, A. S., et al. Quantification of coronary artery calcium using ultrafast computed tomography. J Am Coll Cardiol. 15 (4), 827-832 (1990).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cardiovascular CalcificationMicroPET ImagingMicroCT ImagingLongitudinal ImagingCalcification QuantificationRegion Of InterestImage AlignmentVascular CalcificationSmall Animal ImagingNon Invasive Imaging

Related Articles