Pozytonowa tomografia emisyjna serca o wysokiej rozdzielczości/tomografia komputerowa dla małych zwierząt

Przedstawiony protokół PET/CT serca jest przydatny do uzyskiwania informacji funkcjonalnych i morfologicznych w różnych małych zwierzęcych modelach chorób serca. Do zalet obrazowania PET/CT w porównaniu z innymi metodami obrazowania przedklinicznego należą między innymi wysoka czułość i bardzo wysoka rozdzielczość przestrzenna czasowa, a także solidność, ponieważ nie wymaga ręcznego pozycjonowania sond przez operatorów. Jednym z głównych modeli choroby, który można badać za pomocą tego protokołu, jest zawał mięśnia sercowego.

Można jednak badać inne choroby kardiometaboliczne, a także odpowiedź na terapię. Na przykład nasza grupa jest zainteresowana rolą otyłości i cukrzycy w metabolizmie i funkcji serca. Kroki zawarte w tym protokole mogą być łatwo wykonane przez użytkowników bez doświadczenia.

Jednak niektóre etapy, takie jak kaniulacje żył ogonowych i pobieranie krwi, mogą wymagać pewnego szkolenia i doświadczenia, aby można je było powtarzalnie wykonać. Procedurę zademonstrują Federica La Rosa, pracownik naukowy z naszego laboratorium, Federico Granziera, doktorant z Sant'Anna School of Advanced Studies oraz Domiziana Terlizzi, lekarz weterynarii z Fondazione Toscana Gabriele Monasterio. Aby rozpocząć, umieść mysz w pozycji leżącej głową do przodu na łożu skanera tomografu PET/CT, wkładając nos do maski na nos w celu znieczulenia i delikatnie blokując głowicę maski taśmą klejącą.

Zamocuj kończyny górne i dolne na łóżku skanera, aby zapobiec mimowolnym ruchom podczas zabiegów obrazowania, które mogą prowadzić do artefaktów ruchowych. Monitoruj temperaturę ciała za pomocą sondy doodbytniczej i częstość oddechów za pomocą poduszki oddechowej. W przypadku myszy narysuj od 100 do 150 mikrolitrów 10 megabekereli fluoru-18 FDG za pomocą strzykawki insulinowej.

Jeśli pierwotne stężenie znacznika w fiolce jest wysokie, rozcieńczyć znacznik solą fizjologiczną do stężenia od 50 do 100 megabekereli na mililitr. Użyj kalibratora dawki PET, aby zmierzyć rzeczywistą aktywność w strzykawce. Opisz aktywność przed wstrzyknięciem i czas pomiaru, ponieważ wartości te będą później używane przy użyciu określonych modułów wejściowych graficznego interfejsu użytkownika skanera PET.

Jeśli używasz jomeprolu, ustaw szybkość wtrysku na 10 mililitrów na godzinę i objętość na 0,5 mililitra. Podłączyć strzykawkę do pompy strzykawkowej i ustawić pompę na rzeczywisty rozmiar i średnicę strzykawki, a następnie podłączyć strzykawkę do rurki i igły CA i wstępnie napełnić rurkę CA. Ustaw szybkość wtryskiwania na 10 mililitrów na godzinę, ograniczając objętość wtrysku do 0,5 mililitra. Do wstrzykiwania jomeprolu należy użyć pompy strzykawkowej umożliwiającej powolne wstrzykiwanie ze stałą szybkością, z już ustawioną szybkością wstrzykiwania wynoszącą 10 mililitrów na godzinę.

Ograniczając objętość wtrysku do 0,5 mililitra, przerwij wstrzykiwanie po trzech minutach. Po upewnieniu się, że rurka i igła są wstępnie napełnione CA, podłącz igłę dołączoną do rurki CA do kaniuli żyły ogonowej. Należy rozpocząć wstrzykiwanie.

Zamknij pokrywę skanera i przygotuj się do skanowania Cine-CT. Po 60 sekundach od rozpoczęcia wstrzyknięcia naciśnij przycisk Kontynuuj w interfejsie użytkownika tomografu, aby rozpocząć akwizycję Cine-CT. Wstrzyknięcie CA zatrzyma się mniej więcej w tym samym czasie, co zakończenie skanowania Cine-CT.

Otwórz obrazy DICOM dynamicznego skanowania PET. Wybierz moduł wtyczki serca. Powiększ obraz serca myszy lub szczura i wybierz ostatni przedział czasowy lub sumę ostatnich trzech do pięciu przedziałów czasowych, w których większość aktywności puli krwi została już wypłukana.

Postępuj zgodnie z instrukcjami wyświetlanymi na ekranie, aby zmienić orientację obrazu wzdłuż głównej osi serca zwierzęcia. Zrób to interaktywnie, przesuwając wyświetlane znaczniki podstawy serca i wierzchołka. Następnie wybierz narzędzie Segmentacja.

Jeśli wynik automatycznej segmentacji nie jest akceptowalny, doprecyzuj kształt segmentowanego mięśnia sercowego lub jamy lewej komory, włączając wyłączone wyszukiwanie ROI w trybie ręcznym. W narzędziu do modelowania wybierz odpowiedni model kinetyczny lub dynamiczną analizę PET. W takim przypadku wybierz opcję graficzną, a następnie Patlak, aby umożliwić analizę wykresu Patlaka w celu obliczenia tempa metabolicznego wychwytu glukozy dla każdego sektora serca.

Następnie w narzędziu do tworzenia mapy biegunowej wybierz odpowiednią liczbę wyświetlanych segmentów serca. W takim przypadku wybierz 17 segmentów. Teraz naciśnij przycisk Dopasuj, aby przeprowadzić procedurę dopasowania analizy Patlak

Pod koniec procedury montażu należy zwrócić uwagę na wyświetloną mapę biegunową wartości KI. Załaduj obrazy DICOM skanowania Cine-CT do oprogramowania. Następnie otwórz dynamiczny zestaw danych za pomocą wbudowanej przeglądarki 4D.

Korzystając z narzędzia do przekształcania 3D dla wielu graczy lub narzędzia MPR, zmień orientację danych obrazu wzdłuż krótkiej osi. Eksportuj przeorientowane dane do formatu DICOM, upewniając się, że eksportowane są całe dane 4D z zachowaniem grubości warstwy i głębi bitowej obrazu wynoszącej 16 bitów na woksel. Otwórz wyeksportowane obrazy 4D MPR za pomocą przeglądarki 4D, a następnie wybierz przedział czasowy odpowiadający końcowi rozkurczu i przeglądaj wszystkie przedziały czasowe za pomocą suwaka czasu na głównym pasku narzędzi, aby upewnić się, że wybrano właściwą fazę serca.

W tym przedziale czasowym wybierz narzędzie do adnotacji zamkniętego wielokąta i ręcznie nakreśl ścianę wsierdzia lewej komory. Zrób to samo dla 10 do 20 plasterków od podstawy do wierzchołka, upewniając się, że wszystkie ROI mają tę samą nazwę. Następnie w menu ROI wybierz wolumen ROI, a następnie wygeneruj brakujące ROI, aby wygenerować ROI na wszystkich krótkich wycinkach osi przez interpolację ręcznie narysowanych ROI.

Następnie wybierz wolumin ROI, a następnie wolumin obliczeniowy, aby obliczyć wolumin grupy ROI o tej samej nazwie ROI. Następnie przejrzyj ramy czasowe, wybierz fazę odpowiadającą skurczowi końcowemu i oblicz objętość grupy ROI o tej samej nazwie ROI, jak pokazano. Na koniec oblicz objętość wyrzutową i frakcję wyrzutową, korzystając z równania opisanego w manuskrypcie.

Wyniki automatycznej segmentacji mięśnia sercowego i jamy lewej komory myszy kontrolnej CD1 przedstawiono tutaj. Nawet u zdrowych osób w PET często obserwuje się niższe zrekonstruowane wartości wokół wierzchołka. Analiza graficzna Patlaka zademonstrowała przykład regionalnego KI, wykresu punktowego i analizy regresji liniowej oraz wartości nachylenia i punktu przecięcia dopasowania liniowego wykonanego na każdym segmencie wraz z odpowiadającym im współczynnikiem determinacji.

U zdrowego szczura pokazano różne kształty i rozmiary lewej komory dla fazy końcoworozkurczowej i końcowoskurczowej. Dzięki rekonstrukcji 3D segmentowanej objętości lewej komory, obliczenie objętości dało objętość końcoworozkurczową 0,361 mililitra i objętość końcowoskurczową 0,038 mililitra. Tomowe odwzorowanie tego samego serca szczura dla skurczu końcowego i skurczu końcowego pozwala na zobrazowanie komór i naczyń wzmocnionych jodem, dzięki czemu ich wartość jest bardziej jakościowa niż ilościowa.

Utrzymuj poziom znieczulenia i często sprawdzaj parametry fizjologiczne zwierzęcia podczas badania. Ponadto należy przeprowadzić wstępną kontrolę drożności kaniulacji, aby uniknąć nieudanych wstrzyknięć. Ze względu na nieinwazyjny charakter tego badania, zwierzę może zostać odzyskane po zabiegu i rozpadzie znacznika promieniotwórczego, tak że praktycznie można zastosować dowolną inną metodę badawczą.

W przeciwnym razie, jeśli zwierzę ma zostać poddane eutanazji po obrazowaniu PET/CT, można przeprowadzić wszystkie standardowe analizy ex vivo na wzbudzonych tkankach.