Методическая статья

Непрерывная выборка крови в малой животной позитронно-эмиссионной томографии / компьютерная томография позволяет измерения артериальной функции ввода

DOI:

10.3791/59701

⸱

8 августа 2019 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Institute of Anatomy, Rostock University Medical Center, 2Department of Nuclear Medicine, Rostock University Medical Center, 3Core Facility Multimodal Small Animal Imaging, Rostock University Medical Center, 4Rudolf-Zenker-Institute for Experimental Surgery, Rostock University Medical Center

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

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

Здесь описывается протокол непрерывной отбора проб крови во время ПЭТ/КТ-изображения крыс для измерения функции ввода артерий (AIF). Показаны катетеризация, калибровка и настройка системы и анализ данных радиоактивности крови. Полученные данные обеспечивают входные параметры для последующего биокинетического моделирования.

Аннотация

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

Для количественного анализа и биокинетического моделирования позитронно-эмиссионной томографии/компьютерной томографии (ПЭТ/КТ) является ключевым моментом определение концентрации временной активности в височной крови, также известной как функция ввода артерий (АИФ), особенно для характеристики моделей болезней животных и внедрения недавно разработанных радиотрадей. Знание доступности радиотраиката в крови помогает интерпретировать ПЭТ/КТ-данные о активности тканей. Для этого рекомендуется измерять анализ ПЭТ/КТ в режиме онлайн для измерения АИФ. В отличие от ручной выборки крови и подходов, полученных из изображений, непрерывная онлайновая выборка крови имеет ряд преимуществ. Помимо минимизированной кровопотери, есть улучшенное разрешение и превосходная точность для измерения активности крови. Тем не менее, основным недостатком онлайн выборки крови является дорогостоящим и трудоемким препаратом для катетеризации бедренных сосудов животного. Здесь мы описываем простой и полный рабочий процесс для катетеризации и непрерывной выборки крови во время визуализации ПЭТ/КТ животных животных и сравниваем его с ручной выборкой крови и подходом, полученным из изображения. С помощью этого высокостандартного рабочего процесса, определение фтородеоксиглюкозы (No18FDG) AIF демонстрируется. Кроме того, эта процедура может быть применена к любому радиотраисту в сочетании с различными моделями животных для создания фундаментальных знаний трассиковых кинетических и модельных характеристик. Это позволяет более точно оценивать поведение лекарственных препаратов, как для диагностических, так и для терапевтических подходов в доклинических исследованиях онкологических, нейродегенеративных и миокардных заболеваний.

Введение

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

Позитронно-эмиссионная томография/компьютерная томография (ПЭТ/КТ) является ядерной технологией визуализации, которая позволяет визуализировать метаболические процессы в организме после инъекции радиоактивно помеченного лиганда, также называемого трассировщиком. В то время как лиганд является молекулой, которая участвует в метаболических путей или цели клеточных белков поверхности, радиоактивный ярлык позитронно-излучающих радионуклид. Гамма-лучи косвенно излучаются позитронным распадом и позволяют обнаруживать его распространение в организме с помощью внекорковых ПЭТ-детекторов. Таким образом, различные клеточные молекулы могут быть направлены: нейромедиатор рецепторов и транспортеров, метаболических процессов, таких как гликолиз или митохондриальные белки, как транслокатор белка 18 kDa (TSPO) для обнаружения активированных клеток глия.

В доклинических исследованиях ПЭТ/КТ является привлекательным методом изучения биохимических процессов неинвазивным образом в vivo, что позволяет проводить продольные исследования. Данные ПЭТ/КТ подтверждают анализ механизмов заболеваний, оценку характеристик и фармакокинетику новых лекарственных средств и проверку как современных, так и новых радиотрафаторов для трансляционных исследований.

Во время ПЭТ/КТ-анализов можно определить три состояния трассировщика (пример модели отсека из 2 тканей): Во-первых, трассировщик течет в крови после ее применения (состояние 1; conc.«кровь»). Во-вторых, он входит в ткань через капиллярную кровать и может либо свободно перемещаться в внеклеточном пространстве, либо неспецифически связан с различными клеточными или внеклеточными структурами (государство 2; conc.(unspec). В-третьих, трассировщик может быть специально связан (с метаболическим захватом или без него) к молекуле цели (состояние 3, conc.(spec). Все эти динамические процессы между отсеками в определенной степени двунаправленные, а процессы диффузии описываются константами скорости (K1, k2, k3 и k4). В то время как концентрация трассировщика в крови (т.е. состояние 1) называется "Вход", концентрация неспецифического и конкретно связанного трассировщика (т.е. состояния 2 и состояния 3) называется "Выход" и может быть непосредственно получена из ПЭТ-изображения. Это физиологическое отношение может быть отображено в модели отсека из 2 тканей(рисунок 1).

figure-introduction-1
Рисунок 1 : Двухтканевая скупая модель. Отображаются физиологические условия трех различных состояний трассировщика и динамические процессы между ними. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

В идеальном случае conc.«spec» пропорционален концентрации молекулы-мишени. Тем не менее, выход ПЭТ / КТ измерения является сумма conc.«спец» и conc.«unspec». Для определения conc.«spec» в интересуемом регионе, параллельно определяется conc.«unspec» эталонной области, лишенной целевого белка/пути. Используя соответствующие математические уравнения, теперь можно рассчитать conc.«spec», чаще всего используя модель отсека (подход биокинетического моделирования). Однако во многих случаях такая эталонная область, лишеннаяцелевого белка, недоступна 1,2. В этих случаях, conc.«кровь» может быть использована для определения conc..spec. Так как conc.«кровь» варьируется из-за различных печени и почек очистки, выделение, кровоток, различные проникновения мозга-гематоэнцефалический барьер и связанных с болезнью факторов3, текущий золотой стандарт заключается в измерении conc. крови параллельно ПЭТ/КТ путем непрерывного отбора проб крови. Это дает функции ввода артерий (AIF), которая определяется как conc.«кровь» с течением времени4. Следует отметить, что выполнение непрерывной пробы крови считается технически очень сложной задачей, особенно у мелких животных, таких как крысы или мыши5.

Здесь мы предоставляем простой и практичный протокол для непрерывного образца крови крыс через артериовенный (a-v) шунт между бедренной вены и артерии. В сочетании с коммерчески доступной системой детектора насоса, мы можем генерироватьв режиме реального времени, непрерывный AIF во время динамических 18 F'fluorodeoxyglucose (No18F'FDG)-ПЭТ / КТ сканирования у крыс и сравнил его с альтернативными подходами. ПЭТ/КТ-изображение было выполнено у самцов крыс sprague dawley в возрасте 4 месяцев со средним весом 462 г и 33 г (среднее стандартное отклонение) с помощью мультимодального СКАНЕРа ПЭТ/КТ.

Поскольку в ходе серии измерений используется широкий спектр устройств (калибратор дозы, онлайн-сэмплер крови, ПЭТ/КТ и счетчик скважин), процедура контроля качества, называемая перекрестной калибровкой, необходима для проверки количественной точности всех систем и компенсировать различия. Перекрестная калибровка в контексте онлайн-выборов крови означает, что частота подсчета для данной активности концентрации, измеренной в исправленных ПЭТ-изображениях, может быть преобразована в концентрацию, измеряемую с помощью системы twilite для той же концентрации. Таким образом, была установлена процедура перекрестной калибровки между ПЭТ/КТ, системой отбора проб крови и счетчиком скважин.

Эта высокостандартная методология обеспечивает мощный подход к количественной оценке метаболических и клеточных процессов в доклинических исследованиях малых животных и является элегантным способом повышения надежности и воспроизводимости AIF. AIF затем может быть использован для количественной оценки конкретно связаны трассировщик в ткани в доклинических ПЭТ / КТ данных с помощью био-кинетического моделирования.

Протокол

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

Все обращения с животными и эксперименты были одобрены Государственным комитетом по исследованию животных Мекленбурга-Передней Померании (LALLF M-V/7221.3-1.1-004/18, утверждение: 03.04.2018). Эксперименты проводились в соответствии с Руководящими принципами ARRIVE.

ПРИМЕЧАНИЕ: Животные содержались в стандартных условиях (22 х 2 кВ, 12 ч дневного и ночного цикла) с водой и пищей ad libitum. Все необходимое оборудование для подготовки шунтирующей системы, процедуры эксплуатации и фактических измерений перечислены в таблицематериалов.

1. Подготовка и хирургическая процедура для катетеризации животного

  1. Быстро животное, по крайней мере 12 ч с бесплатным доступом к воде. Для анестезии поместите крысу в индукционную камеру и заполните ее непрерывно кислородом/изофрановской смесью. Для начала используют 2,5-3,5% изофлуран и для обслуживания 1,5-3,0% (скорость потока 1,2-1,5 л/мин).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Пост необходим для исследований с использованием трассировщикаNo 18ФЗФГ, но не для других трассировщиков. Измерение уровня глюкозы в крови с помощью ручных анализов крови, описанных в разделе 4, рекомендуется для обеспечения стабильных значений или для коррекции в кинетической моделировании.
  2. Поместите обезопсаниваемую крысу в царяльное положение на нагревательный коврик, под хирургическим микроскопом и добавьте ветеринарную мазь на глаза. Мониторинг и поддержание температуры тела крысы непрерывно во время эксперимента (37 и 0,5 градусов по Цельсию) с ректальным зондом.
  3. Лента ноги крысы на рабочую поверхность, чтобы держать ноги в положении. Дезинфицировать место работы с помощью дезинфицирующего средства слизистой оболочки и побрить ногу и промежность (операционную сторону) крысы. Закончите с окончательным очищением с дезинфицирующим средством.
  4. Сделайте разрез около 20 мм с помощью хирургических щипцы и ножницы в паху крысы. Вскрыть тонкие слои кожи и разоблачить бедренной вены, артерии и нервов с микро щипцы. Поместите две тонкие нити под каждую бедренную вену и артерию.
  5. Печать вены и артерии с каждой дистальной нити и держать под напряжением с бульдогом зажим.
    Используйте проксимальные нити шва, чтобы напрячь сосуд, используя зажимы бульдога (без узла).
  6. Блок вены с аневризмы зажим проксималь, но 2-3 мм дисталь от шва с бульдогом зажим. Используйте ножницы роговицы, чтобы сделать небольшой разрез в вену (1/3 диаметра) и удалить протекающие крови с помощью стерильного хлопка своп. Разбавите вену с тупыми щипками и держите ее открытой. Вставьте заточенный катетер (внутренний диаметр (ID): 0,58 мм, внешний диаметр (OD) : 0,96 мм) в вену и нажмите его в проксимальном направлении, вплоть до аневризмы клипа.
  7. Откройте зажим аневризмы и нажмите катетер дальше в проксимальном направлении (примерно 2-3 см), если катетер расположен вправо, кровь потечет в катетер. Закрепите катетер проксимальным швом, сделав два узла; при необходимости поместите дополнительный шов вокруг вены и катетера. Проверьте функциональность катетера путем промывки и аспирации инсулиновым шприцем (30 Г иглы), наполненным 100 злицированного сосудистого раствора (50 единиц/мл).
  8. Поместите катетер в артерию, повторяя шаги 1.6 и 1.7.
  9. Когда оба катетера правильно размещены, закройте ногу швами и перевай животное в ПЭТ/КТ.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте как можно более осторожны с катетерами во время транспортировки животного, в противном случае может произойти смещение катетера.

2. Настройка системы шунтирования

figure-protocol-1
Рисунок 2 : Схема установки измерения. (A) Схематический рисунок установки измерения. (B) Фото подключенной системы шунта с детектором twilite, перистальтический насос и различные типы разъема. Время, временное течение радиоактивности в крови крысы обнаруживается в то время как животное (1) сканируется в ПЭТ/КТ (2). Поэтому артериальный (а) и венозный (б) катетер подключен к системе насоса детектора через части адаптера (разъем оранжевый, разъем синий и зеленый разъем). Артериальная кровь затем перекачивается из артериального катетера через детектор (3) в перистальтический насос (4) и обратно в тело через венозный катетер. Трехсторонний клапан (7) интегрирован в систему трубки для выполнения трассирующего инъекций, ручного втягивания крови и промывки. Т-штучек (8) собирается для инъекций деятельности. Детектор связан с компьютером для просмотра, калибровки и коррекции непрерывных данных крови. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

  1. Отрежьте 6 частей тонкой скважины полиэтиленовых труб (FBPT) (ID: 0,58 мм, OD: 0,96 мм) с длиной c и 735 мм; 100 мм; 171 мм, г 875 мм; ч 90 мм и я 75 мм (рисунок2). Отрежьте 8 частей силиконовых насосных труб (черный/черный/черный, ID: 0,76 мм, OD: 2,48 мм) длиной около 20 мм.
  2. Поместите разъемы (от ID 2,5 мм до ID 1,5 мм) на обоих концах силиконовой насосной трубки d (желтый/синий/желтый, ID: 1,52 мм, OD: 3,20 мм). Положите подготовленную 20-мм часть силиконовых трубок (черный/черный/черный) на другом конце использованных разъемов сокращения (см. разъем синий на рисунке 2).
  3. Поместите подготовленную часть c FBPT в собранный синий разъем на одном конце силиконовой насосной трубки d (желтый/синий/желтый) и подготовленную часть e FBPT в собранном синем разъеме на другой конец. Положите подготовленную 20 мм часть силиконовых трубок (черный/черный/черный) на концах двух Т-кусов 5 и 6 (трубка T-разъем ID: 1,5 мм; см. разъем зеленый на рисунке 2).
  4. Подключите свободный конец части e FBPT к левой стороне собранного разъема зеленого цвета (5) и поместите подготовленную часть f FBPT на противоположную сторону зеленого разъема (5). Поместите свободный конец части f FBPT в левой стороне собранного разъема зеленого цвета (6) и поместите подготовленную часть g FBPT на противоположную сторону зеленого разъема (6). Добавьте подготовленную часть h FBPT к свободному концу собранного зеленого разъема (5) и подготовленной части i FBPT к свободному концу собранного зеленого разъема (6).
  5. Подключите комби-стоппер к подкожной игле (G 23 х 1 1'4'/0.60 мм х 30 мм) и добавьте его в трехсторонний клапан. Поместите подготовленный трехсторонний клапан с иглой в свободном конце части h FBPT. Подключите комби-стоппер к подкожной игле и поместите иглу в свободный конец части i FBPT.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Перед началом онлайн выборки крови, см.
  6. Положите свободные концы части c и g FBPT в стакан 100 мл, наполненный 20 мл гепаринизированного сольного раствора (50 единиц/мл). Запустите перистальтический насос с частотой потока 1,52 мл/мин, чтобы система шунтирования была полностью заполнена физиологическим сольневым раствором. После этого установить три ножницами зажимы на концах части c и г и в середине части я FBPT.
  7. Отпустите зажимы ножницами от части c и g FBPT. Подключите артериальный катетер к свободному концу части c FBPT и соедините венозный катетер b к свободному концу части g FBPT (см. разъем оранжевый цвет в риса2).

3. Приобретение и реконструкция изображения

  1. Поместите животное в лобовое положение на поддон шаттла (70 мм). Контролируйте дыхание крысы и держите температуру тела на уровне 37 и 0,5 градусов с помощью грелки и ректального зонда на протяжении всего приобретения изображения. Переместите кровать шаттла в расширенное положение кровати для инъекций (предварительного приобретения) и подключите вставленные катетеры к системе шунтирования.
  2. Держите животное под наркозом с изофлураном (2,5% изофлюран в кислороде, скорость потока 1,2-1,5 л/мин) через носовой конус.
  3. Запустите перистальтический насос с скоростью потока 1,52 мл/мин, чтобы заполнить систему шунтирования кровью животного. Переместите кровать шаттла в центр поля зрения кольца обнаружения ПЭТ и запустите онлайн систему отбора проб крови (см. раздел 5).
  4. Запустите рабочий процесс ПЭТ/КТ, используя параметры, описанные в разделе 3.5 после 60 с, и затем введите дозу приблизительно 22 МБК и18ФЗФГ в объеме около 0,5 и 0,1 мл внутривенно через T-piece. Промыть Т-кусок с около 150 л гепаринизационизированного сольного раствора после этого.
  5. Приобретите динамическое ПЭТ более 60 мин и КТ в конце ПЭТ-изображения.
    1. Для приобретения ПЭТ-эмиссии, установить 3600 s (60 мин) в приобрести по времени вариант. Выберите F-18 в качестве изотопа исследования и использовать 350-650 кеВ в качестве энергетического уровня и 3438 нс в качестве окна времени.
    2. Для приобретения КТ выберите сканирование затухания в варианте приобретения. В поле параметров проекции выберите 120 проекцию для половины общего вращения. Для поля зрения (FOV) и настройки разрешения, выберите низкий, как увеличение и 4 х 4 в качестве связывания с 275 мм осевого сканирования длины и 3328 px как трансаксиальный размер CCD. В поле настроек экспозиции установите 500 КВ для тока,80 кВ для напряжения и 180 мс для времениэкспозиции.
    3. Для ПЭТ-эмиссии гистограммы, установить серию из 20 кадров (6 х 10 с, 8 х 30 с, 5 х 300 с и 1 х 1800 с) в качестве динамического обрамления. Выберите вычитание в виде задержек. Выберите в расширенном поле параметров 128, как ширина синограммы, 3 как пролет,79, как разница в кольце и коррекция мертвоговремени.
    4. Для реконструкции ПЭТ используйте двухмерную упорядоченную подмножество максимизации ожиданий (2D-OSEM) с генерируемой, применяйте и сохраняйте синограммурассеяния, 4 итерации и Фурье для rebinning как алгоритм реконструкции. Выберите 128 x 128 в качестве размера матрицы и используйте 1 в качестве зумаизображения, все как кадры и все как сегменты.

4. Процедура ручного отбора проб крови

  1. Выполняйте ручную отбор проб крови 30 с, 60 с, 90 с, 600 с и 1800 с после начала приобретения изображений.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Увеличение числа ручной крови обращает особенно в течение первой минуты после трассировщик инъекции настоятельно рекомендуется, если это возможно. Поэтому объем образца крови должен быть уменьшен до 20-30 л на образец6.
    1. Откройте первый трехсторонний клапан и соберите 100 л артериальной крови в капиллярную кровь EDTA трубки 30 s после впрыска трассировщика. Повторите для других точек времени. Определите вес пустой трубки и заполненной кровью трубки.
    2. Измерьте деятельность (счет/единица времени) всей крови для 180 s в счетчике скважины, который более поздно перекрестный откалиброван для того чтобы получить данные в kBq/mL. Запись времени начала измерения счетчика скважины. Рассчитайте активность цельной крови для каждого временного момента ручной выборки крови в kBq/mL, примените коррекцию распада и перенесите данные в кривую временной активности.

5. Процедура онлайн-взятия проб крови

  1. Поместите трубку в детектор с помощью трубки руководства. Запустите программное обеспечение для сэмплеров крови (например, PSAMPLE) и откройте интерфейс приобретения. Убедитесь, что компьютер онлайн установки выборки крови и ПЭТ / КТ синхронизированы.
  2. Нажмите кнопку запуска ровно 60 с, прежде чем трассировщик вводится для получения достаточного количества данных для коррекции фона. Сохранить исходные данные с помощью кнопки сохранения в базе данных PMOD после измерения.
  3. Для коррекции и калибровки онлайн-данных крови переключитесь на интерфейс коррекции. Включите коррекцию распада и выберите 18 F. Определите время начала приобретения изображения и включите среднюю кнопку для выполнения фоновой коррекции. Активируйте калибровку и введите ранее определенный коэффициент калибровки (см. раздел 7.1).
  4. Сохранить исправленные и откалиброванные данные крови с помощью кнопки сохранить TAC и выбрать файл blood.crv. Этот файл может быть загружен как вся кривая ввода крови в кинетической моделируя инструмент и кинетическое моделирование может быть выполнено. Отделите катетеры от дополнительной системы телесного шунтирования.
  5. Отсоедините животное от сканера ПЭТ/КТ и эвтаназии с помощью пентобарбитала.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В этом эксперименте, животные были усыплены после измерений, как мозги были использованы для анализа in vitro в экспериментальном дизайне. С этой установкой, повторные измерения в продольных исследованиях также осуществимы7. Используйте совершенно новую систему трубки для следующего животного.

6. Функция ввода изображения

  1. Откройте предохранитель его инструмент на PMOD. Загрузите ПЭТ-изображение в качестве ввода и КТ в качестве ссылки. Нажмите уже подобранные.
  2. Откройте инструмент voxel интереса (VOI). Поместите курсор в восходящую аорту в CT. Нажмите предопределенный сферический VOI. Определите радиус ровно 0,7 мм. Извлеките информацию о временной активности с помощью кнопки статистики VOI и скопируйте усредненные значения на буфер обмена.

7. Процедура перекрестной калибровки системы twilite, ПЭТ/КТ и счетчика скважин

  1. Твилит-ПЭТ/КТ-калибровка
    ПРИМЕЧАНИЕ: Представленный рабочий процесс для калибровки twilite частично основан на процедурах, описанных в справочном руководстве модуля PSAMPLE PMOD.
    1. Заполните шприц примерно 100 МБК из18F-FDG. Измерьте точную активность AF с помощью калибратора калибратора калибратора калибратора и задокументируйте его вместе с датой и временем измерения и объемом полного шприца. Записанное время является точкой отсчета для выполнения всех исправлений.
    2. Заполните стакан 500 мл водопроводной воды. Точный объем определяется методом взвешивания. Измерьте вес me пустого стакана с присвоенной и откалиброватой шкалой точности (по крайней мере, класс точности II). Заполните стакан водопроводной водой и измерьте вес мf полного стакана.
    3. Рассчитайте объем Vb стакана, используя разницу в массе и плотности водопроводной воды (р 0,998 г/мл при 20 градусах Цельсия):
      figure-protocol-2
    4. Введите в заполненный стакан18F-FDG и пополнить пустой шприц до его первоначального объема с неактивной водопроводной водой и измерить активность E пополнения шприца в доза калибратора. Концентрация активности cb раствора в стакане figure-protocol-3 дается, которая должна быть приблизительно 200 kBq/mL.
    5. Заполните 50 мл конической центрифуги трубки с раствором из стакана (избегайте больших пузырьков воздуха) и поместите его централизованно в поле зрения ПЭТ / КТ сканера. Заполните катетер, идентичный типу, используемому в эксперименте по визуализации ПЭТ/КТ, и поместите его в трубку руководства по твилитовой системе. Заполните катетер трассике раствором из стакана с помощью перистальтического насоса.
    6. Начните измерение кривой временной активности, описанной в разделе 5, используя тот же параметр для времени интеграции, и rebinning, как в эксперименте, без катетера руководство внутри измерения головы. Этот шаг обеспечивает получение достаточного количества данных для соответствующей фоновой коррекции. Через 2 минуты, не останавливая сбор данных по системе twilite, поместите катетер с заполненной трубкой в измерительную головку и продолжайте сбор данных в течение 5 минут.
    7. Начните 10 мин ПЭТ приобретение 50 мл конической центрифуги трубки параллельно с последующим стандартным приобретением КТ для коррекции затухания. Реконструкция статического ПЭТ-изображения конической центрифуги 50 мл с использованием того же алгоритма реконструкции ПЭТ и параметров, описанных в разделе 3. Используйте инструмент визуализации после обработки (например, PVIEW) и поместите цилиндрический VOI, охватывающий примерно 70% объема внутри реконструированных ПЭТ-изображений конической центрифуги 50 мл. Извлеките средняя концентрация активности cПЭТ в кБк/мл в VOI.
    8. Вернитесь к программному обеспечению для пробоотборника крови и используйте режим калибровки для коррекции приобретенного TAC для распада, ветвления фракции и фона. Добавьте всю необходимую информацию для нуклида, концентрации активности и времени начала приобретения ПЭТ. Внутренне, программное обеспечение извлекает количество измеряется с twilite системы (CRtwilite) и вычисляет поперечной калибровки фактор для ПЭТ и twilite системы (CF ПЭТ /twilite):
      figure-protocol-4
      ПРИМЕЧАНИЕ: Важно, чтобы один и тот же изотоп использовался как для калибровки, так и для экспериментов по ПЭТ/КТ, так как ветвящаяся фракция варьируется между различными изотопами, которые корректируются в процессе реконструкции ПЭТ. Эта процедура должна регулярно повторяться с точки зрения контроля качества, если изменяются важные компоненты системы (например, трубки, параметры приобретения и реконструкции) и после ремонтных работ.
  2. ПЭТ/КТ-хорошо счетчик калибровки
    1. Для расчета фактора калибровки CFхорошо счетчик аттекат используйте тот же решение активности, которое было произведено в стакане для калибровки системы twilite. Подождите около 6 ч, чтобы позволить снижение конкретной активности путем распада, чтобы свести к минимуму мертвые эффекты времени сцинтилляции счетчика скважины. Lid стакан, чтобы избежать испарения.
    2. Рассчитайте точную разницу во времени до точки ориентира и определите фактическую концентрацию активности cb(t) раствора стакана путем изменения первоначальной концентрации активности. Пипетка предопределила объемы(V-образец),идентичные объему образцов крови, измеренных в ходе экспериментов (например, 200 кЛ), из стакана в пять трубок с безопасным замком. Измерьте активность каждой из пяти трубок с счетчиком скважины на 180 с.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если коэффициент вариации для одного измерения превышает 1%, время измерения должно быть увеличено. Запись измеренной скорости подсчета в количествах в минуту (cpm) для каждой трубки и времени начала измерения. Выполните коррекцию распада.
    3. Рассчитайте фактор калибровки CFхорошо счетчик для каждого измерения путем деления распада исправлена скорость подсчета CR хорошо счетчик ассоциированного распада исправленной концентрации активности стакан cстакан (тЗ):
      figure-protocol-5
    4. Среднее пять факторов калибровки для получения среднего фактора калибровки.

Результаты

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

Настройка системы шунтирования отображается на рисунке 2. Репрезентативные результаты непрерывных данных отбора проб крови по сравнению с ручными данными отбора проб крови у трех крыс дикого типа в течение 30 мин представлены на рисунке 3A,C. В начале непрерывного отбора проб крови, начальный пик (максимум концентрации радиоактивности) можно увидеть на 5 с после отслеживания инъекции. После этого активность в крови быстро снижается и достигает плато примерно в 15 минут. В ручных данных выборки крови обнаруженный пик меньше, и плато не легко определить(рисунок 3A,C). Сравнение непрерывной выборки крови с данными, полученными из изображения, отображается на рисунке 3B,D. В данных, полученных из изображения, четко видны пик и отправная точка плато, тем не менее максимум пика меньше по сравнению с непрерывными данными выборки крови для всех животных(рисунок 3B,D).

Неоптимальный результат непрерывной пробы крови с нашей установкой показан на рисунке 3E,F. В начале непрерывной пробы крови, не было возможности получения данных в течение первых 3,5 минут из-за свертывания крови. Отключив трубную систему на разъеме оранжевый и плавающий с гепаринизированным сольнее, поток в трубной системе был перезапущен и измерение продолжалось. Пик можно увидеть примерно на 4 мин, что не фиксирует максимум радиоактивности в крови(рисунок 3E,F). Ручная выборка крови(рисунок 3E) и анализы полученных изображений (рисунок3F) все еще возможны и сопоставимы с правильными исходами.

figure-results-1
Рисунок 3 : Репрезентативные результаты непрерывной пробы крови по сравнению с ручным отбором крови. Показаны типичные функции ввода артерий, полученные в результате непрерывной выборки крови, по сравнению с ручной выборкой крови (левый столбец) и непрерывной выборкой крови по сравнению с подходом, полученным из изображения (правый столбец). Панели A-D демонстрируют результаты правильной реализации протокола у двух разных животных. Панели E и F иллюстрируют неоптимальный результат измерения. Все данные были скорректированы с расчетом на коэффициент перекалибровки и фон. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Обсуждение

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

Представленные результаты извлечены из более масштабного проекта по нейронной активности в трансгенной животной модели болезни Гентингтона по сравнению с дикими крысами. В общей сложности 30 трансгенных и диких крыс были катетеризированы и ручной и онлайн отбор проб крови параллельно с18F'FDG-PET/CT было выполнено. Три AIFs диких крыс типа показаны здесь, чтобы продемонстрировать диапазон возможных результатов протокола. Результаты полного проекта по изменению нейронной активности в животной модели болезни Гентингтона будут опубликованы в другом месте.

Описанный здесь метод обеспечивает быструю и точную непрерывную отбор проб крови в большой когорте и обеспечивает безизликую AIF для кинетической моделиирования динамических ПЭТ/КТ данных у мелких животных. Внешнее кровообращение генерируется для выявления фактической временной активности в крови животных; следовательно, следует избегать потери крови. Хирургическая процедура основана на Jespersen et al.8 и была изменена для удовлетворения потребностей в артериальной пробы крови во время измерений ПЭТ/КТ. Система шунтирования была проверена Weber et al.9. С здесь используется установка, внешний объем крови около 1,1 мл проходит через детектор насоса системы. У крысы в возрасте 4 месяцев общий объем крови около 30 мл. Диаметр бедренной вены и артерии составляет примерно 0,45-0,6 мм10 и должен быть немного накрахмаленным, чтобы вставить используемый катетер.

AIF также может быть измерен с помощью спорадического ручного сбора крови или быть реконструирован с ранних точек ПЭТ-изображений (изображения, полученные). Оба подхода были выполнены с приведенными здесь данными и сравнимы с непрерывной выборкой крови.

По сравнению с ручной отбор проб крови, с онлайн выборки крови заметное более высокое височное разрешение (здесь: 1800 точек данных на 30 минут) становится возможным. Ручная кровь рисует (здесь: 5 точек данных на 30 мин) ограничены объемом крови, присутствующим в маленьком животном, так как эти образцы не закачиваются обратно в циркуляцию животного. Кроме того, максимальный интервал 10-15 с является технически осуществимым и важная информация для кинетического моделирования не хватает. Это также можно увидеть в представленных данных, так как разница в обнаруженном максимуме непрерывной и ручной пробы крови очевидна(рисунок 3A,C,E). С онлайн-выборы крови обнаруженный пик был выше, чем с изображением полученных входных функций восходящей аорты11 (Рисунок 3B,D,F). Функция ввода, полученная из изображения, ограничена пространственным разрешением ПЭТ-сканеров, что приводит к частичному воздействию объема12 и зависит от реконструированных временных рамок.

Общее преимущество этой непрерывной процедуры отбора проб крови является то, что трассировщик может быть применен через катетер, который менее подвержен нарушению, чем инъекция через боковую хвостовую вену. Имейте в виду, что трассировщик должен быть применен в умеренном объеме, чтобы предотвратить трассировщик от пребывания в начале трубки системы. Чтобы убедиться, что в мертвом томе Т-кусок не остается никакой активности, она затем промывается гепаринизированным сольненым раствором. Кроме того, использование инфузионного насоса рекомендуется, поскольку это позволяет регулировки скорости трассировщик инъекции и может способствовать более скоординированного приобретения максимального пика радиоактивности с ручной пробы крови13.

Есть несколько возможных трудностей, которые могут возникнуть во время обработки протокола и могут быть обработаны следующими устранениями неполадок. Неоптимальное положение катетеров может привести к неполному исполнению протокола, поэтому убедитесь, что они точно фиксируются проксимальным швом и что катетер толкается на 2-3 см в сосуд. Кроме того, можно использовать фибриновый клей. Также образование тромби может засорить катетеры. Это может быть обработано путем увеличения концентрации гепарина и последующего промывки катетеров или трубки системы. Такой неоптимальный исход из-за засорения катетеров показан в результатах, максимальный пик пропущен(рисунок 3E). Другим важным моментом, касающимся защиты животных и благополучия, является длина экстракорпорального кровотока. Поэтому предлагается сократить длину трубки системы до минимума.

При взятии проб крови необходимо учитывать три коррекции полученного АиФ. Во-первых, плазменная коррекция. Трассы уравновеш— уравновешлись между плазмой и клетками крови, в основном эритроцитами. В зависимости от того, насколько быстро эти процессы диффузии, доступные трассировщик в основном присутствует в плазме. Для некоторых трассаторов необходимо учитывать соотношение плазмы и цельной крови, например, более липофильные. В этих случаях должна быть определена плазменная активность. При использовании18ФЗФГ нет необходимости центрифугировать кровь для определения плазменной активности, так как она очень быстро уравновешивает плазменные и красные кровяные тельца, а наличие в плазме18ФЗ ФДГ аналогично той, что есть во всей крови. Во-вторых, метаболитная коррекция. Многие трассизаторы метаболизируется в цельной крови, и некоторые из этих метаболитов по-прежнему радиоактивно помечены14. Эта фракция присутствует в AIF, но не доступна для поглощения тканей. Для некоторых трассаторов метаболиты должны быть определены в цельной крови или плазмы и AIF должны быть исправлены. В-третьих, коррекция дисперсии. Дисперсия вызвана несколькими факторами, в том числе (а) систематической разницей во времени прибытия трассировщика в ткани относительно периферического места отбора проб (коррекция задержки) и b) и размазыванием формы АИФ, как трассирующего транспорта в трубной системе зависит его первый запаздывание порядка (PT1) кинетика. Было предложено несколько исправлений, основанных на деконволюции, в основном на основе модели Iida et al.15,но большинство из них подвержены шуму. Метод коррекции, который обходит деконволюцию и, следовательно, менее подвержен шуму, был предложен Munk et al.16. Необходимые измерения для оценки параметров коррекции должны быть выполнены для каждой комбинации тюбингов и трассировщика используется. Коррекция дисперсии должна быть сделана до задержки времени коррекции17. Тем не менее, в основном быстрой ткани процессов перфузии страдают от дисперсии, и было также показано, что для моделированияNo 18F'FDG исследования дисперсии коррекции не является абсолютно необходимым18. Поэтому в представленных примерах дисперсионная коррекция "АиФ" не применялась.

Надлежащая калибровка дозы на месте и его регулярный контроль качества является необходимым условием для типа процедур перекрестной калибровки, представленных здесь. Однако, если активность, проводимая животному, измеряется с помощью той же дозы калибратора, любое отклонение в точности будет отменено, при условии, что отклонение является постоянным и полная процедура перекрестной калибровки была соблюдена, в том числе нуклид-специфические коррекции (например, для различных период полураспада или разного коэффициента ветвления). Используя такую процедуру калибровки для гармонизации ПЭТ/КТ систем, используемых в области здравоохранения и исследований человека, точность не менее 5-10% может быть достигнута19,20.

Откалиброванные и исправленные AIF, созданные успешной реализацией этого протокола, позволяют количественно определить пэт/КТ данные для характеристики моделей болезней животных, тестирование новых вариантов терапии, создание новых трассаторов и передачу существующих трассировок и в другой вид. Казалось бы, непрерывная выборка крови в No18"FDG-PET/CT у крыс" обеспечивает наиболее достоверную информацию для расчета входных данных в биокинетическом моделировании. С учетом индивидуального обмена веществ, особенно очищения печени, возможна более точная оценка соответствующих патологических или терапевтических эффектов. С помощью этого практически осуществимого протокола, более высокая эффективность доклинического ПЭТ/КТ анализа данных легко реализуется.

Раскрытие информации

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

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

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

Авторы с благодарностью признают Сюзанна Леманна, Илоану Кламфуш и Петру Вольф за жилье и уход за животными и Маттиаса Висса за поддержку в создании онлайн-системы отбора проб крови. Маленькое животное ПЭТ/КТ финансировалось Deutsche Forschungsgemeinschaft (INST 2268/6-1 FUGG).

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Sugery для артериовенозного шунтирования
станцияGroppler
зажимы для аневризмыAesculapFT190T5 мм, усилие закрывания 70 г
бульдожий зажимAesculap35 мм
ножницы для рассечения BC165Aesculap490-866тупые, для подготовка кожи
нагревательный коврик
инсулиновый шприцBraun30G
иглодержательmedicon11.62.18микрохирургические
плоскогубцы для аневризмы клипсыAesculapFT 470TYasargil
portex тонкопроходная полиэтиленовая трубкаSmith Medical800/100/200ID 0,58 мм, наружный диаметр 0,96 мм; Эквивалент трубки PE50
хирургический микроскоп с камеройLeicaM50 + MC120 HD
шовные нити 6.06.0, полипропиленовые
шовные нити 3.03.0, рассасывающиеся, плетеные
два анатомических щипцаHammacher SolingHSC601-11микрохирургия, 45°
сосудистые или роговичные ножницыGeuderG19605микрохирургические ножницы
PET/CT imaging
calibrator ISOMED 2010nivia instruments GmbHдля дозирования индикатора
Inveon PET/CTSiemens
tracer (например, 18F-FDG)
manuel bloodsampling
капиллярный забор крови EDTA tubeKABE Labortechnik GmbHGK 150 EDTA 200 µ l
пробиркиSARSTEDT5 мл, 75 x 12 мм, PS
счетчик лунок CAPTUS 700tCapintecмануэль измерение активности крови
< strong>автоматический забор крови
BD Venflon TM pro безопасный экранированный внутривенный катетер; 18 G (1,3 мм x 32 мм)BD3932269люэровские соединения (для установки в Т-образные соединения)
Пробоотборник крови twilite twoswisstrace GmbH
комбинированный стопорBraun4495101
гепарином50U/мл для промывки трубки перед экспериментом и аспирации во время катетерной операции
иглаG23 x 1 1/4" / 0,6 x 30 мм
с микропроцессорным управлением насос для трубокIsmatec/Cole-ParmerISM59612 роликов, 2 канала
PSAMPLE модуль PMOD
Ismatec/Cole-ParmerISM569Aот ID 2,5 мм до ID 1,5 мм
силиконовые трубки насосаIsmatec/Cole-Parmer070535-17-ND/SC0065Nдля роликового насоса (желтый/синий/желтый ID 1,52 мм, WT 0,84 мм, наружный диаметр 3,2 мм)
силиконовые трубки насоса - переходная трубкаIsmatec/Cole-ParmerSC 0107черный/черный/черный ID 0,76 мм, WT 0,86 мм, Наружный диаметр: 2,48 мм
Т-образный или Т-образные соединенияIsmatec/Cole-ParmerISM 693AID 2,5 мм
анестезиологическая dose для подкожных инъекций Редукционные соединители PMOD

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Schain, M., et al. Arterial input function derived from pairwise correlations between PET-image voxels. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 33 (7), 1058-1065 (2013).
  2. Schain, M., Zanderigo, F., Mann, J. J., Ogden, R. T. Estimation of the binding potential BPND without a reference region or blood samples for brain PET studies. NeuroImage. 146, 121-131 (2017).
  3. Bentourkia, M. Determination of the Input Function at the Entry of the Tissue of Interest and Its Impact on PET Kinetic Modeling Parameters. Molecular Imaging and Biology. 17 (6), 748-756 (2015).
  4. Phelps, M. E. PET. , Springer New York. New York, NY. (2004).
  5. Laforest, R., et al. Measurement of input functions in rodents: challenges and solutions. Nuclear Medicine and Biology. 32 (7), 679-685 (2005).
  6. Napieczynska, H., et al. Impact of the Arterial Input Function Recording Method on Kinetic Parameters in Small-Animal PET. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 59 (7), 1159-1164 (2018).
  7. Sijbesma, J. W. A., et al. Novel Approach to Repeated Arterial Blood Sampling in Small Animal PET: Application in a Test-Retest Study with the Adenosine A1 Receptor Ligand [(11)C]MPDX. Molecular Imaging and Biology: MIB: the Official Publication of the Academy of Molecular Imaging. 18 (5), 715-723 (2016).
  8. Jespersen, B., Knupp, L., Northcott, C. A. Femoral arterial and venous catheterization for blood sampling, drug administration and conscious blood pressure and heart rate measurements. Journal of Visualized Experiments. (59), e3496(2012).
  9. Weber, B., Burger, C., Biro, P., Buck, A. A femoral arteriovenous shunt facilitates arterial whole blood sampling in animals. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 29 (3), 319-323 (2002).
  10. Liu, H. -L. Microvascular anastomosis of submillimeter vessels-a training model in rats. Journal of Hand and Microsurgery. 5 (1), 14-17 (2013).
  11. van der Weerdt, A. P., et al. Image-derived input functions for determination of MRGlu in cardiac (18)F-FDG PET scans. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 42 (18), 1622-1629 (2001).
  12. Alf, M. F., et al. Quantification of brain glucose metabolism by 18F-FDG PET with real-time arterial and image-derived input function in mice. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 54 (1), 132-138 (2013).
  13. Eriksson, O., et al. A computerized infusion pump for control of tissue tracer concentration during positron emission tomography in vivo pharmacokinetic/pharmacodynamic measurements. BMC Medical Physics. 8, 2(2008).
  14. Burger, C., Buck, A. Tracer kinetic modelling of receptor data with mathematical metabolite correction. European Journal of Nuclear Medicine. 23 (5), 539-545 (1996).
  15. Iida, H., et al. Error analysis of a quantitative cerebral blood flow measurement using H2(15)O autoradiography and positron emission tomography, with respect to the dispersion of the input function. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism: Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 6 (5), 536-545 (1986).
  16. Munk, O. L., Keiding, S., Bass, L. A method to estimate dispersion in sampling catheters and to calculate dispersion-free blood time-activity curves. Medical Physics. 35 (8), 3471-3481 (2008).
  17. Meyer, E. Simultaneous correction for tracer arrival delay and dispersion in CBF measurements by the H215O autoradiographic method and dynamic PET. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 30 (6), 1069-1078 (1989).
  18. Lanz, B., Poitry-Yamate, C., Gruetter, R. Image-derived input function from the vena cava for 18F-FDG PET studies in rats and mice. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 55 (8), 1380-1388 (2014).
  19. Geworski, L., et al. Multicenter comparison of calibration and cross calibration of PET scanners. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 43 (5), 635-639 (2002).
  20. Boellaard, R. Standards for PET image acquisition and quantitative data analysis. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 50, Suppl 1 11-20 (2009).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи