Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني القلبي عالي الدقة / التصوير المقطعي المحوسب للحيوانات الصغيرة

Published: December 16, 2022 doi: 10.3791/64066
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 3, 1, 1
1CNR Institute of Clinical Physiology, 2Sant’Anna School of Advanced Studies, 3Fondazione Regione Toscana/CNR “G. Monasterio”

Summary

هنا ، نقدم بروتوكول تصوير تجريبي لتحديد وظيفة القلب ومورفولوجيته باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني عالي الدقة / التصوير المقطعي المحوسب للحيوانات الصغيرة. يتم النظر في كل من الفئران والجرذان ، ومناقشة المتطلبات المختلفة لعوامل تباين التصوير المقطعي المحوسب للنوعين.

Abstract

يعد التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) والتصوير المقطعي المحوسب (CT) من بين أكثر تقنيات التصوير التشخيصي استخداما ، وكلاهما يعمل في فهم وظيفة القلب والتمثيل الغذائي. في الأبحاث قبل السريرية ، يتم استخدام ماسحات ضوئية مخصصة ذات حساسية عالية ودقة مكانية زمانية عالية ، مصممة للتعامل مع المتطلبات التكنولوجية الصعبة التي يفرضها حجم القلب الصغير ومعدلات ضربات القلب المرتفعة جدا للفئران والجرذان. في هذه الورقة ، تم وصف بروتوكول تصوير القلب ثنائي النمط PET / CT لنماذج الفئران التجريبية و / أو الفئران لأمراض القلب ، من إعداد الحيوانات والحصول على الصور وإعادة بنائها إلى معالجة الصور والتصور.

على وجه الخصوص ، يسمح فحص 18 F-labeled fluorodeoxyglucose ([18F] FDG) - PET بقياس وتصور استقلاب الجلوكوز في الأجزاء المختلفة من البطين الأيسر (LV). الخرائط القطبية هي أدوات ملائمة لعرض هذه المعلومات. يتكون جزء التصوير المقطعي المحوسب من إعادة بناء ثلاثية الأبعاد للقلب بأكمله (4D-CT) باستخدام بوابات بأثر رجعي بدون خيوط تخطيط القلب الكهربائي (ECG) ، مما يسمح بالتقييم المورفولوجي الوظيفي ل LV والقياس الكمي اللاحق لأهم معلمات وظيفة القلب ، مثل الكسر القذفي (EF) وحجم السكتة الدماغية (SV). باستخدام ماسح ضوئي مدمج PET / CT ، يمكن تنفيذ هذا البروتوكول ضمن نفس تحريض التخدير دون الحاجة إلى إعادة وضع الحيوان بين الماسحات الضوئية المختلفة. وبالتالي ، يمكن اعتبار التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب كأداة شاملة للتقييم المورفولوجي الوظيفي والتمثيل الغذائي للقلب في العديد من النماذج الحيوانية الصغيرة لأمراض القلب.

Introduction

نماذج الحيوانات الصغيرة مهمة للغاية لتعزيز فهم أمراض القلب والأوعية الدموية 1,2. أحدثت أدوات التصوير التشخيصي غير الغازية ثورة في الطريقة التي ننظر بها إلى وظيفة القلب في العقود الماضية ، سواء في الإعدادات السريرية أو قبل السريرية. فيما يتعلق بنماذج الحيوانات الصغيرة لأمراض القلب ، تم تطوير أدوات تصوير محددة بدقة زمانية مكانية عالية جدا. وبالتالي ، يمكن لهذه الأدوات أن تتطابق مع الحاجة إلى تحديد كمي دقيق لمعلمات عضلة القلب الأيضية والحركية ذات الصلة على قلوب الفئران والجرذان الصغيرة جدا وسريعة الحركة في نماذج مرضية محددة ، مثل قصور القلب (HF)3 أو احتشاء عضلة القلب (MI)4. وهناك عدة طرائق متاحة لهذا الغرض، ولكل منها نقاط قوتها وضعفها. التصوير بالموجات فوق الصوتية (الولايات المتحدة) هو الطريقة الأكثر استخداما نظرا لمرونته الكبيرة ودقته الزمنية العالية جدا وتكلفته المنخفضة نسبيا. ازداد اعتماد تصوير القلب الأمريكي في الحيوانات الصغيرة بشكل كبير منذ ظهور الأنظمة التي تستخدم مجساتذات تردد فائق 5,6 ، تتميز بدقة مكانية أقل من 50 ميكرومتر.

من بين العيوب الرئيسية للولايات المتحدة لتصوير القلب 3D بالكامل هي الحاجة إلى مسح خطي على طول محور القلب عن طريق تركيب المسبار على مرحلة ترجمة آلية لإنشاء مجموعة كاملة من الصور الديناميكية B-mode للقلب كله7. في النهاية ، يؤدي هذا الإجراء (بعد التسجيل المكاني والزماني الدقيق للصور التي تم الحصول عليها في كل موضع مسبار) إلى صورة 4D بدقة مكانية مختلفة بين الاتجاهات داخل الطائرة وخارجها. تحدث نفس مشكلة الدقة المكانية غير المنتظمة في التصوير بالرنين المغناطيسي للقلب (CMR) ،8 والذي لا يزال يمثل المعيار الذهبي في التصوير الوظيفي للقلب. يمكن الحصول على التصوير الحقيقي 3D الخواص بدلا من ذلك باستخدام كل من التصوير المقطعي المحوسب (CT) والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)9. يوفر التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني أداة حساسة للغاية من حيث إشارة الصورة لكل كمية من المسبار المحقون (في نطاق النانومولية) ، على الرغم من أنه يعاني من انخفاض الدقة المكانية مقارنة بالتصوير المقطعي المحوسب أو الرنين المغناطيسي أو الولايات المتحدة. الميزة الرئيسية ل PET هي قدرته على عرض الآليات الخلوية والجزيئية الكامنة وراء الفيزيولوجيا المرضية للجهاز. على سبيل المثال ، يسمح فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني بعد حقن [18F] FDG بإعادة بناء خريطة 3D لاستقلاب الجلوكوز في الجسم. من خلال الجمع بين هذا مع الحصول على البيانات الديناميكية (أي التي تم حلها بمرور الوقت) ، يمكن استخدام النمذجة الحركية للتتبع لحساب الخرائط البارامترية لمعدلات الأيض لامتصاص الجلوكوز (MRGlu) ، والتي ستوفر معلومات مهمة حول صلاحية عضلة القلب10.

يتطلب التصوير المقطعي المحوسب كميات كبيرة من عوامل التباين الخارجية (CA) بتركيزات عالية (تصل إلى 400 مجم من اليود لكل مل) لتوفير تعزيز قابل للقياس لمكونات الأنسجة ذات الصلة (على سبيل المثال ، الدم مقابل العضلات) ، ولكنه يتفوق في الدقة المكانية والزمانية ، خاصة عند استخدام أحدث أجهزة التصوير المقطعي المحوسب الدقيقة المصممة لتصوير الحيوانات الصغيرة. 11 نموذج المرض النموذجي الذي يمكن فيه تطبيق التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب للقلب هو التقييم التجريبي لاحتشاء عضلة القلب وفشل القلب والاستجابة ذات الصلة للعلاج. من الطرق الشائعة لإحداث MI في الحيوانات الصغيرة عن طريق الربط الجراحي للشريان التاجي الأمامي الأيسر النازل (LAD)12,13 ثم تقييم طوليا لتطور المرض وإعادة تشكيل القلب في الأيام اللاحقة4. ومع ذلك ، فإن التقييم المورفولوجي الوظيفي الكمي للقلب في الحيوانات الصغيرة ينطبق إلى حد كبير أيضا على نماذج الأمراض الأخرى ، مثل تقييم تأثير الشيخوخة على وظيفة القلب14 أو التعبير المتغير للمستقبلات في نماذج السمنة15. لا يقتصر بروتوكول التصوير المقدم على أي نموذج مرض معين ، وبالتالي ، يمكن أن يكون ذا أهمية واسعة في العديد من سياقات البحث قبل السريري مع القوارض الصغيرة.

في هذه الورقة ، نقدم بروتوكولا تجريبيا من البداية إلى النهاية لتصوير القلب باستخدام PET / CT متكامل للحيوانات الصغيرة. على الرغم من أن البروتوكول المقدم مصمم لماسح ضوئي متكامل ثنائي النمط محدد ، إلا أنه يمكن إجراء أجزاء PET و CT من الإجراء الموصوف بشكل مستقل على ماسحات ضوئية منفصلة من جهات تصنيع مختلفة. في الماسح الضوئي PET / CT المستخدم ، يتم تنظيم تسلسل العمليات في سير عمل مبرمج مسبقا. الفروع الرئيسية لكل سير عمل هي واحد أو أكثر من بروتوكولات الاستحواذ. يمكن أن يحتوي كل بروتوكول اكتساب على فرع واحد أو أكثر لبروتوكولات معالجة مسبقة محددة، وفي المقابل، يمكن أن يكون لكل بروتوكول معالجة مسبقة فرع واحد أو أكثر لبروتوكولات إعادة بناء محددة. يتم وصف كل من إعداد الحيوان على سرير التصوير وإعداد العوامل الخارجية التي سيتم حقنها أثناء إجراءات التصوير. بعد الانتهاء من إجراء الحصول على الصور ، يتم توفير أمثلة على إجراءات التحليل الكمي للصور بناء على أدوات البرامج المتاحة بشكل شائع. تم تصميم البروتوكول الرئيسي خصيصا لنماذج الماوس ؛ على الرغم من أن الفأر لا يزال أكثر الأنواع استخداما في هذا المجال ، إلا أننا نعرض أيضا تكيفا لبروتوكول تصوير الفئران في نهاية البروتوكول الرئيسي. يتم عرض النتائج التمثيلية لكل من الفئران والجرذان ، مما يدل على نوع الناتج الذي يمكن توقعه مع الإجراءات الموصوفة. يتم إجراء مناقشة مستفيضة في نهاية هذه الورقة للتأكيد على إيجابيات وسلبيات التقنية ، والنقاط الحرجة ، وكذلك كيف يمكن استخدام مقتفيات الإشعاع PET المختلفة دون أي تعديل تقريبا على الخطوات التحضيرية واكتساب / إعادة البناء.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تم إجراء التجارب على الحيوانات وفقا للتوصيات الواردة في دليل رعاية واستخدام المختبر للمبادئ التوجيهية الدولية بشأن التعامل مع المختبر ، التي يتطلبها التوجيه الأوروبي (التوجيه 86/609 / EEC لعام 1986 والتوجيه 2010/63 / UE) والقوانين الإيطالية (D.Lgs. 26/2014).

1. إعداد بروتوكولات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب وسير العمل

ملاحظة: البروتوكول المقدم هنا مصمم خصيصا لتصوير القلب لنماذج الفئران. قد ينطوي العمل مع الفئران على بعض التعديلات على البروتوكول الفعلي ، ويرجع ذلك أساسا إلى الحجم الأكبر للحيوان (أثقل 10 مرات تقريبا). تم ذكر التعديلات الخاصة بتصوير الفئران على وجه التحديد في الخطوات ؛ إذا لم يتم ذكر أي تعديلات ، فيمكن استخدام نفس الخطوات لتصوير الماوس للفئران.

  1. افتح واجهة المستخدم الرسومية (GUI) للماسح الضوئي PET/CT (انظر جدول المواد) وإنشاء مجموعة من البروتوكولات الجديدة (بما في ذلك معلمات الحصول على البيانات والمعالجة المسبقة وإعادة بناء الصور): (ط) أ التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الديناميكي، (ب) أ جرعة منخفضة من التصوير المقطعي المحوسب لتصحيح التوهين (سي تي إيه سي) بدون عامل تباين ، و (iii) أ التصوير المقطعي المحوسب Cine-CT المحسن بالتباين.
    ملاحظة: يعد إنشاء بروتوكولات جديدة (أي تعليمات برمجية محددة للتصوير المقطعي) لمراحل الاكتساب والمعالجة المسبقة وإعادة البناء عملية مباشرة. في حالة حدوث مشكلة ، يمكن للمستخدم العثور على معلومات أكثر تفصيلا في دليل مستخدم واجهة المستخدم الرسومية.
    1. بالنسبة لفحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، افتح علامة التبويب بروتوكول في الماسح الضوئي (GUI) وقم بإنشاء ثلاثة بروتوكولات جديدة ( للاكتساب والمعالجة المسبقة وإعادة البناء) باستخدام المعلمات التالية:
      1. بالنسبة لبروتوكول الاستحواذ: اضبط إجمالي وقت المسح الضوئي بمقدار 3600 ثانية وموضع السرير الفردي. احفظ هذا البروتوكول باسم مناسب للاستيراد اللاحق إلى سير العمل. افعل الشيء نفسه أيضا لجميع البروتوكولات التالية في النقاط التالية.
      2. بالنسبة لبروتوكول المعالجة المسبقة للماوس: حدد نافذة طاقة 250-750 keV (EW) وقم بتمكين التصحيحات التالية: الاضمحلال الإشعاعي ، والصدف العشوائي ، والوقت الميت. اضبط بروتوكول التأطير (أي التقسيم الديناميكي للبيانات الأولية) على النحو التالي: 8 × 5 ثانية ، 8 × 10 ثوان ، 3 × 40 ثانية ، 2 × 60 ثانية ، 2 × 120 ثانية ، 10 × 300 ثانية (= 3600 ثانية). بالنسبة للفئران ، حدد نافذة طاقة 350-750 keV (EW) ، باستخدام نفس الإطار المستخدم في بروتوكول الماوس.
      3. بالنسبة لبروتوكول إعادة البناء: حدد خوارزمية تعظيم توقع المجموعة الفرعية المرتبة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة (3D-OSEM-MC) المستندة إلى مونت كارلو ، مع 8 مجموعات فرعية و 8 تكرارات ، مع تمكين التطبيع والتصحيح الكمي وتصحيح التوهين المقطعي.
    2. بالنسبة للفحص بالأشعة المقطعية بجرعة منخفضة لتصحيح التوهين (CTAC) ، استخدم المعلمات التالية:
      1. بالنسبة لبروتوكول الاستحواذ : إطار واحد ، وضع سرير مفرد ، مسح كامل ؛ إعدادات الأنبوب: 80 كيلو فولت ، تيار منخفض (جرعة منخفضة) ؛ 576 مشاهدة بزاوية تزيد عن 360 درجة ، مع 34 مللي ثانية من وقت التعرض لكل عرض (وقت مسح 20 ثانية) ؛ نوع الدوران: مستمر ، وضع الحساسية: حساسية عالية.
      2. لبروتوكول المعالجة المسبقة : حجم فوكسل 240 ميكرومتر ، مستعرض FOV: الجرذ ، FOV المحوري: 100٪.
      3. بالنسبة لبروتوكول إعادة الإعمار : نافذة التصفية: ناعمة ، حجم voxel: قياسي ، تمكين تصلب الشعاع والتصحيح المسبق للحلقة ، تعطيل تصحيح ما بعد القطع الأثرية الحلقة.
    3. بالنسبة للفحص بالأشعة المقطعية المسور المحسن بالتباين ، قم بإنشاء ثلاثة بروتوكولات جديدة (للاكتساب والمعالجة المسبقة وإعادة البناء) بالإعدادات التالية:
      1. بالنسبة لبروتوكول الاستحواذ للماوس: تعيين إطار واحد ، وضع سرير واحد ، مسح كامل ؛ إعدادات الأنبوب: 65 كيلو فولت ، تيار كامل (ضوضاء منخفضة) ؛ 8000 مشاهدة بزاوية تزيد عن 360 درجة ، مع 15 مللي ثانية من وقت التعرض لكل عرض (وقت مسح 120 ثانية) ؛ نوع الدوران: مستمر ، وضع الحساسية: حساسية عالية. بالنسبة للفئران ، قم بتعيين معلمات بروتوكول الاستحواذ على النحو التالي: جهد أنبوب 80 كيلو فولت ، 16000 مشاهدة على 360 درجة ، مع وقت تعرض 12 مللي ثانية لكل عرض (وقت مسح 192 ثانية).
      2. بالنسبة لبروتوكول المعالجة المسبقة للماوس: حدد حجم فوكسل 120 ميكرومتر ؛ مجال الرؤية المستعرض (FOV): الماوس ؛ مجال الرؤية المحوري: 50٪. بالنسبة للفئران ، حدد حجم فوكسل 240 ميكرومتر ؛ مجال الرؤية المستعرض (FOV): الجرذ ؛ FOV المحوري: 50 ٪.
      3. لبروتوكول إعادة الإعمار : نوافذ التصفية: ناعمة ، حجم فوكسل: قياسي ؛ تمكين تصلب الشعاع والتصحيح المسبق للحلقة ، وتعطيل تصحيح ما بعد القطع الأثرية الحلقية.
    4. افتح علامة التبويب سير العمل في واجهة المستخدم الرسومية ، وأنشئ سير عمل جديدا ، مضيفا البروتوكولات التي تم إنشاؤها للتو: الخطوات 1.1.1.1-1.1.1.3 ل PET ، الخطوات 1.1.2.1. -1.1.2.3. ل CTAC، والخطوات 1.1.3.1. -1.1.3.3. للتصوير المقطعي المسور ، بالترتيب المحدد. في كلتا الحالتين، تأكد من أن البروتوكولات متداخلة بالترتيب التالي: الاستحواذ | المعالجة المسبقة | إعادة الإعمار.
      ملاحظة: إطارات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الديناميكية ذات المدد <5 ثوان لالتقاط ذروة وظيفة الإدخال الشرياني بشكل أفضل في بداية فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ممكنة ولكن لا يوصى بها لأن ذلك قد يؤدي إلى صور صاخبة بدقة كمية منخفضة. في الخطوة 1.1.2.2 ، استخدمنا حجم "Rat" لمجال الرؤية المستعرض. يستخدم هذا بشكل شائع لكل من الجرذان والفئران في CTAC.

2. إعداد الحيوانات للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب

ملاحظة: بالنسبة للبروتوكول الحالي ، تم صيام جميع الحيوانات بين عشية وضحاها.

  1. تخدير الفأر باستخدام إيزوفلوران 3٪ -4٪ (v / v) في غرفة الحث في البداية ، ثم الحفاظ على 1٪ -2٪ (v / v) إيزوفلوران.
  2. وزن الماوس وقياس نسبة السكر في الدم القاعدية لمراقبة حالة الحيوان. لأخذ عينة الدم المطلوبة ، استخدم مقصا حادا وقم بعمل قطع صغير عند طرف الذيل ، ثم قم بتدليك الذيل برفق لجمع قطرة من الدم (~ 1 ميكرولتر) مباشرة على شريط الاختبار.
  3. المضي قدما في إدخال الوصول الوريدي على مستوى الوريد الذيلي باستخدام فراشة 29 غرام للفأر و 24 غرام للفئران.
    1. لتنفيذ تقنية القنية ، استخدم التسخين المتزامن (عادة ، تحت مصباح التدفئة) وتطهير النقطة التي يتم فيها إدخال الإبرة لتوسيع الأوعية في الوريد. بعد القنية ، ثبت الفراشة بشريط حريري على الذيل لإبقائها في مكانها أثناء العملية.
      ملاحظة: الصيام مطلوب لدراسات [18F] FDG. قد تنطوي أدوات التتبع المختلفة على تحضير مختلفة ، لكن المناقشة المستفيضة حول هذا الموضوع تخرج عن نطاق البروتوكول الحالي. بقدر ما يتعلق الأمر ب [18F] FDG ، فإن تجنب الصيام يؤدي إلى توزيع حيوي مختلف تماماللتتبع 16.
  4. قم بتشغيل نظام التخدير (إيزوفلوران 1٪ -2٪ ، 0.8 لتر / دقيقة O 2 للماوس و 1-1.2 لتر / دقيقة للفئران) المتصل بماسح PET-CT وانقل الماوس إلى السرير.
  5. ضع الماوس في وضع ضعيف ، ورأسه أولا ، على سرير الماسح الضوئي للتصوير المقطعي PET-CT ، وضع أنفه في قناع الأنف للتخدير وسد رأس الماوس برفق على القناع بشريط لاصق.
  6. ثبت الأطراف العلوية والسفلية للماوس على سرير الماسح الضوئي لمنع أي حركات لا إرادية أثناء إجراءات التصوير ، والتي قد تؤدي إلى قطع أثرية للحركة.
  7. راقب درجة حرارة الجسم ومعدل التنفس باستخدام مسبار المستقيم ووسادة التنفس ، على التوالي.

3. إعداد جرعة التتبع PET

  1. بالنسبة للفئران ، ارسم 10 ميجابايت من [18F] FDG بحجم 100-150 ميكرولتر باستخدام حقنة الأنسولين (1 مل). بالنسبة للفئران ، ارسم جرعة أعلى من 15 ميجابايت في 0.20-0.25 مل.
    ملاحظة: تجنب النشاط العالي لأن الماسح الضوئي PET الذي تمت مناقشته في هذا البروتوكول له حساسية عالية جدا ويتطلب فقط قدرا متواضعا من النشاط للحصول على صور عالية الجودة.
  2. إذا كان التركيز الأصلي للمقتفي في القارورة مرتفعا جدا ، فاستخدم المحلول الفسيولوجي (0.9٪ وزن / فولت كلوريد الصوديوم) لتخفيف جرعة التتبع إلى تركيز 50-100 ميجابايت / مل.
  3. استخدم معاير جرعة PET لقياس النشاط الفعلي في المحقنة. قم بالتعليق على نشاط الحقن المسبق ووقت القياس حيث سيتم استخدام هذه القيم لاحقا باستخدام وحدات إدخال محددة لواجهة المستخدم الرسومية للماسح الضوئي PET.

4. إعداد عامل التباين CT

  1. ارسم 0.2 مل لكل 20 جم من وزن الماوس من عامل تباين مستحلب الدهون المعالج باليود في حقنة سعة 1 مل. الحد من حجم الحقن إلى 0.5 مل من CA للفئران أثقل. في حالة استخدام iomeprol ، اضبط معدل الحقن للفئران على 10 مل / ساعة (~ 0.17 مل / دقيقة) وحدد حجم الحقن إلى 0.5 مل.
    1. بالنسبة للفئران ، اسحب 2.3-3 مل من iomeprol ، مخفف إلى تركيز 200 مجم / مل ، في حقنة سعة 5 مل.
      ملاحظة: في حالة عدم توفر مستحلب الدهون للحيوانات الصغيرة CA ، يمكن استخدام iomeprol مع الحقن المستمر عن طريق مضخة حقنة ، كما هو موضح أدناه.
    2. قم بتوصيل المحقنة بمضخة المحقنة ، واضبط المضخة على حجم المحقنة الفعلي وقطرها.
    3. قم بتوصيل المحقنة بأنبوب CA والإبرة ، وقم بملء الأنبوب مسبقا باستخدام CA.
    4. اضبط معدل الحقن على 24 مل / ساعة (= 0.4 مل / دقيقة) ، مما يحد من الحقن إلى حجم أقصى يبلغ 2 مل.
      ملاحظة: من الممكن أيضا استخدام CA لتجمع الدم على أساس مستحلب الدهون المعالج باليود في الفئران ، على الرغم من التكلفة العالية نسبيا لهذا الإجراء بسبب الحجم الأكبر لحقنة واحدة. إذا كان هذا الخيار مفضلا (على سبيل المثال ، لتبسيط البروتوكول عن طريق تجنب مضخة المحقنة) ، فيمكن استخدام الإجراء التالي:
  2. ارسم 7.5 مل لكل كيلوغرام من وزن الجسم من عامل تباين مستحلب الدهون المعالج باليود في حقنة سعة 5 مل. الحد من حجم الحقن إلى 2 مل من CA أيضا للفئران أثقل.

5. محاذاة الحيوانات والعمليات الأولية قبل التصوير

  1. عند تجميد الحيوان على سرير التصوير ، قم بإنشاء دراسة جديدة على واجهة المستخدم الرسومية المقطعية. أضف معرف اسم الدراسة في الوحدة النمطية لاسم الدراسة وحدد سير عمل التصوير المحفوظ مسبقا من القائمة المنسدلة.
  2. حدد الجزء التشريحي المناسب مع معلومات الحيوان / العينة | الجزء التشريحي | تحديد المواقع القلبية والحيوانية حسب معلومات الحيوان / العينة | تحديد المواقع | مستلق / الرأس أولا. قم بالتعليق على وزن الحيوان بالجرام للوحدة المقابلة: معلومات الحيوان / العينة | وزن الحيوان.
    ملاحظة: جميع المعلومات الأخرى في هذا القسم اختيارية ، ولكن من المفيد توفير أكبر قدر ممكن من المعلومات المطلوبة للعثور عليها في رأس DICOM لصور إعادة البناء ، وبالتالي تسهيل الاستعلام اللاحق عن البيانات.
  3. حدد النويدات المشعة في معلومات مسح التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني | F18 لدراسات [18F] FDG وغيرها من المركباتالموسومة F ؛ تعديل إذا تم استخدام متتبعات أخرى (على سبيل المثال ، [13N] NH3). اكتب أيضا اسم المتتبع في معلومات فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني | سيتم الإبلاغ عن وحدة اسم التتبع مثل هذا الاسم في رأس DICOM عند الانتهاء من إعادة بناء الصورة.
    ملاحظة: المعلومات حول وقت حقن التتبع والنشاط والحجم إلزامية ولكن يمكن تقديمها لاحقا أثناء الحصول على PET.
  4. في معلومات التصوير المقطعي المحوسب ، اكتب جميع المعلومات المتاحة المتعلقة بعامل التباين.
    ملاحظة: كل هذه المعلومات اختيارية ولكنها يمكن أن تسهل الاستعلام عن البيانات اللاحقة إذا تم توفيرها.
  5. اضغط على إجراء الفحص وانتظر حتى يتم فتح علامة تبويب أخرى من واجهة المستخدم الرسومية ، مما يسمح بتحديد موضع الحيوان وتحديد مواصفات خيارات المسح الأخرى.
  6. حدد نوع معايرة التصوير المقطعي المحوسب في معايرة التصوير المقطعي المحوسب | استخدم معايرة التصوير المقطعي المحوسب الافتراضية.
  7. في قسم إعداد الدراسة ، حدد كل بروتوكول مسح ضوئي من القائمة المنسدلة، وحدد خانة الاختيار انتظر تأكيد المستخدم قبل هذا الفحص .
    ملاحظة: هذه الخطوة مهمة للغاية ، لأنها ستضع الماسح الضوئي في وضع الاستعداد في انتظار إدخال المستخدم قبل بدء مرحلة الاستحواذ المقابلة. بالنسبة لفحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، سيسمح ذلك بمزامنة حقن التتبع وبدء فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الفعلي ؛ بالنسبة لفحص CTAC ، سيسمح للمستخدم بإغلاق الغطاء (التدريع) قبل انبعاث الأشعة السينية أثناء الفحص بالأشعة المقطعية (سيتم إجهاض الدراسة تلقائيا إذا كان الغطاء مفتوحا قبل بدء الفحص بالأشعة المقطعية) ؛ بالنسبة لفحص Cine-CT ، سيسمح هذا التوقف المؤقت للمستخدم ببدء بروتوكول ضخ CA ومسح بيانات التصوير المقطعي المحوسب مع التأخير المطلوب.
  8. لتحديد المواقع الحيوانية ، قم بتشغيل وحدة التحكم في المحرك باستخدام المفتاح الموجود في الجزء الأيمن من واجهة المستخدم الرسومية.
    ملاحظة: سيؤدي هذا إلى تشغيل ليزر التمركز على سرير الحيوان وتمكين أزرار محاذاة السرير اليدوية الموضوعة على جانب الماسح الضوئي.
  9. استخدم أزرار محاذاة السرير اليدوية لتحريك صدر الحيوان على علامات الليزر. تحقق بعناية من كل من المحاذاة الطولية والعمودية للحيوان.
  10. بمجرد وضع الحيوان في الموضع الصحيح وفقا لليزر المركزي ، اضغط على إيقاف تشغيل الليزر لحفظ الموضع الحالي المميز بالليزر ، والذي سيتم نقله إلى مركز ماسحات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير المقطعي المحوسب خلال مراحل الاستحواذ المقابلة. بعد ذلك ، قم بإيقاف تشغيل وحدة التحكم في المحرك.

6. التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني

  1. اضغط على بدء الاستحواذ لنقل الحيوان إلى الماسح الضوئي PET FOV. سيبقى الذيل والقنية خارج مجال الرؤية للسماح بحقن التتبع. سيبقى الماسح الضوئي في وضع الخمول حتى يضغط المستخدم على الزر متابعة .
  2. تحضير المحقنة مع جرعة تتبع PET معايرة.
  3. ابدأ عملية الاستحواذ بالضغط على زر المتابعة وابدأ في حقن المقتفي في القنية في غضون 5 ثوان من بدء الفحص (الشكل 1).
    ملاحظة: ستكون مدة الحقن ~ 20-25 ثانية.
  4. ضع المحقنة في معاير جرعة PET لقياس النشاط المتبقي في المحقنة. قم بالتعليق على النشاط الفعلي ووقت القياس.
  5. في علامة التبويب شاشة الأجهزة في واجهة المستخدم الرسومية للماسح الضوئي، استخدم الزر تحديث معلومات متتبع PET لإدراج الوقت الفعلي المحقون والنشاط ووحدة التخزين.
  6. أثناء الفحص ، تحقق من المعلمات الفسيولوجية للحيوان بشكل دوري.
  7. أثناء الفحص ، قم بقياس نسبة السكر في الدم كما هو موضح في الخطوة 2.2 في النقاط الزمنية التالية: 5 دقائق و 20 دقيقة و 40 دقيقة و 60 دقيقة بعد بداية فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.
  8. بعد قياس نسبة السكر في الدم ، ضع شريط الاختبار في عداد جاما وقم بإجراء قياس النشاط لمدة 60 ثانية. تسجيل الوقت الفعلي الذي تم فيه قياس النشاط ، وتصحيح الاضمحلال الإشعاعي ، مع أخذ وقت حقن التتبع كوقت مرجعي. قم بتحويل قيم النشاط المسجلة إلى تركيز نشاط (Bq / mL) من خلال النظر في متوسط حجم الدم البالغ 1 ميكرولتر في شريط اختبار الجلوكوز (أي باستخدام المعادلة [1]):
    Cالدم (ر) =الدم (ر) / 0.001 مل [Bq / مل] (1)
    حيث الدم (t) هو النشاط المقاس المصحح للاضمحلال لعينةالدم في شريط الاختبار ، معبرا عنه ب Bq.
    ملاحظة: يمكن إجراء بدء فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني وحقن التتبع بواسطة نفس المشغل باستخدام جهاز التحكم المحمول الخاص بالتصوير المقطعي المحوسب الموجود على الطاولة الجانبية للماسح الضوئي بالقرب من موقع المشغل أثناء الحقن. يسمح بتأخيرات أطول بين بدء الفحص وبداية الحقن ، ولكن سيظل بعض الإطارات المعاد بناؤها في بداية التسلسل الديناميكي فارغا. يوصى بتجنب التأخير الذي يزيد عن 10 ثوان (أي يؤدي إلى إطارين فارغين مع البروتوكول الحالي).

Figure 1
الشكل 1: حقن متتبع التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. يتم تنفيذ هذه العملية مباشرة بعد بدء فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. الحيوان داخل مجال رؤية PET (الرأس أولا ، مع ذيله مرئي على جانب المشغل). اختصار: PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

7. الأشعة المقطعية

  1. قبل حقن عامل التباين CT ، ابدأ فحص CTAC مباشرة بعد إغلاق غطاء الماسح الضوئي والضغط على الزر " متابعة" في واجهة المستخدم الرسومية. في نهاية هذا الاستحواذ القصير جدا ، استخدم الإجراءات التالية لضمان التحسين المناسب لتجمع الدم عن طريق حقن CA قبل الاستحواذ باستخدام نفس الوصول إلى الأوعية الدموية المستخدم لحقن متتبع PET.
    1. مستحلب الدهون المعالج باليود CA:
      1. بعد الانتهاء من فحص CTAC ، قم بحقن مستحلب الدهون المعالج باليود CA باستخدام القنية المتصلة بالفعل بالوريد الخلفي للفأر. مدة الحقن النموذجية هي في حدود 30-60 ثانية.
      2. ابدأ التصوير مباشرة بعد الانتهاء من الحقن. اضغط على متابعة في واجهة المستخدم الرسومية للماسح الضوئي لبدء اكتساب Cine-CT.
    2. مضخة Iomeprol / حقنة:
      1. إذا تم استخدام الأشعة السينية CA العادية ، مثل iomeprol ، استخدم مضخة حقنة تسمح بالحقن البطيء بمعدل ثابت.
      2. بالنسبة للفئران ، اضبط معدل حقن CA على 10 مل / ساعة (~ 0.17 مل / دقيقة) عن طريق الحد من حجم الحقن إلى 0.5 مل. باستخدام هذا الإعداد ، أوقف الحقن بعد ~ 3 دقائق. بالنسبة للفئران ، اضبط المضخة على معدل 24 مل / ساعة (= 0.4 مل / دقيقة) وحدد حجم الحقن إلى 2 مل. باستخدام هذا الإعداد ، أوقف الحقن بعد 5 دقائق.
      3. قم بتوصيل الإبرة المتصلة بأنبوب CA بقنية الوريد الذيلي ، مما يضمن ملء كل من الأنبوب والإبرة مسبقا ب CA.
      4. ابدأ الحقن. أغلق غطاء الماسح الضوئي واستعد لفحص Cine-CT.
      5. اضغط على زر المتابعة على واجهة المستخدم الرسومية للتصوير المقطعي بعد 60 ثانية من بداية الحقن للفئران وبعد 90 ثانية من بداية الحقن للفئران ، بحيث يبدأ اكتساب Cine-CT. سيتوقف حقن CA تقريبا في نفس الوقت الذي يتم فيه إكمال الفحص بالأشعة المقطعية Cine-CT للفئران وعند الانتهاء للفئران.
  2. عند الانتهاء من فحص Cine-CT ، افصل الحيوان عن نظام المراقبة الفسيولوجية وقم بإزالة قنية الوريد الذيل. اعتمادا على البروتوكول الفعلي ، يتم استرداد الحيوانات أو القتل الرحيم بعد إجراء التصوير الموصوف. في الحالة الأولى ، يتم إيقاظ الحيوانات في أقفاصها في بيئة دافئة تحت مصباح الأشعة تحت الحمراء. تتم مراقبتها حتى الاستيقاظ التام ، مع أخذ 15/30 دقيقة بعد التخدير الغازي. في حالة البروتوكولات التي تتطلب على سبيل المثال ، حصاد الأنسجة في نهاية إجراء التصوير ، يتم القتل الرحيم للحيوانات باستخدام جرعة زائدة مخدرة في غرفة الحث (5٪ إيزوفلوران) ، وفقا للملحق السادس من D.Lgs. 26/2014.
    ملاحظة: في حالة 18نويدة مشعة قائمة على F كما نوقش في هذا البروتوكول ، فإن 24 ساعة بعد حقن التتبع كافية للوصول إلى مستوى من النشاط الإشعاعي المتبقي على جسم الحيوان يكون آمنا لجميع الأغراض العملية.

8. إعادة بناء صور القلب 4DCT باستخدام البوابات القلبية التنفسية الداخلية

ملاحظة: عند الانتهاء من دراسة التصوير ، يتم إجراء إعادة بناء PET و CT القياسية تلقائيا. ومع ذلك ، يجب إجراء إعادة بناء تسلسل التصوير المقطعي المحوسب للقلب 4D (Cine) يدويا ويتطلب بعض تفاعل المستخدم. تتم مناقشة هذا النوع الخاص من إعادة البناء ، وهو إلزامي لتحليل التصوير المقطعي المحوسب للقلب المورفولوجي الوظيفي اللاحق ، في هذا القسم.

  1. افتح وحدة بوابات القلب في واجهة المستخدم الرسومية الخاصة ب tomogragh وحدد دراسة التصوير المراد تحليلها.
  2. حدد منطقة الاهتمام (ROI) على الصور الشعاعية للحيوان المعروض (الشكل 2) لبناء منحنى حركة قلبية يعتمد على الوقت ، ويمثل إشارة البوابة - الكيموغرام. حرك عموديا عائد الاستثمار المستطيل المرسوم مسبقا بحيث يتم تحديد كل من قمة القلب والحجاب الحاجز. ثم حدد تحليل إشارة البوابة. ستعرض واجهة المستخدم الآن إشارة البوابة على كل من المجال الزمني ومجال التردد.
  3. في الرسم البياني الأول لمجال التردد ، حدد نطاق التردد التنفسي من خلال تسليط الضوء على المجموعة الأولى من قمم طيف التردد (راجع الشكل 3 للحصول على مثال الطيف).
  4. في الرسم البياني الثاني لمجال التردد ، حدد نطاق تردد حركة القلب ، مع إبراز ثاني أكثر قمة حدة.
  5. في المرحلة التالية ، لاحظ إشارة بوابة المجال الزمني مع علامات ملونة (نقاط) متراكبة ، تظهر قمم التنفس المحددة وقمم تقلص القلب. إذا كانت مواضع العلامة تتناسب بشكل جيد مع قمم الجهاز التنفسي والقلب لإشارة البوابة الأصلية ، فانتقل إلى المرحلة التالية. خلاف ذلك:
    1. إذا كان شكل إشارة البوابة مختلفا تماما عن الشكل 3 ، فارجع إلى الخطوة 8.2 وحدد عائد استثمار آخر.
    2. إذا كان شكل إشارة البوابة مشابها بشكل معقول للشكل الموضح في الشكل 3 ، فارجع إلى الخطوة 8.3 والخطوة 8.4 وحدد نطاقات تردد مختلفة على طيف إشارة البوابات.
  6. في المرحلة التالية ، حدد ما لا يقل عن أربع بوابات قلبية.
    ملاحظة: تتكون إعادة بناء Cine-CT النموذجية من 8-12 بوابة قلبية.
  7. حدد نافذة الجهاز التنفسي المناسبة باستخدام القائمة المنسدلة: نافذة الجهاز التنفسي | 20٪ -80٪.
    ملاحظة: سيحتفظ هذا بنسبة 60٪ من البيانات المكتسبة في إعادة الإعمار ، باستثناء مرحلة ذروة الإلهام ، وبالتالي تحسين حدة جدران عضلة القلب المعاد بناؤها في كل مرحلة قلبية.
  8. قم بإجراء إعادة الإعمار لتحويل صور Cine-CT المسورة بأثر رجعي إلى تنسيق DICOM ، وجاهزة للاستيراد إلى البرنامج للتحليل الوظيفي اللاحق.

Figure 2
الشكل 2: أداة اختيار عائد الاستثمار للبوابات الجوهرية. تظهر هذه الصورة في واجهة المستخدم الرسومية للتصوير المقطعي أثناء مرحلة إعادة بناء Cine-CT. يجب على المستخدم تحديد موضع عائد الاستثمار (المستطيل الأصفر) الذي يتم الحصول على إشارة البوابة الجوهرية (kymogram) من توقعات التصوير المقطعي المحوسب الخام. الكائن الدائري الشكل المتراكب على صندوق الحيوان هو وسادة الجهاز التنفسي المستخدمة فقط للمراقبة الفسيولوجية أثناء الدراسة. الاختصارات: عائد الاستثمار = منطقة الاهتمام ؛ CT = التصوير المقطعي المحوسب ؛ واجهة المستخدم الرسومية = واجهة المستخدم الرسومية. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 3
الشكل 3: مثال إشارة البوابة (الإطار العلوي) وطيف التردد المقابل (المركز والأسفل). الصور التي تم الحصول عليها باستخدام وحدة بوابات القلب لبرنامج Atrium. يجب على المستخدم تحديد نطاقات التردد المناسبة لكل من الجهاز التنفسي (الإطار المركزي) وحركة القلب (الإطار السفلي). سيسمح ذلك بتحديد علامات الجهاز التنفسي والقلب على إشارة البوابة ، والتي يجب فحصها من قبل المستخدم قبل الشروع في إعادة بناء 4D. سيؤدي التحديد السيئ للقمم أو التعيين الخاطئ (على سبيل المثال ، الجهاز التنفسي إلى القلب ، أو العكس) إلى إعادة بناء غير صحيحة. تم الحصول على البيانات المعروضة من تحليل فحص 4D Cine-CT لفأر Wistar ذكر بالغ سليم (507 جم) تم حقنه ب 2 مل من iomeprol ، 200 mg / mL ، بمعدل 0.4 مل / دقيقة لمدة 5 دقائق (يتم تكبير الرسم البياني في الأعلى على أول 22 ثانية من الاستحواذ للسماح بتصور أفضل لحركة القلب والجهاز التنفسي المحددة). اختصار: CT = التصوير المقطعي. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

9. تحليل القلب PET

ملاحظة: يوضح هذا القسم كيفية إجراء تحليل حركي لبيانات FDG الديناميكية [18F] للبطين الأيسر للحيوان الصغير. يعتمد التحليل على برنامج Carimas. لا يقصد من الإرشادات أدناه أن تكون بديلا لدليل مستخدم البرنامج17. يعتمد الإجراء المعروض أدناه على تحليل Patlak الرسومي لبيانات PET الديناميكية18. ارجع إلى قسم المناقشة للحصول على تفاصيل حول هذا التحليل.

  1. افتح صور DICOM الخاصة بفحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الديناميكي.
  2. حدد وحدة HeartPlugin .
  3. قم بتكبير الصورة على قلب الفأر / الجرذ ، وحدد الإطار الزمني الأخير (أو ما يعادله ، مجموع آخر ثلاثة إلى خمسة أطر زمنية) التي تم غسل معظم نشاط تجمع الدم لها بالفعل.
  4. اتبع التعليمات التي تظهر على الشاشة لإعادة توجيه الصورة على طول المحور الرئيسي لقلب الحيوان (المحور القصير والمحور الرأسي والأفقي الطويل). قم بذلك بشكل تفاعلي عن طريق تحريك العلامات المعروضة لقاعدة القلب والقمة (الشكل 4).
  5. حدد أداة التجزئة .
    ملاحظة: بشكل افتراضي، يتم تمكين التجزئة التلقائية، مما يؤدي إلى نتائج موثوقة في معظم الحالات.
  6. إذا كانت نتيجة التجزئة التلقائية غير مقبولة ، فقم بتحسين شكل عضلة القلب المجزأة و / أو تجويف الجهد المنخفض عن طريق تمكين الوضع اليدوي (تم تعطيل بحث عائد الاستثمار).
  7. في أداة النمذجة ، حدد النموذج الحركي المناسب لاستخدامه لتحليل PET الديناميكي. في هذه الحالة، حدد رسومي | Patlak لتمكين تحليل مخطط Patlak لحساب معدل الأيض لامتصاص الجلوكوز (MRGlu) لكل قطاع قلبي.
  8. في أداة polarmap ، حدد العدد الصحيح لشرائح القلب المعروضة. في هذه الحالة ، حدد 17 شريحة.
  9. الآن ، اضغط على زر Fit لإجراء إجراء التركيب لتحليل Patlak.
  10. في نهاية إجراء التركيب ، لاحظ الخريطة القطبية المعروضة لقيم Ki (أي ميل الانحدار الخطي المعبر عنه ب mL / [mL × min]).
  11. باستخدام قيم Ki لكل قطاع موضح في جدول ، احسب MRGlu باستخدام المعادلة (2):
    MRGlu = (Ki × PGlu) / LC (2)
    حيث PGlu هي قيمة مشتقة من عينة الدم لتركيز الجلوكوز في البلازما (مليمول / لتر) ، والثابت المقطوع (LC) هو معامل تجريبي يستخدم للتعويض عن الفرق في الامتصاص بين الجلوكوز الطبيعي و FDG. انظر، على سبيل المثال، Ng et al.22 للاطلاع على القيم النموذجية للثابت المقطوع في ظروف تجريبية مختلفة.
    ملاحظة: قبل البدء في تحليل PET ، من الممارسات الجيدة فحص التسلسل الديناميكي لوحدات تخزين PET بصريا داخل أداة برنامج تحليل PET. هذا ضروري لاستبعاد حركة الحيوانات العيانية بين الأطر الزمنية أثناء الدراسة. في حالة وجود حركة ، يجب إجراء التسجيل المناسب للصور (خارج نطاق هذا البروتوكول) قبل التحليل ، إن أمكن.

Figure 4
الشكل 4: أداة إعادة التوجيه لبرنامج تحليل PET. يظهر إسقاط قطعتين مستقيمتين بسيطتين في مساحة 3D على كل من المستويات القياسية الثلاثة (عبر المحور ، الإكليلي ، والسهمي). يسمح الجزء الأول للمستخدم بتحديد قاعدة القلب والقمة ، بينما يسمح الجزء الثاني باختيار الجانبين الأيسر والأيمن من القلب. ينتج عن هذه الخطوة صورة PET جديدة (محصورة) (الصف السفلي) ، مع إعادة توجيه القلب على طول تمثيل AHA القياسي. تم الحصول على الصور باستخدام Carimas من فأر CD-1 بالغ يتمتع بصحة جيدة يزن 51 جراما وتم حقنه ب 10 ميجابايت من [18F] FDG. الاختصارات: PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ؛ AHA = جمعية القلب الأمريكية ؛ FDG = فلوروديوكسي جلوكوز. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

10. تحليل القلب Cine-CT

ملاحظة: يوضح هذا القسم كيفية إجراء التحليل الكمي لصورة القلب Cine-CT لجمع البيانات الكمية العالمية لوظيفة القلب. يعتمد التحليل على برنامج Osirix MD. لا يقصد من الإرشادات أدناه أن تكون بديلا لدليل مستخدم Osirix24.

  1. قم بتحميل صور DICOM الخاصة بفحص Cine-CT في البرنامج.
  2. افتح مجموعة البيانات الديناميكية باستخدام عارض 4D المدمج.
  3. باستخدام أداة الإصلاح متعدد المستويات 3D (MPR) ، أعد توجيه بيانات الصورة على طول المحور القصير (الشكل 5).
  4. تصدير البيانات المعاد توجيهها إلى DICOM ، مما يضمن تصدير بيانات 4D بالكامل ، مع الحفاظ على سمك الشريحة (مثل الأصل) وعمق بت الصورة (16 بت لكل فوكسل)
  5. افتح صور 4D MPR المصدرة باستخدام عارض 4D.
  6. حدد إطارا زمنيا يتوافق مع نهاية الانبساط. تصفح جميع الأطر الزمنية باستخدام شريط تمرير الوقت على شريط الأدوات الرئيسي للتأكد من تحديد المرحلة القلبية الصحيحة.
  7. في هذا الإطار الزمني ، اختر أداة التعليق التوضيحي المضلع المغلق وحدد يدويا جدار الشغاف ل LV.
  8. افعل الشيء نفسه مع 10-20 شريحة من القاعدة إلى القمة ، مع التأكد من أن جميع عائد الاستثمار لها نفس الاسم (على سبيل المثال ، LVENDO).
  9. في قائمة عائد الاستثمار، حدد حجم عائد الاستثمار | قم بإنشاء عائد استثمار مفقود لإنشاء عائد الاستثمار على جميع شرائح المحور القصير عن طريق استيفاء عائد الاستثمار المرسوم يدويا.
  10. في قائمة عائد الاستثمار، حدد حجم عائد الاستثمار | حساب الحجم لحساب حجم مجموعة عائد الاستثمار بنفس اسم عائد الاستثمار.
  11. تصفح الأطر الزمنية وحدد مرحلة تتوافق مع نهاية الانقباض (حجم الجهد المنخفض الأصغر) وكرر الخطوات من 10.7 إلى 10.10 أعلاه.
  12. احسب حجم الشوط (SV) وكسر القذف باستخدام المعادلتين (3) و (4):
    SV = EDV - ESV [مل] (3)
    EF = 100 × SV/EDV [٪] (4)
    حيث EDV هو حجم نهاية الانبساطي و ESV هو الحجم الانقباضي النهائي.

Figure 5
الشكل 5: واجهة رسومية لأداة الإصلاح متعدد المستويات. تستخدم هذه الأداة لإعادة توجيه بيانات Cine-CT للتحليل الوظيفي اللاحق. يجب على المستخدم تدوير وترجمة المحاور المرجعية على الجانب الأيسر من الشاشة بحيث يظهر عرض المحور القصير للقلب على اليمين. في نهاية هذا الإجراء ، يمكن للمستخدم تصدير الصور المعاد توجيهها كمجموعة ملفات DICOM. تم الحصول على الصور باستخدام Osirix MD وتشير إلى ذكر فأر Wistar بالغ سليم (507 جم) تم حقنه ب 2 مل من iomeprol ، 200 مجم / مل ، بمعدل 0.4 مل / دقيقة لمدة 5 دقائق ، أعيد بناؤه باستخدام Filtered BackProjection بحجم فوكسل 0.24 مم3. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

في هذا القسم ، يتم عرض النتائج النموذجية لكل من تحليل التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والتصوير المقطعي المحوسب باتباع الإجراءات الموضحة حتى الآن. يوضح الشكل 6 نتائج التجزئة التلقائية لتجويف عضلة القلب والجهد المنخفض لفحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني [18F] FDG لماوس CD-1 تحكم (صحي). على الرغم من أن البطين الأيمن لا يكون مرئيا دائما في الصور المعاد بناؤها ، إلا أنه يمكن استخدام محاور الاتجاه المستندة إلى رأس DICOM لتمييز الحاجز بين البطينين بشكل صحيح عن جدران LV الأخرى ، كما هو مطلوب لتحديد موثوق للقطاعات القياسية وفقا لتوصيات جمعية القلب الأمريكية (AHA)25 . في حالة نقص تروية عضلة القلب ، يظهر الانخفاض الإقليمي لامتصاص التتبع كعلامة نموذجية لفقدان حيوية عضلة القلب. لا يرتبط هذا بالضرورة بانخفاض التروية ، والتي ستحتاج إلى متتبع مختلف (على سبيل المثال ، [13N] NH3 أو [15O] H2O) ليتم تصوره في صور PET. حتى في الأشخاص الأصحاء ، يتم ملاحظة قيم أقل أعيد بناؤها حول القمة بشكل شائع في PET (انظر الشكل 6). قد ينشأ هذا من قطعة أثرية ذات حجم جزئي أكثر وضوحا بسبب سمك عضلة القلب الأرق (بشكل عام) في القمة مقارنة ، على سبيل المثال ، بالجدار الأيسر أو الحاجز.

Figure 6
الشكل 6: نتائج التجزئة التلقائية لبرنامج تحليل PET. تم الحصول على الصور باستخدام المكون الإضافي Heart لبرنامج Carimas. تم إجراء التجزئة بعد إعادة التوجيه القياسية وفقا لإرشادات AHA. تشير الصور المعروضة إلى فأر CD-1 بالغ سليم (مثل الشكل 4) يزن 51 جراما ويتم حقنه ب 10 ميجابايت من [18 F] FDG ، بدون بوابات قلبية ، ومجموع آخر 15دقيقة من فحص PET لمدة 60 دقيقة. تم إعادة بناء الصور باستخدام خوارزمية 3D-OSEM تكرارية بحجم فوكسل يبلغ 0.85 مم3. الاختصارات: PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ؛ AHA = جمعية القلب الأمريكية ؛ FDG = فلوروديوكسي جلوكوز. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

في الشكل 7 ، يظهر مثال على Kالإقليمي الذي تم الحصول عليه من خلال تحليل Patlak الرسومي18 (أعلى اليسار). في الإطار الموجود في الأسفل ، يتم عرض مخطط مبعثر Patlak والنتائج المقابلة لتحليل الانحدار الخطي. تمثل كل نقطة في مخطط التشتت النسبة بين تركيز نشاط الأنسجة وتركيز نشاط البلازما في وقت معين t (بعد تصحيح الاضمحلال الإشعاعي) ، CT (t) / CP (t) ، مرسومة مقابل الوقت الذي لا يتجزأ من تركيز نشاط البلازما من وقت الحقن t 0 =0 إلى الوقت t. يوضح الجدول الموجود في الإطار العلوي الأيمن من الشكل 7 قيم المنحدر (Ki) والتقاطع (Ic) للملاءمة الخطية التي يتم إجراؤها على كل مقطع ، جنبا إلى جنب مع معامل التحديد المقابل (R2).

فيما يتعلق بالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني القلبي ، يمكن أن تشمل علامات التنفيذ السيئ للبروتوكول ، على سبيل المثال لا الحصر ، ما يلي: (أ) انخفاض أو غياب امتصاص التتبع من عضلة القلب ، والتي عادة ما تكون علامة على حدوث مشكلة أثناء حقن التتبع ، مثل الحقن الممتد ؛ '2' مشاكل مماثلة كما في النقطة السابقة إذا كانت درجة حرارة الحيوان منخفضة جدا أثناء الفحص بالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (على سبيل المثال، أقل من 35 درجة مئوية)، وبالتالي يحدث امتصاص متغير للمقتفيات؛ (iii) ضبابية واضحة للصورة ، والتي يمكن أن تكون بسبب مستوى التخدير المنخفض جدا أو الحركة اللاإرادية.

Figure 7
الشكل 7: نتائج تحليل باتلاك الرسومي. تم الحصول على الصور باستخدام المكون الإضافي Heart لبرنامج Carimas. أعلى اليسار: خريطة قطبية بارامترية ل Ki الإقليمي ل LV الناتجة عن تحليل Patlak. أعلى اليمين: متوسط قيم Ki و IC على كل جزء من عضلة القلب ، جنبا إلى جنب مع معاملات تحديد كل ملاءمة خطية (R2). أسفل: مخطط مبعثر ل y (t) مقابل x (t) (انظر النص للحصول على التفاصيل) لجزء عضلة القلب المحدد (الجزء 1 في هذا المثال). تشير هذه النتيجة إلى صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني لعضلة القلب الموضحة في الشكل 4 والشكل 6 (فأر CD-1 بالغ بالغ سليم يزن 51 جم ويتم حقنه ب 10 ميجابايت من [18F] FDG). الاختصارات: PET = التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ؛ FDG = فلوروديوكسي جلوكوز. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 8
الشكل 8: مثال على التجزئة اليدوية ل LV للفئران. تشير الصورة إلى نفس الحيوان كما هو موضح في الشكل 5 وتم الحصول عليها باستخدام Osirix MD. يظهر التحليل الحجمي الناتج عن LV في نهاية الانبساط ونهاية الانقباض في الأسفل. من هذه النتائج ، يتم حساب EF و SV وفقا للمعادلتين 3 و 4. الاختصارات: EF = جزء طرد ؛ SV = حجم السكتة الدماغية ؛ عائد الاستثمار = مناطق الاهتمام ؛ LV = البطين الأيسر. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 9
الشكل 9: تجسيد حجم صور Cine-CT. تشير الصور إلى نفس الجرذ الموضح في الشكل 5 والشكل 8 (ذكر فأر Wistar بالغ سليم يزن 507 جم ويحقن ب 2 مل من iomeprol ، 200 مجم / مل ، بمعدل 24 مل / ساعة لمدة 5 دقائق ، أعيد بناؤه باستخدام FBP بحجم فوكسل 0.24 مم3). الاختصارات: RA = الأذين الأيمن ؛ LA = الأذين الأيسر ؛ LV = البطين الأيسر. RV = البطين الأيمن. CT = التصوير المقطعي المحوسب ؛ FBP = الإسقاط الخلفي المصفى. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

يتعامل الشكل 8 والشكل 9 مع النتائج التمثيلية لتحليل القلب Cine-CT للفئران السليمة. على وجه الخصوص ، في الشكل 8 ، يتم عرض الشكل والحجم المختلفين ل LV للمراحل الانبساطية ونهاية الانقباضي ، جنبا إلى جنب مع إعادة البناء 3D لحجم LV المجزأ في كلتا المرحلتين. في هذا المثال ، أدى حساب الأحجام وفقا للمعادلتين 3 و 4 إلى EDV = 0.361 مل و ESV = 0.038 مل ، وهو ما يتوافق مع حجم شوط SV = 0.323 مل وكسر طرد EF = 89.4٪. هذا يتفق مع النتائج المبلغ عنها في بروتوكولات مماثلة في الأدبيات ، والتي تظهر EF الطبيعي للفئران في حدود 70٪ -90٪ 26. قد تؤدي القلوب المحتشدة إلى انخفاض EF ، في حدود 50٪ -70٪ أو أقل ، اعتمادا على شدة الآفة وامتداد عضلة القلب الحركية.

يمكن أن تحدث العلامات التالية للتنفيذ السيئ للتجربة لصور Cine-CT: (i) انخفاض أو غياب تباين الصورة بين غرف / أوعية القلب وعضلة القلب. في هذه الحالة ، من المحتمل حدوث مشكلة في حقن عامل التباين ؛ (ii) عدم وضوح ملامح جدران عضلة القلب. في هذه الحالة ، حدثت مشكلة في إعادة البناء ، ربما بسبب التحديد الخاطئ للقمم القلبية والتنفسية من إشارة البوابة الجوهرية ، والتي بدورها قد تعتمد على الاختيار السيئ لنطاقات التردد (الشكل 3) و / أو الاختيار السيئ لعائد الاستثمار لإشارة البوابة (الشكل 2) ؛ (iii) التحف الواضحة للحركة ، والتي قد تكون بسبب مستوى التخدير المنخفض جدا أو الحركة اللاإرادية.

في الشكل 9 ، يظهر تجسيد حجم قلب الجرذ نفسه لكل من انقباض النهاية وانقباض النهاية. يسمح هذا النوع من التصور فقط بتصوير الغرف والأوعية المعززة باليود ، وبالتالي فإن قيمتها نوعية أكثر من كونها كمية. ومع ذلك ، فإن انخفاض حركة جدران عضلة القلب ، مثل تلك التي تصادف في الفئران المحتشدة ، سينتج صورا حجمية مع اختلافات أقل وضوحا بين مرحلتي نهاية الانبساطي ونهاية الانقباضي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يركز البروتوكول المقدم في هذه الورقة على إجراء تجريبي نموذجي لأبحاث القلب والأوعية الدموية الانتقالية على نماذج الحيوانات الصغيرة لإصابات القلب باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب عالي الدقة. تشير النتائج المقدمة إلى القيمة الكمية والنوعية العالية لصور PET و Cine-CT ، مما يوفر معلومات وظيفية وهيكلية للقلب كله فيما يتعلق باستقلاب الجلوكوز وشكله وديناميكيات تقلصه. علاوة على ذلك ، فإن جميع الصور التي تم الحصول عليها هي 3D ، التي تم حلها بمرور الوقت ، وتباعد البكسل الخواص الحالي. هذا مفيد من وجهة نظر معالجة الصور لأنه لا يتطلب مهام تعتمد على مشغل المسح المسبق لتحديد اتجاهات شريحة معينة على طول المحاور القياسية للقلب.

تتضمن هذه الورقة بروتوكولا يعتمد على تحليل Patlak الرسومي لبيانات PET الديناميكية18. هذا النوع من التحليل مفيد لوصف امتصاص التتبع الذي لا رجعة فيه من الأنسجة ، وهو تقريب جيد في حالة [18F] FDG ، حيث يكون تأثير إزالة الفسفرة أو المستقلبات ضئيلا بشكل عام في عضلة القلب19. ضمن هذا التقريب ، يمكن تقريب النسبة بين تركيز نشاط الأنسجة المصحح بالاضمحلال CT (t) وتركيز نشاط البلازما المصحح بالاضمحلال CP (t) بالمعادلة التالية (5):

Equation 1 (5)

الذي يحمل الأوقات t ، بعد وقت بدء معين ، t * ، يجب تحديده تجريبيا. في المعادلة أعلاه ، يمثل الثابت Ki معدل التدفق الصافي من الدم إلى الأنسجة ، بينما IC هو ثابت يتضمن جزء حجم الدم وحجم توزيع المقتفي في المقصورة القابلة للانعكاس (أي البلازما). يمكن العثور على اشتقاق رياضي أكثر تفصيلا لهذه الصيغة في مكان آخر20. إذا كانت منحنيات النشاط الزمني (TACs) لكل من البلازما والأنسجة متاحة (على سبيل المثال ، من مسح PET الديناميكي و / أو أخذ عينات البلازما) ، يمكن إنشاء مخطط مبعثر 2D عن طريق التخطيط Equation 2 ولكل Equation 3 وقت إطار ، t ، بحيث يمكن تحديد Ki و IC بسهولة على أنهما ميل وتقاطع مخطط التشتت عن طريق الانحدار الخطي البسيط ، يقتصر على تلك النقاط الزمنية t > t * وبعد ذلك يتم ملاحظة الخطية. يجب التأكيد على أن التخدير المطول يمكن أن يؤثر على معدل الأيض في عضلة القلب21. لهذا السبب ، من المهم جدا توحيد البروتوكول بحيث يتم الاحتفاظ بالاختلافات بين الموضوعات لجميع المعلمات الفسيولوجية ذات الصلة إلى الحد الأدنى. الإجراء الموصوف في البروتوكول ، الذي تم تنفيذه في Carimas ، يسمح بتحليل Patlak الرسومي الإقليمي لعضلة القلب. لقد استخدمنا تركيز نشاط الدم كله في تجويف الجهد المنخفض كتقريب لدالة إدخال البلازما CP (t).

قد يكون لبعض الماسحات الضوئية PET دقة مكانية و / أو حساسية أقل ، مما يؤدي إلى استخدام عائد استثمار أكبر وأخطاء جزئية متسقة في الحجم / الامتداد في منحنيات النشاط الزمني (TACs) للقياسات ، خاصة تلك البلازمية المستخدمة كدالة إدخال (IF). في هذه الحالة ، يمكن تعديل بروتوكول التحليل عن طريق إنشاء IF هجين بناء على قيم الصورة في المرحلة المبكرة بعد الحقن وعلى تركيز نشاط عينة الدم (انظر خطوة البروتوكول 6.8) في المرحلة المتأخرة (>20 دقيقة). يمكن حساب النقاط المصححة ل IF الهجين عن طريق الاستيفاء ، كما هو موضح بواسطة Shoghi et al.23. داخل Carimas ، من الممكن تصدير TACs الخام لكل جزء من عضلة القلب ، وتصحيح TAC الشرياني ، وتحميلها مرة أخرى لإجراء تحليل Patlak مباشرة على المنحنيات المصححة. نظرا لتعقيد العملية المطلوبة ، لم نقدم عمليات بروتوكول محددة للقيام بذلك ، حيث أن النتائج التي تم الحصول عليها في الحالة الموضحة في هذا البروتوكول تتمتع بمستوى جيد من التكرار لمعظم التطبيقات.

التطبيق المحتمل للبروتوكول المقدم هو في نماذج الحيوانات الصغيرة لاحتشاء عضلة القلب. لتجنب القيود المفروضة على مثل هذا المجال المحدد من أبحاث التصوير ، لم نضف تعليمات بروتوكول محددة لتحريض MI أو أنواع أخرى من أمراض القلب والأوعية الدموية. يمكن العثور على الإجراءات الجراحية التفصيلية في مكان آخر في الأدبيات12،13 ، وقد تم تطبيقها بنجاح في مجموعتنا بهدف تصوير المعلومات التكميلية لكل من عيوب التروية الإقليمية وتكوين الأوعية الناجم عن نقص التروية4. ومع ذلك ، يمكن أن يكون بروتوكول التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب المقدم في هذه الورقة مفيدا في مجموعة متنوعة من تصميمات الدراسة عندما يكون التمثيل الغذائي للقلب و / أو وظيفته و / أو مورفولوجيته مصدر قلق ، بما في ذلك ، على سبيل المثال لا الحصر ، أمراض التمثيل الغذائي27 ، والاستجابة للعلاج و / أو الأنظمة الغذائية المختلفة 28 ، والإصابات الناجمة عن الإشعاع29. علاوة على ذلك ، يمكن أن يكون هذا النوع من التحقيق مفيدا عند التحقق من صحة المجسات الجزيئية الجديدة لمراقبة إعادة تشكيل القلب والأوعية الدموية الجديدة بالارتباط مع وظيفة القلب العالمية والإقليمية والتشكل 4.

هنا ، ناقشنا الحصول على صورة PET النموذجية وتحليلها الذي يركز على القياس الكمي لامتصاص الجلوكوز الإقليمي لعضلة القلب عن طريق [18F] FDG. بالنسبة لتصوير احتشاء عضلة القلب ، على سبيل المثال ، هذا مفيد ومعتمد على نطاق واسع لقياس صلاحية عضلة القلب26 كمعلومات تكميلية حول التروية ، والتي تتطلب بدلا من ذلك متتبعات مختلفة. علاوة على ذلك ، [18F] FDG هو المقتفي الأكثر توفرا على نطاق واسع في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، وبالتالي ، قررنا تكييف هذا البروتوكول مع هذا المقتفي لزيادة قابليته للتطبيق. مع تعديلات طفيفة على سير عمل التحليل ، يمكن استخدام نفس الإجراء لتحديد ، على سبيل المثال ، تدفق الدم الإقليمي لعضلة القلب (MBF) ، باستخدام [13N] NH3 أو [15O] H2O كمتتبعات تدفق الدم30.

في هذه الحالات ، يتطلب بروتوكول اكتساب PET تغييرات طفيفة ، مع الأخذ في الاعتبار أوقات اضمحلال النويدات المشعة المختلفة البالغة 13 N (T 1/2 = 9.97 دقيقة) و 15O (T 1/2 = 2.04 دقيقة) فيما يتعلق ب 18 F (T1/2 = 109.8دقيقة). علاوة على ذلك ، يجب استخدام النماذج الحركية المناسبة بدلا من تلك المقدمة في هذه الورقة ، والتي تتوفر عادة في معظم برامج معالجة الصور الكمية لتحليل PET ؛ إلى جانب هذه النقاط ، فإن الإجراء التجريبي المقدم في هذا البروتوكول مناسب في الغالب لأنواع أخرى من التحقيق التجريبي الذي يركز على قلوب الحيوانات الصغيرة. على الرغم من أن البروتوكول تم تصميمه خصيصا لتصوير القلب لنماذج الفئران ، إلا أن العمل مع الفئران قد يعني بعض التعديلات على البروتوكول الفعلي ، ويرجع ذلك أساسا إلى الحجم الأكبر للحيوان (~ 10x أثقل). ومع ذلك ، تمت إضافة معلومات إضافية إلى البروتوكول للإشارة إلى التعديلات المطلوبة لتصوير الفئران من أجل البساطة.

تتمثل ميزة البروتوكول المقدم في أنه لا يتطلب استخدام مجسات تخطيط القلب على الحيوان ، حيث يمكن إجراء دراسة PET بشكل موثوق دون بوابات ، وتستخدم دراسة التصوير المقطعي المحوسب بوابات استعادية جوهرية (بدون حواس). تعتمد الخوارزمية الموجودة في قاعدة برنامج البوابات الجوهرية على عمل Dinkel et al.31. تظهر هذه الطريقة توافقا كبيرا جدا مع بوابات القلب (الخارجية) القائمة على تخطيط القلب وقد تكون أفضل في حالة عدم انتظام ضربات القلب بسبب تفكك الأحداث الميكانيكية والكهربائية31. على الرغم من أنه يمكن تنفيذ البوابات الجوهرية في سير العملالمؤتمت بالكامل 32 ، إلا أن هذا البروتوكول يعتمد على طريقة تفاعلية يتم تنفيذها في ماسح IRIS CT ، مما يوفر مزيدا من المرونة في اختيار المعلمات. كما تمت مناقشته ، يلزم إجراء تعديلات طفيفة على الإجراءات عند استخدام الفئران بدلا من الفئران ، فيما يتعلق بشكل أساسي بالجرعات المحقونة ، والحاجة إلى فحوصات تصحيح التوهين (CTAC) عند استخدام أكبر ، بالإضافة إلى بعض الاختلافات بين أنواع عوامل التباين المقطعية. فيما يتعلق بهذه النقطة الأخيرة ، تم الإبلاغ أيضا عن استخدام مستحلبات الدهون الغنية باليود في الماء على الفئران في الملاحظات الفنية لبائعي CA للحيوانات الصغيرة. نظرا لأحجام الحقن الكبيرة نسبيا ، والتكلفة الأعلى نسبيا ، والتوافر الأقل انتشارا لعوامل التباين المتخصصة هذه ، فقد قدمنا أيضا تعديلا للبروتوكول بناء على عوامل تباين الأوعية الدموية المتاحة بشكل شائع ، مثل iomeprol ، والتي يمكن تطبيقها على نطاق واسع في الإعدادات السريرية. نظرا للتخليص السريع جدا لعوامل الأوعية الدموية القياسية هذه ، يلزم وجود مضخة حقن آلية تسمح بالحقن المستمر البطيء في هذه الحالة.

حدود الطريقة
تعتمد قابلية تطبيق بروتوكولات PET / CT المقدمة على توفر الأجهزة التي تكون بشكل عام أقل انتشارا وأكثر تكلفة من التقنيات الأخرى (تخطيط صدى القلب الأمريكي في المقام الأول) ، على الرغم من أن المعلومات السياقية حول الهيكل والوظيفة والتمثيل الغذائي لا يمكن تحقيقها بأي تقنية أخرى بنفس الحساسية والمرونة في اختيار المسبار الجزيئي. ومع ذلك ، فإن الإكمال الناجح لسير عمل الإعداد / الاستحواذ / التحليل بالكامل باستخدام هذه المنهجية يتطلب تعاونا قويا بين العديد من الشخصيات المهنية ، بما في ذلك علماء الأحياء والأطباء البيطريين والكيميائيين والفيزيائيين والمهندسين الحيويين. هذا صحيح أكثر عند استخدام متتبعات PET غير القياسية ، مما يعني بذل جهود في كل من التخليق الإشعاعي والنمذجة الرياضية ، وكذلك في تكييف برنامج التحليل من أجل القياس الكمي الصحيح والموثوق33،34،35.

في قسم البروتوكول 9 ، وصفنا إجراء قياس كمي بسيط للغاية باستخدام دالة إدخال مشتقة من الصور (IDIF) ، مع الإشارة إلى أن النهج المختلط باستخدام IDIF و IF المشتق من عينة الدم للإطارات المتأخرة يمكن أن يعطي نتائج أفضل. تجدر الإشارة إلى أن استخدام النشاط المقاس من الدم الكامل (الوريدي) المأخوذ من الذيل يعتبر تقريبيا موثوقا به في [18F] FDG ، ولكنه يتطلب مزيدا من التصحيحات لنشاط المستقلبات في حالة المتتبعات المختلفة36,37. واحدة من أهم النقاط في البروتوكول بأكمله هي القنية الوريدية ، مما يتيح الوصول الوريدي لحقن كل من المقتفي الإشعاعي لفحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني وعامل التباين المعالج باليود للفحص بالأشعة المقطعية. يؤدي تنفيذ هذه الخطوة الحرجة دون جدوى إلى صور عديمة الفائدة ، حيث قد تكون الكمية الفعالة من متتبع PET المتداول أو CT CA أقل من المطلوب. يجب إشراك الموظفين الخبراء الذين تلقوا تدريبا محددا على حقن الوريد الذيل في هذا الإجراء لتقديم نتائج موثوقة.

عيب التصوير المقطعي المحوسب لتصوير القلب الديناميكي هو دقته الزمنية المنخفضة نسبيا مقارنة بالولايات المتحدة والتصوير بالرنين المغناطيسي ، على الرغم من أن تصوير القلب 3D بالموجات فوق الصوتية يتطلب استخدام مرحلة ترجمة آلية للمسبار وتسجيل الصور اللاحق للحصول على النتائج الصحيحة. تعد الحاجة إلى حقن كميات متسقة من CA من أجل التمييز الصحيح للدم وعضلة القلب في الصور المعاد بناؤها أحد الاهتمامات الرئيسية بسبب الحساسية المنخفضة الجوهرية للمنهجية. في هذا البروتوكول ، حددنا حجم حقن CA لدراسات التصوير المقطعي المحوسب إلى 0.5 مل في الفئران و 2 مل في الفئران ، باستخدام التسريب المستمر لمدة 3 دقائق عند 10 مل / ساعة في الفئران ولمدة 5 دقائق عند 24 مل / ساعة في الفئران. لقد لاحظنا أن هذه المعدلات وأحجام الحقن جيدة التحمل من قبل الحيوانات. الكميات الموصوفة هنا تتماشى مع أو أصغر من البروتوكولات المكافئة الموجودة في الأدبيات.

وصف Nahrendorf et al. بروتوكول Cine-CT لتصوير احتشاء عضلة القلب في الفئران ، والذي يتضمن حقن بلعة قاعدية (قبل المسح) تبلغ 0.2 مل من مستحلب الدهون في الماء في الماء تجمع الدم CA متبوعا بحقن مستمر من iomeprol عند 1 مل / ساعة لمدة 1 ساعة38. قارن Badea et al. بروتوكول Cine-CT القلبي المماثل بناء على ضخ 1 ساعة من Isovue 370 (iopamidol) مع حقن بلعة من 0.5 مل / 25 جم من وزن الجسم من Fenestra VC (مستحلب الدهون في الماء في الماء) ، وإيجاد نتائج أفضل من حيث تباين الصورة في الحالة الثانية39. أبلغت نفس الشركة المصنعة لعامل التباين Fenestra VC عن حجم موصى به من الحقن يبلغ 0.4 مل / 20 جم من وزن الجسم لتصوير الأوعية الدموية باستخدام micro-CT40. ومع ذلك ، فإن CAs الجديدة ذات الكثافة العالية مثل eXIA 160 XL أو MVivo Au أو Aurovist 15 nm أو Exitron nano 12000 قد دخلت مؤخرا السوق قبل السريرية ولديها القدرة على تقليل أحجام الحقن في بروتوكولات التصوير المقطعي المحوسب للقلب. أجرى Nebuloni et al. توصيفا شاملا لمثل هذه CAs41. جرعة الإشعاع في التصوير المقطعي المحوسب المسور هي مصدر قلق مشترك آخر للدراسات الطولية. في هذه الحالة ، تكون الجرعة القصوى لبروتوكول Cine-CT الموصوف أقل من 200 mGy لكل من الفئران والجرذان ، كما هو مقدر على أساس توصيف قياس الجرعات السابق لماسح التصوير المقطعيالمحوسب 42. هذا أقل بحوالي 5 مرات من الجرعة المبلغ عنها في الأدبيات لفحوصات التصوير المقطعي المحوسب للقلب4D 38,39 و 30x أقل من متوسط الجرعة المميتة لإجمالي تشعيع الجسم للحيوانات الصغيرة ، والتي تقدر ب 6 Gy43.

قابلية تطبيق البروتوكول على الأجهزة والبرامج المختلفة
على الرغم من أن التعليمات المحددة المقدمة في هذا البروتوكول مصممة بشكل لا مفر منه لتصوير مقطعي محدد بالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب ، إلا أنه يمكن تكييف مهام التصوير المعروضة هنا مع أنظمة التصوير المختلفة. فيما يتعلق بقسم PET من هذا البروتوكول ، فإن جميع أنظمة PET أو PET / CT الحديثة المصممة لأبحاث الحيوانات الصغيرة لها متطلبات أداء (من حيث الدقة المكانية والزمانية) مناسبة لتنفيذ البروتوكول. بقدر ما يتعلق الأمر بالتصوير المقطعي المحوسب للقلب ، قد يتغير البروتوكول اعتمادا على نظام البوابات القلبية التنفسية المحدد المستخدم (على سبيل المثال ، خارجي أو داخلي). يمكن للقراء الرجوع إلى مقالات المراجعة الحديثة وفصول الكتب لإجراء مناقشة شاملة لقدرات أنظمة PET أو CT أو PET / CT الحالية44،45،46. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن إجراء بروتوكولات التصوير المقطعي المحوسب والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني المقدمة في هذه الورقة بشكل مستقل ، بناء على قدرات وخصائص أجهزة التصوير المقطعي المستخدمة. لذلك ، نعتقد أن الإجراءات المقدمة يمكن أن توفر مرجعا مفيدا لأي ممارس مهتم بإجراء دراسة PET / CT للقلب لأول مرة على الحيوانات الصغيرة.

يجب أن يكون أي مستخدم لديه مهارات كافية في إعداد البروتوكول العام للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب قادرا على تنفيذ التعديلات المطلوبة على الطريقة المقدمة للحصول على نتائج مكافئة في مختبره. يمكن استخدام نفس الوسيطات للقسم المخصص لتحليل الصور. قائمة شاملة بجميع حزم البرامج المتاحة لتحليل التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني للقلب والتصوير المقطعي المحوسب للقلب خارج الغرض من هذه الورقة. ومع ذلك ، فإن العديد من حزم البرامج المماثلة الأخرى تستخدم منهجية مماثلة لتوليد الخرائط القطبية والتحليل الحركي الإقليمي للتتبع. يمكن للقارئ الرجوع إلى Wang et al.47 والمراجع داخل مهمة القياس الكمي PET والمقالات البحثية ذات الصلة 48،49،50 للقياس الكمي 4D CT. في هذه الحالة ، قررنا تركيز هذا البروتوكول على Carimas51،52،53،54 و OsiriX 55،56،57،58 للتحليل الكمي لصور PET و CT للقلب ، على التوالي. نظرا للاستخدام الواسع النطاق لهذه الأدوات ، نعتقد أن هذا الاختيار يمكن أن يكون مفيدا في زيادة اهتمام مجتمع البحث بتنفيذ وتطبيق الأساليب المقدمة ، مقارنة بمناقشة تركز على أدوات التحليل المغلقة والتجارية والخاصة بالماسح الضوئي التي توفرها بعض الشركات المصنعة للماسح الضوئي PET و CT.

تعديلات على بروتوكول تحليل الصور الكمية
نتائج الأمثلة الموضحة هنا هي مجرد نتيجة بسيطة لمهمة تحليل كمي مباشرة ، والتي يمكن اعتبارها كافية لمعظم الأغراض العملية في تجارب أبحاث القلب والأوعية الدموية الانتقالية التي تركز على نماذج الحيوانات الصغيرة لإصابة القلب. ومع ذلك ، هناك العديد من خيارات التحليل الممكنة ، بدءا من صور DICOM الناتجة عن بروتوكول الاستحواذ / إعادة البناء الموصوف في هذه الورقة. على سبيل المثال ، قد يكون المرء مهتما بتطبيق نماذج مجزأة مختلفة بدلا من تحليل Patlak الرسومي من بيانات [18F] FDG-PETالديناميكية 59،60،61. علاوة على ذلك ، كان تحليل وظيفة القلب بناء على صور 4D Cine-CT الموضحة في هذا البروتوكول عالميا فقط ل LV بأكمله ، ولكن العديد من البرامج المختلفة (التجارية بشكل أساسي) تسمح للمستخدمين بإجراء تحليل الإجهاد وحركة الجدار الإقليمية ، وسماكة الجدار ، وتحليل EF الإقليمي من نفس الصور49. ومع ذلك ، نعتقد أن الأمثلة الموضحة هنا تمثل نقطة انطلاق جيدة لمزيد من المهام المتعمقة في مرحلة ما بعد المعالجة والمهام الكمية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

تلقت دانييل بانيتا منحا للبحث والتطوير لأجهزة التصوير المقطعي المحوسب الدقيقة من Inviscan Sas.

Acknowledgments

تم دعم هذا البحث جزئيا من قبل مشروع "GUTMOM" JPI-HDHL-INTIMIC: سمنة الأمهات والخلل المعرفي في النسل: دور السبب والنتيجة لميكروبيوم الأمعاء والوقاية الغذائية المبكرة (المشروع رقم. INTIMIC-085 ، وزارة التعليم الإيطالية ، الجامعة ومرسوم البحث رقم 946/2019).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.9% sterile saline Fresenius Kabi 0.9% sodium chloride for injection
1025L Physiological Monitoring Small Animal Instruments Physiological monitoring system for small animal imaging
5 mL syringes Artsana Syringes with needle for injection of PET tracer
Atomlab 500 Else Nuclear PET Dose calibrator
Atrium software Inviscan Version 1.5.5 PET/CT operating software
Butterfly catheters Delta Med 27.5 G needle
Carimas software Turku PET Center Version 2.10 Image analysis software
Fenestra VC Medilumine Lipid emulsion iodinated contrast agent for small animals
Heat lamp Heat lamp with clamp and switch
Insulin syringes Artsana Syringes with needle for injection of CT CA
Iomeron 400 mgI/mL Bracco Iomeprol, vascular contrast agent
IRIS PET/CT Inviscan PET/CT scanner for small animals
Isoflurane Zoetis Inhalation anesthetic, 250 mL
OneTouch Glucometer Johnson&Johnson Medical Glucose meter kit
Osirix MD software Pixmeo Version 11 Image analysis software
Oxygen Air liquide Compressed gas
Rectal probe for 1025L Small Animal Instruments Rectal probe with cable for SAII 1025L systems
Respiratory sensor for 1025L Small Animal Instruments Respiratory pillow with tubings for SAII 1025L systems
TJ-3A syringe pump Longer Motorized syringe pump for CT CA injection

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Zaragoza, C. Animal models of cardiovascular diseases. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 497841 (2011).
  2. Russell, J. C., Proctor, S. D. Small animal models of cardiovascular disease: Tools for the study of the roles of metabolic syndrome, dyslipidemia, and atherosclerosis. Cardiovascular Pathology. 15 (6), 318-330 (2006).
  3. Riehle, C., Bauersachs, J. Small animal models of heart failure. Cardiovascular Research. 115 (13), 1838-1849 (2019).
  4. Menichetti, L., et al. MicroPET/CT imaging of αvß3 integrin via a novel 68Ga-NOTA-RGD peptidomimetic conjugate in rat myocardial infarction. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 40 (8), 1265-1274 (2013).
  5. Zhou, H., et al. Development of a micro-computed tomography-based image-guided conformal radiotherapy system for small animals. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 78 (1), 297-305 (2010).
  6. Di Lascio, N., Kusmic, C., Stea, F., Faita, F. Ultrasound-based pulse wave velocity evaluation in mice. Journal of Visualized Experiments. (120), e54362 (2017).
  7. Dann, M. M., et al. Quantification of murine myocardial infarct size using 2-D and 4-D high-frequency ultrasound. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 322 (3), 359-372 (2022).
  8. Espe, E. K. Novel insight into the detailed myocardial motion and deformation of the rodent heart using high-resolution phase contrast cardiovascular magnetic resonance. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15 (1), 82 (2013).
  9. Vanhove, C., et al. Accurate molecular imaging of small animals taking into account animal models, handling, anaesthesia, quality control and imaging system performance. EJNMMI Physics. 2 (1), 31 (2015).
  10. Garcia, M. J., et al. State of the art: Imaging for myocardial viability: A scientific statement from the American Heart Association. Circulation: Cardiovascular Imaging. 13 (7), 000053 (2020).
  11. Panetta, D., et al. Cardiac computed tomography perfusion: Contrast agents, challenges and emerging methodologies from preclinical research to the clinics. Academic Radiology. 28 (1), 1-18 (2020).
  12. Kusmic, C. Up-regulation of heme oxygenase-1 after infarct initiation reduces mortality, infarct size and left ventricular remodeling: experimental evidence and proof of concept. Journal of Translational Medicine. 12 (1), 89 (2014).
  13. Muthuramu, I., Lox, M., Jacobs, F., De Geest, B. Permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in mice: A model of post-myocardial infarction remodelling and heart failure. Journal of Visualized Experiments. (94), e52206 (2014).
  14. Fischer, M., et al. Comparison of metabolic and functional parameters using cardiac 18F-FDG-PET in early to mid-adulthood male and female mice. EJNMMI Research. 11 (1), 7 (2021).
  15. Valenta, I., et al. Feasibility evaluation of myocardial cannabinoid type 1 receptor imaging in obesity: A translational approach. JACC: Cardiovascular Imaging. 11 (2), 320-332 (2018).
  16. Fueger, B. J., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. Journal of Nuclear Medicine. 47 (6), 999-1006 (2006).
  17. Carimas User Manual. , Available from: https://turkupetcentre.fl/carimas/files/archive/Html/a1.html (2022).
  18. Peters, A. M. Graphical analysis of dynamic data: The Patlak-Rutland plot. Nuclear Medicine Communications. 15 (9), 669-672 (1994).
  19. Choi, Y., et al. Parametric images of myocardial metabolic rate of glucose generated from dynamic cardiac PET and 2-[18F]fluoro-2-deoxy-d-glucose studies. Journal of Nuclear Medicine. 32 (4), 733-738 (1991).
  20. Laffon, E., Marthan, R. Is Patlak y-intercept a relevant metrics. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 48 (5), 1287-1290 (2021).
  21. Flores, J. E., McFarland, L. M., Vanderbilt, A., Ogasawara, A. K., Williams, S. -P. The effects of anesthetic agent and carrier gas on blood glucose and tissue uptake in mice undergoing dynamic FDG-PET imaging: Sevoflurane and isoflurane compared in air and in oxygen. Molecular Imaging and Biology. 10 (4), 192-200 (2008).
  22. Ng, C. K. Sensitivity of myocardial fluorodeoxyglucose lumped constant to glucose and insulin. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 260 (2), 593-603 (1991).
  23. Shoghi, K. I., Welch, M. J. Hybrid image and blood sampling input function for quantification of small animal dynamic PET data. Nuclear Medicine and Biology. 34 (8), 989-994 (2007).
  24. Heuberger, J., Pixmeo, S., Rosset, A. OsiriX User Manual. Blurb. , San Francisco, CA. (2017).
  25. Cerqueira, M. D., et al. Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart. A statement for healthcare professionals from the Cardiac Imaging Committee of the Council on Clinical Cardiology of the American Heart Association. Circulation. 105 (4), 539-542 (2002).
  26. Kolanowski, T. J., et al. Multiparametric evaluation of post-MI small animal models using metabolic ([18F]FDG) and perfusion-based (SYN1) heart viability tracers. International Journal of Molecular Sciences. 22 (22), 12591 (2021).
  27. Guiducci, L., et al. Contribution of organ blood flow, intrinsic tissue clearance and glycaemia to the regulation of glucose use in obese and type 2 diabetic rats: A PET study. Nutrition Metabolism and Cardiovascular Diseases. 21 (9), 726-732 (2011).
  28. Tadinada, S. M., et al. Functional resilience of C57BL/6J mouse heart to dietary fat overload. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 321 (5), 850-864 (2021).
  29. Dreyfuss, A. D., et al. A novel mouse model of radiation-induced cardiac injury reveals biological and radiological biomarkers of cardiac dysfunction with potential clinical relevance. Clinical Cancer Research. 27 (8), 2266-2276 (2021).
  30. Hsu, B. PET tracers and techniques for measuring myocardial blood flow in patients with coronary artery disease. Journal of Biomedical Research. 27 (6), 452-459 (2013).
  31. Dinkel, J., et al. Intrinsic gating for small-animal computed tomography. Circulation: Cardiovascular Imaging. 1 (3), 235-243 (2008).
  32. Kuntz, J., et al. Fully automated intrinsic respiratory and cardiac gating for small animal CT. Physics in Medicine and Biology. 55 (7), 2069-2085 (2010).
  33. Li, Y., Zhang, W., Wu, H., Liu, G. Advanced tracers in PET imaging of cardiovascular disease. BioMed Research International. 2014, 504532 (2014).
  34. Kim, D. -Y., Cho, S. -G., Bom, H. -S. Emerging tracers for nuclear cardiac PET imaging. Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 52 (4), 266-278 (2018).
  35. Maddahi, J., Packard, R. R. S. Cardiac PET perfusion tracers: Current status and future directions. Seminars in Nuclear Medicine. 44 (5), 333-343 (2014).
  36. Bentourkia, M. Kinetic modeling of PET data without blood sampling. IEEE Transactions on Nuclear Science. 52 (3), 697-702 (2005).
  37. Lammertsma, A. A. Forward to the past: The case for quantitative PET imaging. Journal of Nuclear Medicine. 58 (7), 1019-1024 (2017).
  38. Nahrendorf, M., et al. High-resolution imaging of murine myocardial infarction with delayed-enhancement cine micro-CT. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 292 (6), 3172-3178 (2007).
  39. Badea, C. T., Fubara, B., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. 4-D micro-CT of the mouse heart. Molecular Imaging. 4 (2), 110-116 (2005).
  40. Technical Resources. MediLumine. , Available from: https://www.medilumine.com/technical-resources (2019).
  41. Nebuloni, L., Kuhn, G. A., Müller, R. A Comparative analysis of water-soluble and blood-pool contrast agents for in vivo vascular imaging with micro-CT. Academic Radiology. 20 (10), 1247-1255 (2013).
  42. Panetta, D., et al. Performance evaluation of the CT component of the IRIS PET/CT preclinical tomograph. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A: Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment. 805, 135-144 (2016).
  43. Gu, J., et al. At what dose can total body and whole abdominal irradiation cause lethal intestinal injury among C57BL/6J mice. Dose-Response. 18 (3), 1559325820956783 (2020).
  44. Amirrashedi, M., Zaidi, H., Ay, M. R. Advances in preclinical PET instrumentation. PET Clinics. 15 (4), 403-426 (2020).
  45. Clark, D. P., Badea, C. T. Advances in micro-CT imaging of small animals. Physica Medica. 88, 175-192 (2021).
  46. Belcari, N., Del Guerra, A., Panetta, D. High-Resolution and Animal Imaging Instrumentation and Techniques. Handbook of Particle Detection and Imaging. Grupen, C., Buvat, I. , Springer. Berlin, Heidelberg. 1497-1535 (2021).
  47. Wang, G., Rahmim, A., Gunn, R. N. PET Parametric imaging: Past, present, and future. IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences. 4 (6), 663-675 (2020).
  48. Befera, N. T., Badea, C. T., Johnson, G. A. Comparison of 4D-microSPECT and microCT for murine cardiac function. Molecular Imaging and Biology. 16 (2), 235-245 (2014).
  49. van Deel, E., Ridwan, Y., van Vliet, J. N., Belenkov, S., Essers, J. In vivo quantitative assessment of myocardial structure, function, perfusion and viability using cardiac micro-computed tomography. Journal of Visualized Experiments. (108), e53603 (2016).
  50. Lee, C. -L., et al. Assessing cardiac injury in mice with dual energy-microCT, 4D-microCT and microSPECT imaging following partial-heart irradiation. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 88 (3), 686-693 (2014).
  51. Harms, H., et al. Comparison of clinical non-commercial tools for automated quantification of myocardial blood flow using oxygen-15-labelled water PET/CT. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 15 (4), 431-441 (2013).
  52. Nesterov, S. V., et al. Myocardial perfusion quantitation with 15O-labelled water PET: High reproducibility of the new cardiac analysis software (CarimasTM). European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 36 (10), 1594-1602 (2009).
  53. Nesterov, S. V., et al. Myocardial perfusion quantification with Rb-82 PET: Good interobserver agreement of Carimas software on global, regional, and segmental levels. Annals of Nuclear Medicine. 36, 507-514 (2022).
  54. Nesterov, S. V., et al. One-tissue compartment model for myocardial perfusion quantification with N-13 ammonia PET provides matching results: A cross-comparison between Carimas, FlowQuant, and PMOD. Journal of Nuclear Cardiology. , (2021).
  55. Thackeray, J. T. Preclinical Multimodality Imaging and Image Fusion in Cardiovascular Disease. Image Fusion in Preclinical Applications. Kuntner-Hannes, C., Haemisch, Y. , Springer. Cham, Switzerland. 161-181 (2019).
  56. Vohra, R., Batra, A., Forbes, S. C., Vandenborne, K., Walter, G. A. Magnetic resonance monitoring of disease progression in mdx mice on different genetic backgrounds. The American Journal of Pathology. 187 (9), 2060-2070 (2017).
  57. Baehr, A., et al. Agrin promotes coordinated therapeutic processes leading to improved cardiac repair in pigs. Circulation. 142 (9), 868-881 (2020).
  58. Lalwani, K., et al. Contrast agents for quantitative microCT of lung tumors in mice. Comparative Medicine. 63 (6), 482-490 (2013).
  59. Bertoldo, A., et al. Evaluation of compartmental and spectral analysis models of [18F]FDG kinetics for heart and brain studies with PET. IEEE Transactions on Bio-medical Engineering. 45 (12), 1429-1448 (1998).
  60. Li, Y., Kundu, B. K. An improved optimization algorithm of the three-compartment model with spillover and partial volume corrections for dynamic FDG PET images of small animal hearts in vivo. Physics in Medicine and Biology. 63 (5), 055003 (2018).
  61. Mabrouk, R., Dubeau, F., Bentourkia, M., Bentabet, L. Extraction of time activity curves from gated FDG-PET images for small animals' heart studies. Computerized Medical Imaging and Graphics. 36 (6), 484-491 (2012).

Tags

الطب ، العدد 190 ،
التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني القلبي عالي الدقة / التصوير المقطعي المحوسب للحيوانات الصغيرة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Panetta, D., Guzzardi, M. A., La… More

Panetta, D., Guzzardi, M. A., La Rosa, F., Granziera, F., Terlizzi, D., Kusmic, C., Iozzo, P. High-Resolution Cardiac Positron Emission Tomography/Computed Tomography for Small Animals. J. Vis. Exp. (190), e64066, doi:10.3791/64066 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter