Waiting
Login processing...

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

Medicine

Yüksek Çözünürlüklü Kardiyak Pozitron Emisyon Tomografisi/Küçük Hayvanlar için Bilgisayarlı Tomografi

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

Burada, küçük hayvanlar için yüksek çözünürlüklü pozitron emisyon tomografisi/bilgisayarlı tomografi kullanılarak kardiyak fonksiyon ve morfolojinin nicelleştirilmesi için deneysel bir görüntüleme protokolü sunulmaktadır. Hem fareler hem de sıçanlar, iki tür için bilgisayarlı tomografi kontrast maddelerinin farklı gereksinimlerini tartışarak göz önünde bulundurulur.

Abstract

Pozitron emisyon tomografisi (PET) ve bilgisayarlı tomografi (BT) en çok kullanılan tanısal görüntüleme teknikleri arasındadır ve her ikisi de kardiyak fonksiyon ve metabolizmayı anlamada hizmet eder. Klinik öncesi araştırmalarda, farelerin ve sıçanların küçük kalp boyutu ve çok yüksek kalp atış hızlarının yarattığı zorlu teknolojik gereksinimlerle başa çıkmak için tasarlanmış, yüksek hassasiyete ve yüksek mekansal-zamansal çözünürlüğe sahip özel tarayıcılar kullanılmaktadır. Bu yazıda, hayvan hazırlığı ve görüntü edinimi ve rekonstrüksiyonundan görüntü işleme ve görselleştirmeye kadar kardiyak hastalıkların deneysel fare ve/veya sıçan modelleri için bimodal kardiyak PET/BT görüntüleme protokolü tanımlanmıştır.

Özellikle, 18 F etiketli florodeoksiglukoz ([18F] FDG)-PET taraması, sol ventrikülün (LV) farklı segmentlerinde glikoz metabolizmasının ölçülmesine ve görselleştirilmesine izin verir. Kutup haritaları bu bilgileri görüntülemek için kullanışlı araçlardır. BT kısmı, elektrokardiyografi (EKG) uçları olmadan retrospektif geçit kullanılarak tüm kalbin (4D-BT) zamana bağlı 3D rekonstrüksiyonundan oluşur, bu da LV'nin morfofonksiyonel değerlendirmesine ve ardından ejeksiyon fraksiyonu (EF) ve inme hacmi (SV) gibi en önemli kardiyak fonksiyon parametrelerinin nicelleştirilmesine izin verir. Entegre bir PET/BT tarayıcısı kullanılarak bu protokol, hayvanı farklı tarayıcılar arasında yeniden konumlandırmaya gerek kalmadan aynı anestezi indüksiyonu içinde yürütülebilir. Bu nedenle, PET/BT, kalp hastalıklarının birkaç küçük hayvan modelinde kalbin morfofonksiyonel ve metabolik değerlendirmesi için kapsamlı bir araç olarak görülebilir.

Introduction

Küçük hayvan modelleri, kardiyovasküler hastalıkların anlaşılmasının ilerlemesi için son derece önemlidir 1,2. İnvaziv olmayan, tanısal görüntüleme araçları, son yıllarda hem klinik hem de klinik öncesi ortamlarda kardiyak fonksiyona bakış açımızda devrim yarattı. Kalp hastalıklarının küçük hayvan modelleri söz konusu olduğunda, çok yüksek mekansal zamansal çözünürlükte spesifik görüntüleme araçları geliştirilmiştir. Bu nedenle, bu tür aletler, kalp yetmezliği (HF)3 veya miyokard enfarktüsü (MI)4 gibi spesifik hastalık modellerinde farelerin ve sıçanların çok küçük ve çok hızlı hareket eden kalpleri üzerindeki ilgili metabolik ve kinetik miyokard parametrelerinin doğru bir şekilde ölçülmesi ihtiyacını karşılayabilir. Bu amaçla, her biri kendi güçlü ve zayıf yönlerine sahip çeşitli yöntemler mevcuttur. Ultrason (US) görüntüleme, büyük esnekliği, çok yüksek zamansal çözünürlüğü ve nispeten düşük maliyeti nedeniyle en yaygın kullanılan yöntemdir. Küçük hayvanlarda ABD kardiyak görüntülemenin benimsenmesi,50 μm'nin altında uzamsal çözünürlüklere sahip ultra yüksek frekanslı 5,6 probları kullanan sistemlerin ortaya çıkmasından bu yana önemli ölçüde artmıştır.

Tam 3D kardiyak görüntüleme için ABD'nin ana dezavantajları arasında, tüm kalbin dinamik B modu görüntülerinin tam bir yığınını oluşturmak için probu motorlu bir çeviri aşamasına monte ederek kalp ekseni boyunca doğrusal taramalara ihtiyaç duyulması7. Sonunda, bu prosedür (her bir prob konumunda elde edilen görüntülerin doğru uzamsal ve zamansal kaydından sonra), düzlem içi ve düzlem dışı yönler arasında farklı uzamsal çözünürlüklere sahip bir 4B görüntüye yol açar. Aynı homojen olmayan uzamsal çözünürlük problemi, kalbin fonksiyonel görüntülemesinde hala altın standardı temsil eden kardiyak MR'da (CMR)8 ortaya çıkar. Bunun yerine hem bilgisayarlı tomografi (BT) hem de pozitron emisyon tomografisi (PET)9 kullanılarak gerçek izotropik 3D görüntüleme elde edilebilir. PET, BT, MR veya ABD'ye kıyasla daha düşük bir uzamsal çözünürlükten muzdarip olmasına rağmen, enjekte edilen prob miktarı başına (nanomolar aralıkta) görüntü sinyali açısından çok hassas bir araç sağlar. PET'in temel avantajı, organın patofizyolojisinin altında yatan hücresel ve moleküler mekanizmaları gösterebilmesidir. Örneğin, [18F] FDG enjeksiyonunu takiben bir PET taraması, vücuttaki glikoz metabolizmasının 3D haritasının yeniden yapılandırılmasına izin verir. Bunu dinamik (yani, zaman çözümlü) veri toplama ile birleştirerek, izleyici kinetik modelleme, glikoz alımının metabolik hızlarının (MRGlu) parametrik haritalarını hesaplamak için kullanılabilir ve bu da miyokard canlılığı hakkında önemli bilgiler sağlayacaktır10.

BT, ilgili doku bileşenlerinin (örneğin, kana karşı kas) ölçülebilir bir şekilde geliştirilmesini sağlamak için yüksek konsantrasyonlarda (mL başına 400 mg'a kadar iyot) önemli miktarda harici kontrast madde (CA) gerektirir, ancak özellikle küçük hayvan görüntüleme için tasarlanmış son teknoloji ürünü mikro-BT tarayıcıları kullanıldığında, mekansal ve zamansal çözünürlükte üstündür. 11 Kardiyak PET/BT'nin uygulanabileceği tipik bir hastalık modeli, miyokard enfarktüsü ve kalp yetmezliğinin deneysel olarak değerlendirilmesi ve tedaviye yanıttır. Küçük hayvanlarda MI'yi indüklemenin yaygın bir yolu, sol ön inen (LAD) koroner arter 12,13'ün cerrahi olarak bağlanması ve daha sonraki günlerde hastalığın ilerlemesini ve kardiyak yeniden şekillenmenin uzunlamasına değerlendirilmesidir 4. Bununla birlikte, küçük hayvanlarda kalbin kantitatif morfofonksiyonel değerlendirmesi, yaşlanmanın kalp fonksiyonu üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi14 veya obezite modellerinde değiştirilmiş reseptör ekspresyonu15 gibi diğer hastalık modelleri için de büyük ölçüde uygulanabilir. Sunulan görüntüleme protokolü herhangi bir hastalık modeliyle sınırlı değildir ve bu nedenle, küçük kemirgenlerle yapılan klinik öncesi araştırmaların çeşitli bağlamlarında en geniş ilgi çekici olabilir.

Bu yazıda, küçük hayvan integrali PET/BT kullanılarak kardiyak görüntüleme için baştan sona deneysel bir protokol sunulmaktadır. Sunulan protokol belirli bir bimodal entegre tarayıcı için tasarlanmış olsa da, açıklanan prosedürün PET ve BT kısımları farklı üreticilerin ayrı tarayıcılarında bağımsız olarak gerçekleştirilebilir. Kullanılan PET/CT tarayıcıda, işlem sırası önceden programlanmış bir iş akışında düzenlenir. Her iş akışının ana dalları bir veya daha fazla edinme protokolüdür; Her bir satın alma protokolünün belirli ön işleme protokolleri için bir veya daha fazla dalı olabilir ve sırayla, her ön işleme protokolünün belirli yeniden yapılandırma protokolleri için bir veya daha fazla dalı olabilir. Hem hayvanın görüntüleme yatağında hazırlanması hem de görüntüleme işlemleri sırasında enjekte edilecek dış etkenlerin hazırlanması anlatılmaktadır. Görüntü yakalama prosedürünün tamamlanmasından sonra, yaygın olarak bulunan yazılım araçlarına dayanan nicel görüntü analizi için örnek prosedürler sağlanmıştır. Ana protokol fare modelleri için özel olarak tasarlanmıştır; fare bu alanda en çok kullanılan tür olmaya devam etse de, ana protokolün sonunda sıçan görüntüleme protokolünün bir uyarlamasını da gösteriyoruz. Hem fareler hem de sıçanlar için temsili sonuçlar gösterilir ve açıklanan prosedürlerle beklenebilecek çıktı türünü gösterir. Bu makalenin sonunda, tekniğin artılarını ve eksilerini, kritik noktaları ve farklı PET radyotracerlerinin hazırlık ve edinim / yeniden yapılanma adımlarında neredeyse hiçbir değişiklik yapmadan nasıl kullanılabileceğini vurgulamak için kapsamlı bir tartışma yapılmıştır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Hayvan deneyleri, Avrupa Direktifi (1986 tarihli 86/609/EEC sayılı Direktif ve 2010/63/UE sayılı Direktif) ve İtalyan yasaları (D.Lgs. 26/2014) tarafından talep edilen Uluslararası Laboratuvar Hayvanlarının Kullanımı Hakkında Kılavuz'un Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'ndaki tavsiyelere uygun olarak gerçekleştirilmiştir.

1. PET/BT görüntüleme protokollerinin ve iş akışının kurulumu

NOT: Burada sunulan protokol, fare modellerinin kardiyak görüntülemesi için özel olarak tasarlanmıştır. Sıçanlarla çalışmak, esas olarak hayvanın daha büyük boyutu (kabaca 10 kat daha ağır) nedeniyle gerçek protokolde bazı değişiklikler anlamına gelebilir. Sıçan görüntüleme için modifikasyonlar adımlarda özellikle belirtilmiştir; Herhangi bir değişiklikten bahsedilmezse, fare görüntüleme için aynı adımlar sıçanlar için kullanılabilir.

  1. PET/CT tarayıcının grafik kullanıcı arabirimini (GUI) açın (bkz. Malzeme Tablosu) ve bir dizi yeni protokol oluşturun (veri toplama, ön işleme ve görüntü yeniden yapılandırma parametreleri dahil): (i) a dinamik PET taraması, (ii) a düşük doz BT taraması zayıflama düzeltmesi için (cesaret) kontrast madde olmadan ve (iii) a kontrastlı Cine-CT taraması.
    NOT: Edinim, ön işleme ve yeniden yapılandırma aşamaları için yeni protokollerin (yani, tomografi için özel yazılım talimatları) oluşturulması basit bir süreçtir; Sorun olması durumunda, kullanıcı GUI kullanım kılavuzunda daha ayrıntılı bilgi bulabilir.
    1. PET taraması için, tarayıcının Protokol sekmesini (GUI) açın ve aşağıdaki parametrelerle üç yeni protokol ( edinme, ön işleme ve yeniden yapılandırma için) oluşturun:
      1. Satın alma protokolü için: 3.600 s toplam tarama süresini ve tek yatak pozisyonunu ayarlayın. Bu protokolü, iş akışına daha sonra içe aktarmak için uygun bir adla kaydedin. Aynısını, aşağıdaki noktalardaki sonraki tüm protokoller için de yapın.
      2. Fare için ön işleme protokolü için: 250-750 keV enerji penceresi (EW) seçin ve aşağıdaki düzeltmeleri etkinleştirin: radyoaktif bozunma, rastgele tesadüfler ve ölü zaman. Çerçeveleme protokolünü (yani, ham verilerin dinamik olarak bölünmesi) aşağıdaki gibi ayarlayın: 8 x 5 s, 8 x 10 s, 3 x 40 s, 2 x 60 s, 2 x 120 s, 10 x 300 s (= 3.600 s). Sıçan için, fare protokolüyle aynı çerçeveyi kullanarak bir 350-750 keV enerji penceresi (EW) seçin.
      3. Yeniden yapılandırma protokolü için: normalleştirme, nicel düzeltme ve BT zayıflama düzeltmesi etkin, 8 alt küme ve 8 yineleme içeren yüksek kaliteli, Monte Carlos tabanlı 3B Sıralı Alt Küme Beklenti Maksimizasyonu (3D-OSEM-MC) algoritmasını seçin.
    2. Zayıflama düzeltmesi (CTAC) için düşük doz BT taraması için aşağıdaki parametreleri kullanın:
      1. Edinme protokolü için: tek çerçeve, tek yatak konumu, tam tarama; tüp ayarları: 80 kV, düşük akım (düşük doz); 360° üzerinde 576 görüntüleme, görüntüleme başına 34 ms pozlama süresi (20 s tarama süresi); dönme tipi: sürekli, hassasiyet modu: yüksek hassasiyet.
      2. Ön işleme protokolü için: 240 μm voksel boyutu, enine FOV: Sıçan, eksenel FOV:% 100.
      3. Yeniden yapılandırma protokolü için: filtre penceresi: pürüzsüz, voksel boyutu: standart, ışın sertleştirmeyi ve halka ön düzeltmesini etkinleştirin, halka artefaktı sonrası düzeltmeyi devre dışı bırakın.
    3. Kontrastlı kapılı BT taraması için, aşağıdaki ayarlarla üç yeni protokol ( edinme, ön işleme ve yeniden yapılandırma için) oluşturun:
      1. Fare için alım protokolü için: tek çerçeveyi, tek yatak konumunu, tam taramayı ayarlayın; tüp ayarları: 65 kV, tam akım (düşük gürültü); 360° üzerinde 8.000 görüntüleme, görüntüleme başına 15 ms pozlama süresi (120 s tarama süresi); döndürme türü: sürekli, hassasiyet modu: yüksek hassasiyet. Sıçan için, alım protokolü parametrelerini aşağıdaki gibi ayarlayın: 80 kV tüp voltajı, 360 ° üzerinde 16.000 görüntüleme, görüntüleme başına 12 ms pozlama süresi (192 s tarama süresi).
      2. Fare için ön işleme protokolü için: 120 μm voksel boyutu; enine Görüş Alanı (FOV): Fare; eksenel FOV: %50'yi seçin. Sıçan için 240 μm voksel boyutu seçin; enine Görüş Alanı (FOV): Sıçan; eksenel FOV:% 50.
      3. Yeniden yapılandırma protokolü için: filtre pencereleri: pürüzsüz, voksel boyutu: standart; ışın sertleştirme ve halka ön düzeltmesini etkinleştirin, halka artefaktı sonrası düzeltmeyi devre dışı bırakın.
    4. GUI'de İş Akışı sekmesini açın ve yeni oluşturulan protokolleri ekleyerek yeni bir iş akışı oluşturun: PET için adım 1.1.1.1-1.1.1.3, adım 1.1.2.1. -1.1.2.3. CTAC ve 1.1.3.1 adımları için. -1.1.3.3. kapılı BT için, verilen sırayla. Her iki durumda da, protokollerin aşağıdaki sırayla iç içe geçtiğinden emin olun: Edinme | Ön işleme | Yeniden yapılanma.
      NOT: PET taramasının başlangıcındaki arteriyel giriş fonksiyonunun zirvesini daha iyi yakalamak için <5 s süreli dinamik PET çerçeveleri mümkündür, ancak bu, nicel doğruluğu azaltılmış gürültülü görüntülere yol açabileceğinden önerilmez. Adım 1.1.2.2'de, enine FOV için "Sıçan" boyutunu kullandık. Bu, CTAC'de hem sıçanlar hem de fareler için yaygın olarak kullanılır.

2. PET/BT görüntüleme için hayvan hazırlığı

NOT: Mevcut protokol için, tüm hayvanlar bir gecede oruç tutuldu.

  1. Fareyi başlangıçta bir indüksiyon odasında %3-4 (v/v) izofluran ile uyuşturun ve daha sonra %1-2 (v/v) izofluran ile koruyun.
  2. Fareyi tartın ve hayvanın durumunu izlemek için bazal glisemiyi ölçün. Gerekli kan örneğini almak için keskin makas kullanın ve kuyruk ucunda küçük bir kesim yapın, ardından doğrudan test şeridinde bir damla kan (~ 1 μL) toplamak için kuyruğa hafifçe masaj yapın.
  3. Fare için 29 G kelebek ve sıçan için 24 G kullanarak kaudal ven seviyesinde bir venöz erişimin yerleştirilmesine devam edin.
    1. Kanülasyon tekniğini gerçekleştirmek için, eşzamanlı ısıtma (tipik olarak, bir ısıtma lambası altında) ve damarın vazodilatasyonu için iğnenin yerleştirildiği noktanın dezenfeksiyonunu kullanın. Kanülasyondan sonra, işlem sırasında yerinde tutmak için kelebeği ipek bir kurdele ile kuyruğa sabitleyin.
      NOT: [18F]FDG çalışmaları için oruç tutmak gereklidir. Farklı izleyiciler farklı hayvan preparatlarını içerebilir, ancak bu konuda kapsamlı bir tartışma mevcut protokolün kapsamı dışındadır. [18F]FDG söz konusu olduğunda, oruç tutmaktan kaçınmak çok farklı izleyici biyodağılımına yol açar16.
  4. PET-CT tarayıcıya bağlı anestezi sistemini (izofluran% 1-2, fare için 0.8 L / dakO2 ve sıçan için 1-1.2 L / dak) açın ve fareyi yatağa aktarın.
  5. Fareyi sırtüstü pozisyonda, önce kafayı, PET-CT tomografisinin tarayıcı yatağına yerleştirin, burnunu anestezi için burun maskesine koyun ve farenin başını yapışkan bantla maskeye hafifçe bloke edin.
  6. Görüntüleme prosedürleri sırasında hareket artefaktlarına yol açabilecek istemsiz hareketleri önlemek için farenin üst ve alt uzuvlarını tarayıcı yatağına sabitleyin.
  7. Sırasıyla bir rektal prob ve bir solunum yastığı kullanarak vücut ısısını ve solunum hızını izleyin.

3. PET izleyici doz hazırlığı

  1. Fareler için, bir insülin şırıngası (1 mL) ile 100-150 μL'lik bir hacimde 10 MBq [18F] FDG çekin. Sıçanlar için, 0.20-0.25 mL'de 15 MBq'luk daha yüksek bir doz çizin.
    NOT: Bu protokolde ele alınan PET tarayıcısı çok yüksek hassasiyete sahip olduğundan ve yüksek kaliteli görüntüler elde etmek için mütevazı miktarda etkinlik gerektirdiğinden daha yüksek etkinlikten kaçının.
  2. Şişedeki izleyicinin orijinal konsantrasyonu çok yüksekse, izleyici dozunu 50-100 MBq / mL'lik bir konsantrasyona seyreltmek için fizyolojik çözelti (% 0.9 w / v NaCl) kullanın.
  3. Şırıngadaki gerçek aktiviteyi ölçmek için PET doz kalibratörünü kullanın. Ön enjeksiyon aktivitesine ve ölçüm süresine açıklama ekleyin, çünkü bu değerler daha sonra PET tarayıcı GUI'sinin belirli giriş modülleri kullanılarak kullanılacaktır.

4. BT kontrast madde hazırlığı

  1. İyotlu lipit emülsiyon kontrast maddesinin 20 g fare ağırlığı başına 0,2 mL'yi 1 mL'lik bir şırıngaya çekin. Daha ağır fareler için enjeksiyon hacmini 0,5 mL CA ile sınırlayın. İomeprol kullanıyorsanız, fareler için enjeksiyon hızını 10 mL / s (~ 0.17 mL / dak) olarak ayarlayın ve enjeksiyon hacmini 0.5 mL ile sınırlayın.
    1. Sıçanlar için, 200 mg / mL'lik bir konsantrasyona seyreltilmiş 2.3-3 mL iyomeprol'u 5 mL'lik bir şırıngaya çekin.
      NOT: Küçük hayvan lipit emülsiyonu CA mevcut değilse, aşağıda tartışıldığı gibi, bir şırınga pompası vasıtasıyla sürekli enjeksiyonlu iyomeprol kullanılabilir.
    2. Şırıngayı şırınga pompasına bağlayın ve pompayı gerçek şırınga boyutu ve çapı için ayarlayın.
    3. Şırıngayı CA tüpüne ve iğnesine bağlayın ve boruyu CA ile önceden doldurun.
    4. Enjeksiyon hızını 24 mL / s (= 0,4 mL / dak) olarak ayarlayın ve enjeksiyonu maksimum 2 mL hacimle sınırlayın.
      NOT: İyotlu lipid emülsiyonuna dayalı kan havuzu CA'sının kullanılması, tek bir enjeksiyonun daha büyük hacmi nedeniyle bu prosedürün nispeten yüksek maliyetine rağmen, sıçanlarda da mümkündür. Bu seçenek tercih edilirse (örneğin, şırınga pompasından kaçınarak protokolü basitleştirmek için), aşağıdaki prosedür kullanılabilir:
  2. İyotlu lipit emülsiyon kontrast maddesinin vücut ağırlığının kg'ı başına 7,5 mL'yi 5 mL'lik bir şırıngaya çekin. Enjeksiyon hacmini daha ağır sıçanlar için de 2 mL CA ile sınırlandırın.

5. Görüntüleme öncesi hayvan hizalama ve ön operasyonlar

  1. Hayvanın görüntüleme yatağında hareketsiz hale getirilmesi üzerine, tomografi GUI'si üzerinde yeni bir çalışma oluşturun. Etüt adı modülüne bir etüt adı tanımlayıcısı ekleyin ve açılır menüden daha önce kaydedilmiş görüntüleme iş akışını seçin.
  2. Hayvan/Numune bilgileriyle uygun anatomik parçayı seçin | Anatomik kısım | Hayvan /Örnek bilgilerine göre kardiyak ve hayvan konumlandırma | Konumlandırma | Önce sırtüstü/Baş. İlgili modül için hayvan ağırlığına gram cinsinden açıklama ekleyin: Hayvan/Örnek bilgileri | Hayvan ağırlığı.
    NOT: Bu bölümdeki diğer tüm bilgiler isteğe bağlıdır, ancak yeniden yapılandırma görüntülerinin DICOM başlığında bulmak için istenen bilgilerin mümkün olduğunca çoğunu sağlamak yararlıdır, böylece sonraki veri sorgulaması kolaylaşır.
  3. PET Scan bilgilerinde radyonüklidi seçin | [18 F]FDG çalışmaları ve diğer 18 F etiketli bileşikler için F18; Diğer izleyicilerin (örneğin, [13N]NH3) kullanılıp kullanılmadığını değiştirin. İzleyicinin adını PET Scan bilgilerine de yazın | Bu ad olarak İzleyici adı modülü, görüntü yeniden yapılandırmasının tamamlanmasının ardından DICOM başlığında bildirilecektir.
    NOT: İzleyici enjeksiyon süresi, aktivitesi ve hacmi hakkında bilgi zorunludur, ancak daha sonra PET alımı sırasında sağlanabilir.
  4. BT tarama bilgilerine, kontrast madde ile ilgili mevcut tüm bilgileri yazın.
    NOT: Tüm bu bilgiler isteğe bağlıdır, ancak sağlanırsa sonraki veri sorgulamasını kolaylaştırabilir.
  5. Taramayı gerçekleştir'e basın ve GUI'nin başka bir sekmesinin açılmasını bekleyin, böylece hayvan konumlandırma ve diğer tarama seçeneklerinin belirlenmesi sağlanır.
  6. CT kalibrasyonunda CT kalibrasyon tipini seçin | Varsayılan BT kalibrasyonunu kullanın.
  7. Etüde hazırlık bölümünde, açılır menüden her bir tarama protokolünü seçin ve Bu taramadan önce kullanıcı onayını bekle onay kutusunu işaretleyin.
    NOT: Bu adım çok önemlidir, çünkü ilgili edinme aşamasına başlamadan önce tarayıcıyı bekleme moduna geçirecektir. PET taraması için bu, izleyici enjeksiyonunun senkronizasyonuna ve gerçek PET taramasının başlamasına izin verecektir; CTAC taraması için, kullanıcının BT taraması sırasında X-ışınlarının emisyonundan önce kapağı kapatmasına (ekranlama) izin verecektir (BT taraması başlamadan önce kapak açıksa çalışma otomatik olarak iptal edilecektir); Cine-CT taraması için bu duraklama, kullanıcının CA infüzyon protokolünü ve BT veri taramasını gerekli gecikmeyle başlatmasına olanak tanır.
  8. Hayvan konumlandırma için, GUI'nin sol bölmesindeki anahtarı kullanarak Motor kontrol modülünü açın.
    NOT: Bu, hayvan yatağındaki merkezleme lazerlerini açar ve tarayıcının yan tarafına yerleştirilen manuel yatak hizalama düğmelerini etkinleştirir.
  9. Hayvanın göğsünü lazer izlerine taşımak için manuel yatak hizalama düğmelerini kullanın. Hayvanın hem uzunlamasına hem de dikey hizalamasını dikkatlice kontrol edin.
  10. Hayvan merkezleme lazerine göre doğru konuma yerleştirildikten sonra, ilgili edinme aşamaları sırasında PET ve BT tarayıcılarının merkezine taşınacak olan mevcut lazer işaretli konumu kaydetmek için lazeri kapatın düğmesine basın. Daha sonra, motor kontrol modülünü kapatın.

6. PET taraması

  1. Hayvanı PET tarayıcı FOV'una taşımak için Satın almaya başla'ya basın. Kuyruk ve kanül, izleyici enjeksiyonuna izin vermek için FOV'un dışında kalacaktır. Kullanıcı Devam düğmesine basana kadar tarayıcı boşta kalır.
  2. Şırıngayı kalibre edilmiş PET izleyici dozu ile hazırlayın.
  3. Devam düğmesine basarak edinimi başlatın ve izleyiciyi tarama başlangıcından itibaren 5 s içinde kanüle enjekte etmeye başlayın (Şekil 1).
    NOT: Enjeksiyon süresi ~ 20-25 s olacaktır.
  4. Şırıngadaki artık aktiviteyi ölçmek için şırıngayı PET doz kalibratörü içine koyun. Gerçek etkinliğe ve ölçüm zamanına açıklama ekleyin.
  5. Tarayıcı GUI'sinin Donanım monitörü sekmesinde, eklenen gerçek zamanı, etkinliği ve hacmi eklemek için PET izleyici bilgilerini güncelleştir düğmesini kullanın.
  6. Tarama sırasında, hayvanın fizyolojik parametrelerini periyodik olarak kontrol edin.
  7. Tarama sırasında, glisemiyi adım 2.2'de açıklandığı gibi aşağıdaki zaman noktalarında ölçün: PET taramasının başlamasından 5 dakika, 20 dakika, 40 dakika ve 60 dakika sonra.
  8. Glisemi ölçümünden sonra, test şeridini gama sayacına koyun ve 60 s boyunca aktivite ölçümünü gerçekleştirin. Aktivite ölçümünün gerçekleştirildiği gerçek zamanı kaydedin ve izleyici enjeksiyon süresini referans zaman olarak alarak radyoaktif bozunma için düzeltin. Glikoz test şeridinde ortalama 1 μL'lik bir kan hacmini dikkate alarak kaydedilen aktivite değerlerini aktivite konsantrasyonuna (Bq / mL) dönüştürün (yani, denklem [1] kullanarak):
    C kan(t) = Akan(t)/0.001 mL [Bq/mL] (1)
    burada A kan (t), Bq cinsinden ifade edilen test şeridindekikan örneğinin çürüme düzeltilmiş ölçülen aktivitesidir.
    NOT: PET tarama başlatma ve izleyici enjeksiyonu, enjeksiyon sırasında operatörün bulunduğu yere yakın tarayıcının yanal tablasına yerleştirilen tomografinin mobil kontrol cihazı kullanılarak aynı operatör tarafından gerçekleştirilebilir. Tarama başlangıcı ile enjeksiyonun başlangıcı arasında daha uzun gecikmelere izin verilir, ancak dinamik dizinin başlangıcındaki bazı yeniden yapılandırılmış çerçeveler boş kalır. 10 sn'den büyük gecikmelerden kaçınılması önerilir (yani, geçerli protokolle iki boş çerçeveye yol açar).

Figure 1
Resim 1: PET izleyicinin enjeksiyonu. Bu işlem, PET taraması başladıktan hemen sonra gerçekleştirilir. Hayvan, PET görüş alanının içindedir (kuyruğu operatörün tarafında görülebilecek şekilde önce kafa). Kısaltma: PET = pozitron emisyon tomografisi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

7. BT taramaları

  1. BT kontrast maddesini enjekte etmeden önce, tarayıcının kapağını kapattıktan ve GUI üzerindeki Devam düğmesine bastıktan hemen sonra CTAC taramasını başlatın. Bu çok kısa kazanımın sonunda, PET izleyicisinin enjeksiyonu için kullanılan aynı vasküler erişimi kullanarak edinimden önce CA'yı enjekte ederek kan havuzunun uygun şekilde iyileştirilmesini sağlamak için aşağıdaki prosedürleri uygulayın.
    1. İyotlu lipid emülsiyonu CA:
      1. CTAC taramasının tamamlanmasından sonra, fare kuyruğu damarına zaten bağlı olan kanülü kullanarak iyotlu lipid emülsiyon CA'sını enjekte edin. Tipik enjeksiyon süresi 30-60 s arasındadır.
      2. Enjeksiyonun tamamlanmasından hemen sonra görüntülemeye başlayın. Cine-CT alımını başlatmak için tarayıcı GUI'sinde Devam'a basın.
    2. Iomeprol/şırınga pompası:
      1. İyomeprol gibi normal bir X-ışını CA'sı kullanılıyorsa, sabit bir hızda yavaş enjeksiyona izin veren bir şırınga pompası kullanın.
      2. Fareler için, enjeksiyon hacmini 0,5 mL ile sınırlayarak CA'nın enjeksiyon hızını 10 mL/s (~0,17 mL/dak) olarak ayarlayın. Bu ayarla, enjeksiyonu ~ 3 dakika sonra durdurun. Sıçanlar için, pompayı 24 mL / s (= 0,4 mL / dak) hızına ayarlayın ve enjeksiyon hacmini 2 mL ile sınırlandırın. Bu ayarla, enjeksiyonu 5 dakika sonra durdurun.
      3. CA borusuna bağlı iğneyi kuyruk damarının kanülüne bağlayarak hem borunun hem de iğnenin CA ile önceden doldurulmasını sağlayın.
      4. Enjeksiyonu başlatın. Tarayıcının kapağını kapatın ve Cine-CT taramasına hazırlanın.
      5. Tomografın GUI'sindeki Devam düğmesine fareler için enjeksiyonun başlangıcından 60 sn sonra ve sıçanlar için enjeksiyonun başlangıcından itibaren 90 sn sonra basın, böylece Cine-CT alımı başlatılır. CA enjeksiyonu, fareler için Cine-CT taramasının tamamlanmasıyla kabaca aynı anda ve sıçanlar için tamamlandıktan sonra duracaktır.
  2. Cine-CT taramasının tamamlanmasının ardından, hayvanı fizyolojik izleme sisteminden ayırın ve kuyruk damarı kanülünü çıkarın. Gerçek protokole bağlı olarak, hayvanlar tarif edilen görüntüleme prosedüründen sonra ya kurtarılır ya da ötenazi yapılır. İlk durumda, hayvanlar kafeslerinde kızılötesi bir lamba altında sıcak bir ortamda uyandırılır. Tamamen uyanana kadar izlenirler, gaz halindeki anesteziden sonra 15/30 dakika sürer. Örneğin, görüntüleme prosedürünün sonunda doku hasadı gerektiren protokoller durumunda, 26/2014 D.Lgs. Ek VI'ya göre, hayvanlar bir indüksiyon odasında (% 5 izofluran) anestezik doz aşımı kullanılarak ötenazi yapılır.
    NOT: Bu protokolde tartışıldığı gibi 18F bazlı radyonüklid durumunda, izleyici enjeksiyonundan 24 saat sonra, hayvanın vücudunda tüm pratik amaçlar için güvenli olan bir artık radyoaktivite seviyesine ulaşmak için yeterlidir.

8. İntrinsik kardiyorespiratuar geçit kullanılarak kardiyak 4DCT görüntülerinin rekonstrüksiyonu

NOT: Görüntüleme çalışmasının tamamlanmasının ardından, standart PET ve BT rekonstrüksiyonu otomatik olarak gerçekleştirilir. Bununla birlikte, 4D (Cine) kardiyo BT dizisinin rekonstrüksiyonu manuel olarak yapılmalıdır ve bazı kullanıcı etkileşimi gerektirir. Daha sonraki morfo-fonksiyonel kardiyak BT analizi için zorunlu olan bu özel rekonstrüksiyon tipi bu bölümde tartışılmıştır.

  1. Tomogragh GUI'sinin kardiyak geçit modülünü açın ve analiz edilecek görüntüleme çalışmasını seçin.
  2. Görüntülenen hayvanın radyografilerinde bir ilgi alanı (ROI) seçin (Şekil 2), kapı sinyalini temsil eden zamana bağlı bir kardiyak hareket eğrisi oluşturmak için - kymogram. Önceden çizilmiş dikdörtgen yatırım getirisini hem kalp tepesi hem de diyafram seçilecek şekilde dikey olarak hareket ettirin. Ardından, Geçit sinyali analizi'ni seçin. Kullanıcı arayüzü artık geçit sinyalini hem zaman alanında hem de frekans alanında gösterecektir.
  3. İlk frekans alanı grafiğinde, frekans spektrumunun ilk tepe grubunu vurgulayarak solunum frekansı bandını seçin (örnek spektrum için Şekil 3'e bakın).
  4. İkinci frekans alanı grafiğinde, ikinci en keskin zirveyi vurgulayarak kardiyak hareket frekans bandını seçin.
  5. Bir sonraki aşamada, zaman alanı geçit sinyalini, tanımlanan solunum zirvelerini ve kardiyak kasılma zirvelerini gösteren, üst üste binmiş renk belirteçleri (noktalar) ile gözlemleyin. İşaretçi pozisyonları orijinal geçit sinyalinin solunum ve kalp zirvelerine iyi uyuyorsa, bir sonraki aşamaya geçin. Yoksa:
    1. Geçit sinyalinin şekli Şekil 3'te görüntülenenden çok farklıysa, adım 8.2'ye geri dönün ve başka bir YG seçin.
    2. Geçit sinyalinin şekli Şekil 3'te gösterilene oldukça benzerse, adım 8.3 ve adım 8.4'e geri dönün ve geçit sinyali spektrumunda farklı frekans bantları seçin.
  6. Bir sonraki aşamada, en az dört kalp kapısı seçin.
    NOT: Tipik Sine-BT rekonstrüksiyonu 8-12 kardiyak kapıdan oluşur.
  7. Açılır menüyü kullanarak uygun solunum penceresini seçin: Solunum penceresi | %20-%80.
    NOT: Bu, pik inspirasyon fazı hariç, rekonstrüksiyonda elde edilen verilerin% 60'ını koruyacak ve böylece her kardiyak fazda yeniden yapılandırılmış miyokard duvarlarının keskinliğini artıracaktır.
  8. Geriye dönük olarak kapılı Cine-CT görüntülerini, sonraki fonksiyonel analizler için yazılıma aktarılmaya hazır DICOM formatına dönüştürmek için yeniden yapılandırma gerçekleştirin.

Figure 2
Şekil 2: İçsel geçit için yatırım getirisi seçim aracı. Bu görüntü, Cine-CT rekonstrüksiyon aşamasında tomografinin GUI'sinde gösterilmiştir. Kullanıcı, ham BT projeksiyonlarından içsel geçit sinyalinin (kymogram) elde edildiği ROI'nin (sarı dikdörtgen) konumunu seçmelidir. Hayvan göğsüne bindirilen dairesel şekilli nesne, çalışma sırasında sadece fizyolojik izleme için kullanılan solunum yastığıdır. Kısaltmalar: ROI = ilgilenilen bölge; BT = bilgisayarlı tomografi; GUI = grafik kullanıcı arayüzü. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Örnek geçit sinyali (üst çerçeve) ve buna karşılık gelen frekans spektrumu (orta ve alt). Atrium yazılımının kardiyak geçit modülü ile elde edilen görüntüler. Kullanıcı hem solunum (orta çerçeve) hem de kardiyak hareket (alt çerçeve) için uygun frekans bantlarını seçmelidir. Bu, 4D rekonstrüksiyona devam etmeden önce kullanıcı tarafından kontrol edilmesi gereken geçit sinyali üzerindeki solunum ve kalp belirteçlerinin tanımlanmasına izin verecektir. Zirvelerin yanlış tanımlanması veya yanlış atama (örneğin, solunumdan kardiyak'a veya tam tersi) yanlış rekonstrüksiyona yol açacaktır. Gösterilen veriler, sağlıklı, yetişkin bir erkek Wistar sıçanının (507 g) 4D Sine-BT taramasının analizinden, 5 dakika boyunca 0.4 mL / dak oranında 2 mL iomeprol, 200 mg / mL ile enjekte edilmiştir (üstteki grafik, tanımlanan kardiyak ve solunum hareketinin daha iyi görselleştirilmesini sağlamak için edinimin ilk 22 s'sinde yakınlaştırılmıştır). Kısaltma: BT = bilgisayarlı tomografi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

9. PET kardiyak analizi

NOT: Bu bölümde, küçük hayvan sol ventrikülünün dinamik [18F]FDG verilerinin kinetik analizinin nasıl yapılacağı gösterilmektedir. Analiz, Carimas yazılımına dayanmaktadır. Aşağıdaki talimatlar, yazılım kullanım kılavuzu17'nin yerine geçmeyi amaçlamamaktadır. Aşağıda sunulan prosedür, dinamik PET verilerinin Patlak grafiksel analizine dayanmaktadır18. Bu analizle ilgili ayrıntılar için Tartışma bölümüne bakın.

  1. Dinamik PET taramasının DICOM görüntülerini açın.
  2. HeartPlugin modülünü seçin.
  3. Fare/sıçan kalbindeki görüntüyü yakınlaştırın ve kan havuzu aktivitesinin çoğunun zaten yıkanmış olduğu son zaman dilimini (veya eşdeğer olarak, son üç ila beş zaman diliminin toplamını) seçin.
  4. Görüntüyü hayvan kalbinin ana ekseni (kısa eksen, dikey ve yatay uzun eksen) boyunca yeniden yönlendirmek için ekrandaki talimatları izleyin. Bunu, kalp tabanı ve tepe noktası için görüntülenen belirteçleri hareket ettirerek etkileşimli olarak yapın (Şekil 4).
  5. Segmentasyon aracını seçin.
    NOT: Varsayılan olarak, çoğu durumda güvenilir sonuçlar veren otomatik segmentasyon etkindir.
  6. Otomatik segmentasyonun sonucu kabul edilebilir değilse, Manuel Mod'u (ROI Arama Devre Dışı) etkinleştirerek segmentli miyokard ve / veya AG boşluğunun şeklini hassaslaştırın.
  7. Modelleme Aracı'nda, dinamik PET analizi için kullanılacak uygun kinetik modeli seçin. Bu durumda, Grafik | Patlak, her bir kardiyak sektör için glikoz alımının metabolik hızının (MRGlu) hesaplanması için Patlak arsa analizini mümkün kılmaktadır.
  8. polarmap aracında, görüntülenen kalp segmentlerinin doğru sayısını seçin. Bu durumda, 17 segment seçin.
  9. Şimdi, Patlak analizinin montaj prosedürünü gerçekleştirmek için Sığdır düğmesine basın.
  10. Montaj prosedürünün sonunda, Ki değerlerinin görüntülenen kutupsal haritasını gözlemleyin (yani, mL / [mL × min] cinsinden ifade edilen doğrusal regresyonun eğimi).
  11. Bir tabloda gösterilen her sektör için Ki değerlerini kullanarak, denklemi (2) kullanarak MRGlu'yu hesaplayın:
    MR Glu = (Ki × PGlu)/LC (2)
    burada PGlu , plazma glikoz konsantrasyonunun (mmol / L) kan örneğinden türetilmiş bir değeridir ve topaklanmış sabit (LC), normal glikoz ve FDG arasındaki alım farkını telafi etmek için kullanılan ampirik bir katsayıdır. Örneğin, çeşitli deneysel koşullarda topaklanmış sabitin tipik değerleri için Ng ve ark.22'ye bakınız.
    NOT: PET analizine başlamadan önce, PET analiz yazılımı aracında PET hacimlerinin dinamik sırasını görsel olarak incelemek iyi bir uygulamadır. Bu, çalışma sırasında zaman dilimleri arasındaki makroskopik hayvan hareketini dışlamak için gereklidir. Hareket varsa, mümkünse analizden önce uygun görüntü kaydı (bu protokolün kapsamı dışında) yapılmalıdır.

Figure 4
Şekil 4: PET analiz yazılımının yeniden yönlendirme aracı. 3B uzayda iki basit çizgi parçasının projeksiyonu, üç standart düzlemin (transeksenel, koronal ve sagital) her birinde gösterilir. İlk segment, kullanıcının kalp tabanını ve tepesini seçmesine izin verirken, ikincisi kalbin sol ve sağ taraflarını seçmeye izin verir. Bu adım, kalbin standart AHA gösterimi boyunca yeniden yönlendirildiği yeni (enterpolasyonlu) bir PET görüntüsü (alt sıra) ile sonuçlanır. Görüntüler Carimas ile 51 g ağırlığındaki sağlıklı bir yetişkin erkek CD-1 fareden elde edildi ve 10 MBq [18F] FDG enjekte edildi. Kısaltmalar: PET = pozitron emisyon tomografisi; AHA = Amerikan Kalp Derneği; FDG = florodeoksiglukoz. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

10. Sine-BT kardiyak analizi

NOT: Bu bölümde, kalp fonksiyonunun küresel kantitatif verilerini toplamak için Cine-CT kardiyak görüntüsünün kantitatif analizinin nasıl yapılacağı gösterilmektedir. Analiz, Osirix MD yazılımına dayanmaktadır. Aşağıdaki talimatların Osirix kullanım kılavuzu24'ün yerine geçmesi amaçlanmamıştır.

  1. Cine-CT taramasının DICOM görüntülerini yazılıma yükleyin.
  2. Dinamik veri kümesini yerleşik 4B görüntüleyiciyle açın.
  3. 3B Multiplanar Reformation (MPR) aracını kullanarak, görüntü verilerini kısa eksen boyunca yeniden yönlendirin (Şekil 5).
  4. Yeniden yönlendirilmiş verileri DICOM'a aktararak tüm 4B verilerin korunmuş dilim kalınlığı (orijinaliyle aynı) ve görüntü bit derinliği (voksel başına 16 bit) ile dışa aktarılmasını sağlayın
  5. Dışa aktarılan 4B MPR görüntülerini 4B görüntüleyiciyi kullanarak açın.
  6. Son diyastole karşılık gelen bir zaman dilimi seçin. Doğru kardiyak fazın seçildiğinden emin olmak için ana araç çubuğundaki zaman kaydırıcısıyla tüm zaman dilimlerine göz atın.
  7. Bu zaman diliminde, kapalı çokgen ek açıklama aracını seçin ve LV'nin endokardiyal duvarını manuel olarak tanımlayın.
  8. Tabandan tepeye kadar 10-20 dilim için de aynısını yapın ve tüm yatırım getirilerinin aynı ada sahip olmasını sağlayın (örneğin, LVENDO).
  9. YG menüsünde YG Birimi'ni seçin | El ile çizilen YG'lerin enterpolasyonu ile tüm kısa eksen dilimlerinde YG'ler oluşturmak için eksik YG'ler oluşturun.
  10. YG menüsünde YG Birimi'ni seçin | İşlem Hacmi , aynı YG adına sahip YG grubunun hacmini hesaplamak için kullanılır.
  11. Zaman dilimlerine göz atın ve son sistole (daha küçük AG hacmi) karşılık gelen bir aşama seçin ve yukarıdaki 10.7-10.10 arasındaki adımları tekrarlayın.
  12. (3) ve (4) denklemlerini kullanarak strok hacmini (SV) ve ejeksiyon fraksiyonunu hesaplayın:
    SV = EDV - ESV[mL] (3)
    EF = 100 × SV/EDV [%] (4)
    burada EDV diyastolik son-hacimdir ve ESV son sistolik hacimdir.

Figure 5
Şekil 5: Çok düzlemli reform aracının grafik arayüzü. Bu araç, sonraki fonksiyonel analizler için Cine-CT verilerinin yeniden yönlendirilmesi için kullanılır. Kullanıcı, ekranın sol tarafındaki referans eksenlerini, kalbin kısa eksenli görünümü sağda gösterilecek şekilde döndürmeli ve çevirmelidir. Bu yordamın sonunda, kullanıcı yeniden yönlendirilmiş görüntüleri bir DICOM dosya kümesi olarak dışa aktarabilir. Görüntüler Osirix MD ile elde edildi ve 5 dakika boyunca 0.4 mL / dak hızında 2 mL iyomeprol, 200 mg / mL ile enjekte edilen sağlıklı bir yetişkin erkek Wistar sıçanına (507 g) atıfta bulundu ve 0.24 mm3 voksel boyutunda Filtrelenmiş BackProjection ile yeniden yapılandırıldı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bu bölümde, şimdiye kadar açıklanan prosedürleri takiben hem PET hem de BT analizi için tipik sonuçlar gösterilmiştir. Şekil 6 , bir kontrol (sağlıklı) CD-1 faresinin [18F] FDG PET TARAMASININ OTOMATIK MIYOKARD VE AG BOŞLUĞU SEGMENTASYONUNUN SONUÇLARıNı GÖSTERMEKTEDIR. Yeniden yapılandırılmış görüntülerde sağ ventrikül her zaman görünmese de, DICOM başlığına dayanan oryantasyon eksenleri, Amerikan Kalp Derneği (AHA) tavsiyelerini izleyerek standart sektörlerin güvenilir bir şekilde tanımlanması için gerekli olduğu gibi, interventriküler septumu diğer LV duvarlarından doğru bir şekilde ayırt etmek içinkullanılabilir25 . Miyokard iskemisi durumunda, izleyici alımının bölgesel olarak azalması, miyokard canlılık kaybının tipik bir işareti olarak ortaya çıkar. Bu, PET görüntülerinde görselleştirilmek için farklı bir izleyiciye (örneğin, [13N] NH3 veya [15O] H2O) ihtiyaç duyacak olan azaltılmış perfüzyon ile mutlaka ilişkili değildir. Sağlıklı deneklerde bile, PET'te tepe noktası etrafındaki daha düşük rekonstrüksiyon değerleri yaygın olarak gözlenir (bkz. Şekil 6). Bu, örneğin sol duvar veya septuma kıyasla tepedeki (genellikle) daha ince bir miyokard kalınlığı nedeniyle daha belirgin bir kısmi hacimli artefakttan kaynaklanabilir.

Figure 6
Şekil 6: PET analiz yazılımının otomatik segmentasyonunun sonuçları. Görüntüler Carimas yazılımının Heart eklentisi ile elde edildi. Segmentasyon, AHA kılavuzlarına göre standart yeniden yönlendirmeden sonra yapıldı. Gösterilen görüntüler, 51 g ağırlığında sağlıklı bir yetişkin erkek CD-1 fareye ( Şekil 4 ile aynı) atıfta bulunur ve kardiyak geçit olmadan 10 MBq [18F] FDG ile enjekte edilir ve 60 dakikalık bir PET taramasının son 15 dakikasını toplar. Görüntüler, voksel boyutu 0,85mm3 olan yinelemeli bir 3D-OSEM algoritması ile yeniden yapılandırıldı. Kısaltmalar: PET = pozitron emisyon tomografisi; AHA = Amerikan Kalp Derneği; FDG = florodeoksiglukoz. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 7'de, Patlak grafik analizi18 ile elde edilen bölgesel Ki'nin bir örneği gösterilmiştir (sol üstte). Alttaki çerçevede, Patlak dağılım grafiği ve doğrusal regresyon analizinin ilgili sonuçları gösterilmiştir. Saçılma grafiğindeki her nokta, doku aktivitesi konsantrasyonu ile plazma aktivitesi konsantrasyonu arasındaki oranı belirli bir zamanda t (radyoaktif bozunma için düzeltmeden sonra), CT (t) / CP (t) 'yi temsil eder, plazma aktivitesi konsantrasyonunun zaman integraline karşı t0 = 0 enjeksiyon zamanından t zamanına kadar çizilir. Şekil 7'nin sağ üst çerçevesindeki tablo, her bir segmentte gerçekleştirilen doğrusal uyumun eğim (Ki) ve kesişme (Ic) değerlerini, karşılık gelen belirleme katsayısı (R2) ile birlikte göstermektedir.

Kardiyak PET söz konusu olduğunda, protokolün kötü uygulanmasına ilişkin belirtiler aşağıdakileri içerebilir, ancak bunlarla sınırlı değildir: (i) tipik olarak izleyici enjeksiyonu sırasında ekstravaze enjeksiyon gibi bir sorunun meydana geldiğinin bir işareti olan miyokarddan düşük veya eksik izleyici alımı; (ii) PET taraması sırasında hayvan sıcaklığının çok düşük olması (örneğin, 35 °C'nin altında) ve böylece değişen izleyici alımının meydana gelmesi durumunda, önceki noktada olduğu gibi benzer sorunlar; (iii) çok düşük veya istemsiz hareket eden bir anestezi seviyesinden kaynaklanabilecek belirgin görüntü bulanıklığı.

Figure 7
Şekil 7: Patlak grafik analizinin sonuçları. Görüntüler Carimas yazılımının Heart eklentisi ile elde edildi. Sol üstte: Patlak analizinden elde edilen AG'nin bölgesel Ki'sinin parametrik kutupsal haritası. Sağ üstte: Her miyokard segmentindeki Ki ve IC'nin ortalama değerleri ve her doğrusal uyumun (R2) belirlenmesi katsayıları bulunur. Alt: seçilen miyokard segmenti (bu örnekte segment 1) için y(t) ve x(t) arasındaki dağılım grafiği (ayrıntılar için metne bakın). Bu sonuç, Şekil 4 ve Şekil 6'da gösterilen miyokard PET görüntülerini ifade eder (51 g ağırlığında ve 10 MBq [18F] FDG ile enjekte edilen sağlıklı yetişkin erkek CD-1 fare). Kısaltmalar: PET = pozitron emisyon tomografisi; FDG = florodeoksiglukoz. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 8
Şekil 8: Bir sıçanın AG'sinin manuel segmentasyonu örneği. Görüntü, Şekil 5'te gösterildiği gibi aynı hayvana atıfta bulunuyor ve Osirix MD ile elde edildi. Ortaya çıkan LV'nin diyastol sonu ve uç sistoldeki hacimsel analizi altta gösterilmiştir. Bu sonuçlardan EF ve SV, denklem 3 ve 4'e göre hesaplanır. Kısaltmalar: EF = ejeksiyon fraksiyonu; SV = strok hacmi; ROI'ler = ilgilenilen bölgeler; LV = sol ventrikül. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 9
Şekil 9: Cine-CT görüntülerinin toplu olarak oluşturulması. Görüntüler, Şekil 5 ve Şekil 8'de gösterilen aynı sıçana atıfta bulunmaktadır (507 g ağırlığında ve 2 mL iyomeprol, 200 mg / mL, 5 dakika boyunca 24 mL / s oranında enjekte edilen, 0.24 mm3 voksel boyutunda FBP ile yeniden yapılandırılan sağlıklı yetişkin erkek Wistar sıçanı). Kısaltmalar: RA = sağ atriyum; LA = sol atriyum; LV = sol ventrikül; RV = sağ ventrikül; BT = bilgisayarlı tomografi; FBP = Filtrelenmiş Arka Projeksiyon. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 8 ve Şekil 9, sağlıklı bir sıçan için Cine-CT kardiyak analizinin temsili sonuçlarını ele almaktadır. Özellikle, Şekil 8'de, LV'nin farklı şekli ve boyutu, diyastolik ve sistolik sonu fazları için ve her iki fazda da segmente edilmiş LV hacminin 3D rekonstrüksiyonu ile birlikte gösterilmiştir. Bu örnekte, hacimlerin denklem 3 ve 4'e göre hesaplanması, SV = 0.323 mL'lik bir strok hacmine ve EF =% 89.4'lük bir ejeksiyon fraksiyonuna karşılık gelen EDV = 0.361 mL ve ESV = 0.038 mL ile sonuçlanmıştır. Bu, literatürdeki benzer protokollerde bildirilen sonuçlarla uyumludur ve sıçanların normal EF'sini% 70-90% 26 aralığında göstermektedir. Enfarktüslü kalpler, akinetik miyokardın lezyon şiddetine ve genişlemesine bağlı olarak% 50-70 veya daha az bir aralıkta azalmış bir EF'ye yol açabilir.

Cine-CT görüntüleri için deneyin kötü yürütülmesinin aşağıdaki belirtileri ortaya çıkabilir: (i) kalp odaları / damarları ve miyokard arasındaki görüntü kontrastının azalması veya olmaması; Bu durumda, kontrast madde enjeksiyonunda bir sorunun ortaya çıkması muhtemeldir; (ii) miyokard duvarlarının bulanık konturları; Bu durumda, muhtemelen içsel geçit sinyalinden kardiyak ve solunum zirvelerinin yanlış tanımlanması nedeniyle rekonstrüksiyonda bir sorun meydana gelmiştir, bu da frekans bantlarının kötü seçimine (Şekil 3) ve / veya geçit sinyali ROI'sinin kötü seçimine bağlı olabilir (Şekil 2); (iii) Çok düşük veya istemsiz hareket eden bir anestezi seviyesinden kaynaklanabilecek belirgin hareket artefaktları.

Şekil 9'da, hem diyastol sonu hem de son sistol için aynı sıçan kalbinin hacimsel bir gösterimi gösterilmiştir. Bu tür görselleştirme yalnızca iyotla zenginleştirilmiş odaları ve kapları tasvir etmeye izin verir, bu nedenle değerleri nicellikten daha nitelikseldir. Bununla birlikte, enfarktüslü sıçanlarda olduğu gibi miyokard duvarlarının azalmış hareketliliği, diyastolik sonu ve sistolik sonu fazları arasında daha az belirgin farklılıklar olan hacimsel görüntüler üretecektir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu yazıda sunulan protokol, yüksek çözünürlüklü PET/BT görüntüleme kullanılarak kardiyak hasarın küçük hayvan modelleri üzerinde translasyonel kardiyovasküler araştırmalar için tipik bir deneysel prosedüre odaklanmaktadır. Sunulan sonuçlar, PET ve Cine-CT görüntülerinin yüksek kantitatif ve kalitatif değerinin göstergesidir ve tüm kalbin glikoz metabolizması, şekli ve kasılma dinamikleri hakkında hem fonksiyonel hem de yapısal bilgi sağlar. Ayrıca, elde edilen tüm görüntüler 3D, zaman çözümlü ve mevcut izotropik piksel aralığıdır; bu, kalbin standart eksenleri boyunca belirli dilim yönelimlerini seçmek için tarama öncesi operatöre bağlı görevler gerektirmediğinden, görüntü işleme açısından faydalıdır.

Bu yazıda dinamik PET verilerinin Patlak grafiksel analizine dayanan bir protokolbulunmaktadır 18. Bu tür bir analiz, dokudan geri dönüşümsüz izleyici alımını tanımlamak için yararlıdır; bu, defosforilasyon veya metabolitlerin etkisinin miyokard19'da genellikle ihmal edilebilir olduğu [18F] FDG durumunda iyi bir yaklaşımdır. Bu yaklaşımda, bozunma düzeltilmiş doku aktivitesi konsantrasyonu CT (t) ile bozunma düzeltilmiş plazma aktivitesi konsantrasyonu CP (t) arasındaki oran aşağıdaki denklem (5) ile yaklaştırılabilir:

Equation 1 (5)

bu, belirli bir başlangıç zamanından sonra, t* zamanları için geçerlidir, ampirik olarak belirlenmesi gerekir. Yukarıdaki denklemde, K i sabiti kandan dokuya net akış hızını temsil ederken, IC kan hacmi fraksiyonunu ve izleyicinin geri dönüşümlü bölmedeki (yani plazma) dağılımhacmini içeren bir sabittir. Bu formülün daha ayrıntılı bir matematiksel türevi başka bir yerde bulunabilir20. Hem plazmanın hem de dokunun zaman aktivitesi eğrileri (TAC'ler) mevcutsa (örneğin, dinamik bir PET taramasından ve / veya plazma örneklemesinden), çizilerek Equation 2 ve her kare zamanı için bir 2B saçılma grafiği oluşturulabilir, böylece K i ve IC, basit doğrusal regresyon ile saçılma grafiğinineğimi ve Equation 3 kesişimi olarak kolayca belirlenebilir, t > t* zaman noktalarıyla sınırlıdır ve bundan sonra doğrusallık gözlenir. Uzun süreli anestezinin miyokard21'in metabolik hızını etkileyebileceğinin altı çizilmelidir. Bu nedenle, protokolün standartlaştırılması çok önemlidir, böylece ilgili tüm fizyolojik parametrelerin denekler arası varyasyonları minimumda tutulur. Carimas'ta uygulanan protokolde açıklanan prosedür, miyokardın bölgesel Patlak grafik analizine izin verir; LV boşluğundaki tüm kanın aktivite konsantrasyonunu, plazma giriş fonksiyonu CP (t) 'nin bir yaklaşımı olarak kullandık.

Bazı PET tarayıcılar daha düşük uzamsal çözünürlüğe ve/veya duyarlılığa sahip olabilir, bu da ölçümlerin zaman aktivitesi eğrilerinde (TAC'ler), özellikle de giriş fonksiyonu (IF) olarak kullanılan plasmatik tarayıcıda daha büyük ROI'lerin ve tutarlı kısmi hacim/yayılma hatalarının kullanılmasına neden olabilir. Bu durumda, analiz protokolü, enjeksiyondan sonraki erken fazdaki görüntü değerlerine ve geç fazdaki (>20 dakika) kan numunesi aktivitesi konsantrasyonuna (bkz. protokol adım 6.8) dayanan bir hibrit IF oluşturularak değiştirilebilir. Melez IF'nin düzeltilmiş noktaları, Shoghi ve ark.23 tarafından gösterildiği gibi interpolasyon ile hesaplanabilir. Carimas içinde, her miyokard segmentinin ham TAC'lerini dışa aktarmak, arteriyel TAC'yi düzeltmek ve doğrudan düzeltilmiş eğriler üzerinde Patlak analizi yapmak için tekrar yüklemek mümkündür. Gerekli işlemin karmaşıklığı nedeniyle, bu protokolde açıklanan durumda elde edilen sonuçlar çoğu uygulama için iyi bir tekrarlanabilirlik düzeyine sahip olduğundan, bunu yapmak için belirli protokol işlemleri sağlamadık.

Sunulan protokolün olası bir uygulaması, miyokard enfarktüsünün küçük hayvan modellerindedir. Bu kadar spesifik bir görüntüleme araştırması alanına kısıtlamalardan kaçınmak için, MI veya diğer kardiyovasküler hastalık türlerinin indüksiyonu için özel bir protokol talimatı eklemedik. Ayrıntılı cerrahi prosedürler literatürün başka bir yerinde bulunabilir12,13 ve hem bölgesel perfüzyon defektleri hem de iskemiye bağlı anjiyogenez4 için tamamlayıcı bilgileri göstermek amacıyla grubumuzda başarıyla uygulanmıştır. Bununla birlikte, bu makalede sunulan PET/BT görüntüleme protokolü, metabolik hastalıklar27, tedaviye ve/veya farklı diyetlere yanıt28 ve radyasyona bağlı yaralanmalar29 dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere, kardiyak metabolizma, fonksiyon ve/veya morfolojinin söz konusu olduğu çeşitli çalışma tasarımlarında yararlı olabilir. Ayrıca, bu tür bir araştırma, global ve bölgesel kardiyak fonksiyon ve morfoloji 4 ile korelasyon içinde kardiyak yeniden yapılanma ve neovaskülarizasyonu izlemek için yeni moleküler probları doğrularken yararlı olabilir.

Burada, [18F]FDG ile miyokard bölgesel glukoz alımının nicelleştirilmesine odaklanan tipik bir PET görüntü edinimi ve analizini tartıştık; Örneğin, miyokard enfarktüsü görüntülemesi için bu, miyokard canlılığı26'yı perfüzyon hakkında tamamlayıcı bilgi olarak ölçmek için yararlıdır ve yaygın olarak benimsenmiştir, bunun yerine farklı izleyiciler gerektirir. Ayrıca, [18F]FDG, PET görüntülemede en yaygın olarak bulunan izleyicidir ve bu nedenle, uygulanabilirliğini artırmak için bu protokolü bu izleyiciye uyarlamaya karar verdik. Analiz iş akışında yapılan küçük değişikliklerle, aynı prosedür, örneğin bölgesel miyokard kan akışını (MBF) ölçmek için kullanılabilir, kan akışı izleyicileri30 olarak [13N] NH3 veya [15O] H2O kullanılır.

Bu durumlarda, PET edinme protokolü, 18F (T 1/2 = 109.8 dakika) ile ilgili olarak 13N (T 1/2 = 9.97 dakika) ve 15O (T1/2 =2.04 dakika) farklı radyonüklid bozunmasüreleri göz önüne alındığında küçük değişiklikler gerektirir. Ayrıca, PET analizi için çoğu nicel görüntü işleme yazılımında yaygın olarak bulunan bu makalede sunulanlar yerine uygun kinetik modeller kullanılmalıdır; Bu noktaların yanı sıra, bu protokolde sunulan deneysel prosedür çoğunlukla küçük hayvanların kalplerine odaklanan diğer deneysel araştırma türleri için uygundur. Protokol, fare modellerinin kardiyak görüntülemesi için özel olarak tasarlanmış olmasına rağmen, sıçanlarla çalışmak, esas olarak hayvanın daha büyük boyutu (~ 10x daha ağır) nedeniyle gerçek protokolde bazı değişiklikler anlamına gelebilir. Bununla birlikte, basitlik uğruna sıçan görüntüleme için gerekli değişiklikleri belirtmek için protokole ek bilgiler eklenmiştir.

Sunulan protokolün bir avantajı, hayvan üzerinde EKG problarının kullanılmasını gerektirmemesidir, çünkü PET çalışması geçit olmadan güvenilir bir şekilde yürütülebilir ve BT çalışması içsel (sensörsüz) retrospektif geçit kullanır. İçsel geçit yazılımının tabanındaki algoritma, Dinkel ve ark.31'in çalışmalarına dayanmaktadır. Bu yöntem, EKG bazlı (ekstrinsik) kardiyak geçit ile çok yüksek bir uyum göstermektedir ve mekanik ve elektriksel olayların ayrışmasına bağlı olarak aritmilerde potansiyel olarak daha iyi olabilir31. İçsel geçit tam otomatik iş akışlarında uygulanabilse de32, bu protokol IRIS CT tarayıcısında uygulanan etkileşimli bir yönteme dayanır ve parametrelerin seçiminde daha fazla esneklik sağlar. Tartışıldığı gibi, fareler yerine sıçanlar kullanıldığında, öncelikle enjekte edilen dozlar, daha büyük hayvanlar kullanılırken zayıflama düzeltme (CTAC) taramalarına duyulan ihtiyaç ve BT kontrast madde türleri arasındaki bazı farklılıklar ile ilgili prosedürlerin küçük adaptasyonları gereklidir. Bu son nokta ile ilgili olarak, sıçanlar üzerinde iyot bakımından zengin su içinde yağ lipit emülsiyonlarının kullanımı, küçük hayvan CA satıcılarının teknik notlarında da bildirilmiştir. İlgili nispeten büyük enjeksiyon hacimleri, nispeten daha yüksek maliyet ve bu özel kontrast maddelerin daha az yaygın mevcudiyeti nedeniyle, klinik ortamlarda geniş çapta uygulanabilir olan iyomeprol gibi yaygın olarak bulunan vasküler kontrast ajanlara dayanan protokolün bir modifikasyonunu da sunduk. Bu tür standart vasküler ajanların çok hızlı bir şekilde temizlenmesi nedeniyle, bu durumda yavaş sürekli enjeksiyona izin veren motorlu bir enjeksiyon pompası gereklidir.

Yöntemin sınırlamaları
Sunulan PET/BT protokollerinin uygulanabilirliği, yapı, fonksiyon ve metabolizma hakkındaki bağlamsal bilgiler, moleküler probun seçiminde aynı duyarlılığa ve esnekliğe sahip başka bir teknikle elde edilemese de, genellikle diğer tekniklerden (öncelikle ABD ekokardiyografisi) daha az yaygın ve daha pahalı olan enstrümantasyonun mevcudiyetine dayanmaktadır. Bununla birlikte, tüm hazırlık / satın alma / analiz iş akışının bu metodoloji ile başarıyla tamamlanması, biyologlar, veteriner hekimler, kimyagerler, fizikçiler ve biyomühendisler de dahil olmak üzere birçok profesyonel figür arasında güçlü bir işbirliği gerektirir. Bu, standart olmayan PET izleyicileri kullanıldığında daha da doğrudur, bu da hem radyosentez hem de matematiksel modellemenin yanı sıra analiz yazılımının doğru ve güvenilir niceleme için uyarlanması33,34,35'teki çabaları ima eder.

Protokol bölüm 9'da, görüntü türetilmiş bir giriş fonksiyonu (IDIF) kullanarak çok basit bir niceleme prosedürü tanımladık ve geç çerçeveler için IDIF ve kan örneği kaynaklı IF kullanan karma bir yaklaşımın daha iyi sonuçlar verebileceğine işaret ettik. Kuyruktan alınan bütün (venöz) kandan ölçülen aktivitenin kullanılmasının [18F] FDG'de güvenilir bir yaklaşım olarak kabul edildiği, ancak farklı izleyiciler36,37 durumunda metabolitlerin aktivitesi için daha fazla düzeltme gerektirdiği belirtilmelidir. Tüm protokolün en kritik noktalarından biri, hem PET taraması için radyoaktif izleyiciyi hem de BT taraması için iyotlu kontrast maddeyi enjekte etmek için venöz erişim sağlayan intravenöz kanülasyondur. Bu kritik adımın başarısız bir şekilde gerçekleştirilmesi, dolaşımdaki PET izleyicisinin veya BT CA'sının etkili miktarı gerekenden daha düşük olabileceğinden, işe yaramaz görüntülerle sonuçlanır. Kuyruk damarı enjeksiyonu için özel eğitim almış uzman personel, güvenilir sonuçlar sağlamak için bu prosedüre dahil edilmelidir.

Dinamik kardiyak görüntüleme için BT'nin bir dezavantajı, ultrasonla 3D kardiyak görüntüleme, prob için motorlu bir çeviri aşamasının kullanılmasını ve ardından doğru sonuçları elde etmek için görüntü kaydının kullanılmasını gerektirse de, ABD ve MRG'ye kıyasla nispeten daha düşük zamansal çözünürlüğüdür. Yeniden yapılandırılmış görüntülerde kan ve miyokardın doğru ayrımı için tutarlı miktarda CA enjekte edilme ihtiyacı, metodolojinin içsel düşük duyarlılığı nedeniyle ana endişelerden biridir. Bu protokolde, BT çalışmaları için CA enjeksiyon hacmini farelerde 0.5 mL ve sıçanlarda 2 mL ile sınırladık, farelerde 10 mL / s'de 3 dakika ve sıçanlarda 24 mL / s'de 5 dakika boyunca sürekli infüzyon kullandık. Bu enjeksiyon oranlarının ve hacimlerinin hayvanlar tarafından iyi tolere edildiğini gözlemledik. Burada açıklanan miktarlar, literatürde bulunan eşdeğer protokollerle uyumludur veya bunlardan daha küçüktür.

Nahrendorf ve ark., murin miyokard enfarktüsünün tasviri için, 0.2 mL su içinde yağ lipid emülsiyon kan havuzu CA'sının bazal (ön tarama) bolus enjeksiyonunu ve ardından 1 saat38 için 1 mL / s'de sürekli bir iyomeprol enjeksiyonunu içeren bir Cine-CT protokolünü tanımlamıştır. Badea ve ark., 1 saatlik bir Isovue 370 (iopamidol) infüzyonuna dayanan benzer bir kardiyak Cine-CT protokolünü, Fenestra VC'nin (sudaki yağ lipit emülsiyonu) 0.5 mL / 25 g vücut ağırlığının bolus enjeksiyonu ile karşılaştırarak, ikinci durumda görüntü kontrastı açısından daha iyi sonuçlar bulmuşlardır39. Fenestra VC kontrast maddesinin aynı üreticisi, mikro-CT 40 ile vasküler görüntüleme için 0.4 mL / 20 g vücut ağırlığı enjeksiyonunun önerilen hacmini bildirmiştir. Bununla birlikte, eXIA 160 XL, MVivo Au, Aurovist 15 nm veya Exitron nano 12000 gibi daha yüksek yoğunluğa sahip yeni CA'lar yakın zamanda klinik öncesi pazara girmiştir ve kardiyak mikro-BT protokollerindeki enjeksiyon hacimlerini azaltma potansiyeline sahiptir. Nebuloni ve ark. bu tür CA'ların kapsamlı bir karakterizasyonunugerçekleştirdiler 41. Kapılı BT'deki radyasyon dozu, uzunlamasına çalışmalar için bir başka yaygın endişedir; Bu durumda, açıklanan Cine-CT protokolü için maksimum doz, BT tarayıcımızın önceki dozimetrik karakterizasyonuna dayanarak tahmin edildiği gibi, hem fareler hem de sıçanlar için 200 mGy'nin altındadır42. Bu, 4D kardiyak BT taramaları için literatürde bildirilen dozdan kabaca 5 kat daha düşüktür 38,39 ve 6 Gy43 olarak tahmin edilen küçük hayvanların toplam vücut ışınlaması için ortalama ölümcül dozdan30 kat daha düşüktür.

Protokolün farklı enstrümantasyon ve yazılımlara uygulanabilirliği
Bu protokolde sunulan spesifik talimatlar kaçınılmaz olarak belirli bir PET/BT tomografisi için uyarlanmış olsa da, burada sunulan görüntüleme görevleri farklı görüntüleme sistemlerine uyarlanabilir. Bu protokolün PET bölümü ile ilgili olarak, küçük hayvan araştırmaları için tasarlanmış tüm son teknoloji PET veya PET / BT sistemleri, protokolü yürütmek için uygun performans gereksinimlerine (mekansal ve zamansal çözünürlük açısından) sahiptir. Kardiyak BT söz konusu olduğunda, protokol kullanılan spesifik kardiyo-solunum kapısı sistemine (örneğin, dışsal veya intrinsik) bağlı olarak değişebilir. Okuyucular, mevcut PET, BT veya PET / BT sistemlerininyetenekleri 44,45,46 hakkında kapsamlı bir tartışma için son inceleme makalelerine ve kitap bölümlerine başvurabilirler. Bu yazıda sunulan BT ve PET protokolleri, kullanımdaki tomografinin yeteneklerine ve özelliklerine bağlı olarak bağımsız olarak gerçekleştirilebilir. Bu nedenle, sunulan prosedürlerin, küçük hayvanlar üzerinde ilk kez bir kardiyak PET / BT çalışması yapmak isteyen herhangi bir uygulayıcı için yararlı bir referans sağlayabileceğine inanıyoruz.

Kendi PET/BT tomografisinin genel protokol kurulumunda yeterli beceriye sahip herhangi bir kullanıcı, laboratuvarlarında eşdeğer sonuçlar elde etmek için sunulan yöntemde gerekli uyarlamaları uygulayabilmelidir. Aynı argümanlar görüntü analizine adanmış bölüm için de kullanılabilir. Kardiyak PET ve kardiyak BT analizi için mevcut tüm yazılım paketlerinin kapsamlı bir listesi bu makalenin amacı dışındadır. Bununla birlikte, diğer birçok karşılaştırılabilir yazılım paketi, kutupsal harita oluşturma ve bölgesel izleyici kinetik analizi için benzer bir metodoloji kullanır. Okuyucu, Wang ve ark.47'ye ve PET nicelleştirme görevi için içindeki referanslara ve 4D BT nicelemesi için ilgili araştırma makaleleri 48,49,50'ye başvurabilir. Bu durumda, kardiyak PET ve BT görüntülerinin kantitatif analizi için bu protokolü sırasıyla Carimas 51,52,53,54 ve OsiriX 55,56,57,58 üzerinde odaklamaya karar verdik. Bu araçların yaygın kullanımı nedeniyle, bu seçimin, bazı PET ve BT tarayıcı üreticileri tarafından sağlanan kapalı, ticari ve tarayıcıya özgü analiz araçlarına odaklanan bir tartışmaya kıyasla, araştırma topluluğunun sunulan yöntemlerin uygulanmasına ve uygulanmasına olan ilgisini artırmada yardımcı olabileceğine inanıyoruz.

Kantitatif görüntü analizi protokolündeki değişiklikler
Burada gösterilen örnek sonuçlar, kalp hasarının küçük hayvan modellerine odaklanan translasyonel kardiyovasküler araştırma deneylerinde en pratik amaçlar için yeterli kabul edilebilecek basit bir nicel analiz görevinin basit bir sonucudur. Bununla birlikte, bu makalede açıklanan edinme / yeniden yapılandırma protokolünden kaynaklanan DICOM görüntülerinden başlayarak daha birçok analiz seçeneği mümkündür. Örneğin, dinamik [18F]FDG-PET verileri 59,60,61'den Patlak grafik analizi yerine farklı bölmeli modeller uygulamak istenebilir. Dahası, bu protokolde gösterilen 4D Cine-CT görüntülerine dayanan kardiyak fonksiyonun analizi sadece tüm LV için küreseldi, ancak birkaç farklı (çoğunlukla ticari) yazılım, kullanıcıların aynı görüntülerden gerinim analizi ve bölgesel duvar hareketi, duvar kalınlaştırma ve bölgesel EF analizi yapmalarına izin veriyor49. Bununla birlikte, burada gösterilen örneklerin daha derinlemesine işlem sonrası ve nicel görevler için iyi bir başlangıç noktası olduğuna inanıyoruz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Daniele Panetta, Inviscan Sas'tan mikro-BT enstrümantasyonunun Ar-Ge'si için hibe aldı.

Acknowledgments

Bu araştırma kısmen JPI-HDHL-INTIMIC "GUTMOM" Projesi tarafından desteklenmiştir: Çocuklarda maternal obezite ve bilişsel işlev bozukluğu: GUT MicrobiOMe'nin neden-sonuç rolü ve erken diyet önleme (proje no. INTIMIC-085, İtalyan Eğitim, Üniversite ve Araştırma Bakanlığı Kararnamesi no. 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

Tıp Sayı 190
Yüksek Çözünürlüklü Kardiyak Pozitron Emisyon Tomografisi/Küçük Hayvanlar için Bilgisayarlı Tomografi
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