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.
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.
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.
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, …
The authors have nothing to disclose.
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).
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 |