Waiting
Login processing...

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

Medicine

Høyoppløselig hjertepositronemisjonstomografi/computertomografi for små dyr

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

Her presenterer vi en eksperimentell bildeprotokoll for kvantifisering av hjertefunksjon og morfologi ved bruk av høyoppløselig positronemisjonstomografi/computertomografi for små dyr. Både mus og rotter blir vurdert, og diskuterer de forskjellige kravene til kontrastmidler for computertomografi for de to artene.

Abstract

Positronemisjonstomografi (PET) og computertomografi (CT) er blant de mest brukte diagnostiske bildebehandlingsteknikkene, og begge tjener til å forstå hjertefunksjon og metabolisme. I preklinisk forskning benyttes dedikerte skannere med høy følsomhet og høy spatio-temporal oppløsning, designet for å takle de krevende teknologiske kravene som stilles av den lille hjertestørrelsen og svært høye hjertefrekvenser av mus og rotter. I dette papiret beskrives en bimodal hjerte PET / CT-bildebehandlingsprotokoll for eksperimentelle mus- og / eller rottemodeller av hjertesykdommer, fra dyreforberedelse og bildeoppkjøp og rekonstruksjon til bildebehandling og visualisering.

Spesielt tillater den 18 F-merkede fluorodeoksyglukose ([18F]FDG)-PET-skanningen måling og visualisering av glukosemetabolismen i de forskjellige segmentene av venstre ventrikel (LV). Polarkart er praktiske verktøy for å vise denne informasjonen. CT-delen består av en tidsoppløst 3D-rekonstruksjon av hele hjertet (4D-CT) ved hjelp av retrospektiv gating uten elektrokardiografi (EKG) ledninger, noe som muliggjør morfofunksjonell evaluering av LV og påfølgende kvantifisering av de viktigste hjertefunksjonsparametrene, som ejeksjonsfraksjon (EF) og slagvolum (SV). Ved hjelp av en integrert PET / CT-skanner kan denne protokollen utføres innenfor samme anestesiinduksjon uten å måtte flytte dyret mellom forskjellige skannere. Derfor kan PET / CT ses som et omfattende verktøy for morfofunksjonell og metabolsk evaluering av hjertet i flere små dyremodeller av hjertesykdommer.

Introduction

Små dyremodeller er ekstremt viktige for å fremme forståelsen av kardiovaskulære sykdommer 1,2. Ikke-invasive, diagnostiske bildebehandlingsverktøy har revolusjonert måten vi ser på hjertefunksjon de siste tiårene, både i kliniske og prekliniske omgivelser. Når det gjelder smådyrmodeller av hjertesykdommer, er det utviklet spesifikke bildebehandlingsverktøy med svært høy spatiotemporal oppløsning. Dermed kan slike instrumenter matche behovet for nøyaktig kvantifisering av de relevante metabolske og kinetiske myokardparametrene på de svært små og svært raske hjertene til mus og rotter i spesifikke sykdomsmodeller, for eksempel hjertesvikt (HF)3 eller hjerteinfarkt (MI)4. Flere modaliteter er tilgjengelige for dette formålet, hver med sine egne styrker og svakheter. Ultralyd (US) bildebehandling er den mest brukte modaliteten på grunn av sin store fleksibilitet, svært høye tidsmessige oppløsning og relativt lave kostnader. Adopsjonen av amerikansk hjerteavbildning hos små dyr har økt betydelig siden adventen av systemer som bruker sonder med ultrahøyfrekvent5,6, med romlige oppløsninger under 50 μm.

Blant de viktigste ulempene med USA for full 3D-hjerteavbildning er behovet for lineære skanninger langs hjerteaksen ved å montere sonden på et motorisert oversettelsestrinn for å lage en full stabel med dynamiske B-modusbilder av hele hjertet7. Til slutt gir denne prosedyren opphav (etter nøyaktig romlig og tidsmessig registrering av bildene som er oppnådd i hver sondeposisjon) til et 4D-bilde med forskjellige romlige oppløsninger mellom in-plane og out-of-plane retninger. Det samme problemet med ujevn romlig oppløsning forekommer i hjerte-MR (CMR),8 som fortsatt representerer gullstandarden i funksjonell avbildning av hjertet. Ekte isotropisk 3D-avbildning kan i stedet oppnås ved hjelp av både computertomografi (CT) og positronemisjonstomografi (PET)9. PET gir et svært følsomt verktøy når det gjelder bildesignal per mengde injisert sonde (i nanomolarområdet), selv om det lider av redusert romlig oppløsning sammenlignet med CT, MR eller US. Den største fordelen med PET er dens evne til å vise de cellulære og molekylære mekanismene som ligger til grunn for organets patofysiologi. For eksempel tillater en PET-skanning etter injeksjonen av [18F] FDG rekonstruksjon av et 3D-kart over glukosemetabolismen i kroppen. Ved å kombinere dette med dynamisk (dvs. tidsbestemt) datainnsamling, kan tracer kinetisk modellering brukes til å beregne parametriske kart over metabolske hastigheter av glukoseopptak (MRGlu), som vil gi viktig informasjon om myokard levedyktighet10.

CT krever betydelige mengder eksterne kontrastmidler (CA) ved høye konsentrasjoner (opptil 400 mg jod per ml) for å gi en målbar forbedring av de relevante vevskomponentene (f.eks. Blod vs. muskel), men det utmerker seg i romlig og tidsmessig oppløsning, spesielt ved bruk av toppmoderne mikro-CT-skannere designet for smådyravbildning. 11 En typisk sykdomsmodell der hjertets PET/CT kan anvendes, er eksperimentell evaluering av hjerteinfarkt og hjertesvikt og relatert respons på behandlingen. En vanlig måte å indusere MI hos små dyr er ved kirurgisk ligering av venstre fremre synkende (LAD) koronararterie12,13 og deretter langsgående evaluering av sykdomsprogresjonen og hjerteombyggingen i de påfølgende dagene4. Likevel er den kvantitative morfofunksjonelle evalueringen av hjertet hos små dyr i stor grad anvendelig også for andre sykdomsmodeller, for eksempel evaluering av effekten av aldring på hjertefunksjon14 eller endret reseptoruttrykk i modeller av fedme15. Den presenterte bildeprotokollen er ikke begrenset til en gitt sykdomsmodell og kan derfor være av største interesse i flere sammenhenger av preklinisk forskning med smågnagere.

I dette papiret presenterer vi en start-til-ende eksperimentell protokoll for hjerteavbildning ved hjelp av små dyr integrert PET / CT. Selv om den presenterte protokollen er designet for en bestemt bimodal integrert skanner, kan PET- og CT-delene av den beskrevne prosedyren utføres uavhengig av separate skannere fra forskjellige produsenter. I PET/CT-skanneren som brukes, er operasjonssekvensen organisert i en forhåndsprogrammert arbeidsflyt. Hovedgrenene i hver arbeidsflyt er en eller flere anskaffelsesprotokoller; Hver anskaffelsesprotokoll kan ha en eller flere grener for spesifikke forbehandlingsprotokoller, og i sin tur kan hver forbehandlingsprotokoll ha en eller flere grener for spesifikke rekonstruksjonsprotokoller. Både preparatet av dyret på bildesengen og forberedelsen av de eksterne midlene som skal injiseres under bildebehandlingsprosedyrene, er beskrevet. Etter at prosedyren for bildeopptak er fullført, tilbys eksempler på prosedyrer for kvantitativ bildeanalyse basert på allment tilgjengelige programvareverktøy. Hovedprotokollen er spesielt designet for musemodeller; Selv om musen fortsatt er den mest brukte arten på dette feltet, viser vi også en tilpasning av protokollen for rotteavbildning på slutten av hovedprotokollen. Representative resultater er vist for både mus og rotter, og viser hvilken type utgang som kan forventes med de beskrevne prosedyrene. En grundig diskusjon er gjort på slutten av denne artikkelen for å understreke fordeler og ulemper med teknikken, kritiske punkter, samt hvordan forskjellige PET-radiotracere kan brukes med nesten ingen modifikasjon av de forberedende og oppkjøps- / rekonstruksjonstrinnene.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dyreforsøk ble utført i samsvar med anbefalingene i Veiledning for stell og bruk av forsøksdyr i de internasjonale retningslinjene for håndtering av forsøksdyr, krevd av EU-direktivet (direktiv 86/609/EØF av 1986 og direktiv 2010/63/UE) og italienske lover (D.Lgs. 26/2014).

1. Oppsett av PET / CT-bildeprotokollene og arbeidsflyten

MERK: Protokollen som presenteres her er spesielt utviklet for hjerteavbildning av musemodeller. Arbeid med rotter kan innebære noen endringer i selve protokollen, hovedsakelig på grunn av dyrets større størrelse (omtrent 10x tyngre). Modifikasjonene for rotteavbildning er spesifikt nevnt i trinnene; Hvis ingen modifikasjoner er nevnt, kan de samme trinnene for museavbildning brukes til rotter.

  1. Åpne det grafiske brukergrensesnittet (GUI) til PET/CT-skanneren (se Tabell over materialer) og opprette et sett med nye protokoller (inkludert parametere for datainnsamling, forbehandling og rekonstruksjon av bilder): (i) a dynamisk PET-skanning, (ii) en lavdose CT-skanning for dempingskorreksjon (CTAC) uten kontrastmiddel, og (iii) en kontrastforsterket Cine-CT-skanning.
    MERK: Opprettelsen av nye protokoller (dvs. spesifikke programvareinstruksjoner for tomografien) for anskaffelses-, forbehandlings- og rekonstruksjonsfasene er en enkel prosess; i tilfelle problemer, kan brukeren finne mer detaljert informasjon i brukerhåndboken for GUI.
    1. For PET-skanningen åpner du Protokoll-fanen til skanneren (GUI) og oppretter tre nye protokoller (for anskaffelse, forbehandling og rekonstruksjon) med følgende parametere:
      1. For anskaffelsesprotokollen : sett 3,600 s total skannetid og enkeltsengsposisjon. Lagre denne protokollen med et egennavn for senere import til arbeidsflyten. Gjør det samme også for alle de neste protokollene i de følgende punktene.
      2. For forbehandlingsprotokollen for mus: velg et 250-750 keV energivindu (EW) og aktiver følgende korreksjoner: radioaktivt henfall, tilfeldige tilfeldigheter og dødtid. Angi innrammingsprotokollen (dvs. dynamisk deling av rådataene) som følger: 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). For rotte velger du et 350-750 keV energivindu (EW), ved å bruke samme innramming som for museprotokollen.
      3. For rekonstruksjonsprotokollen: velg den Monte Carlo-baserte 3D-bestilte subset forventningsmaksimeringsalgoritmen (3D-OSEM-MC) av høy kvalitet, med 8 delmengder og 8 iterasjoner, med normalisering, kvantitativ korreksjon og CT-dempingskorreksjon aktivert.
    2. For lavdose CT-skanning for dempingskorreksjon (CTAC), bruk følgende parametere:
      1. For anskaffelsesprotokollen: enkeltramme, enkeltsengstilling, fullskanning, rørinnstillinger: 80 kV, lavstrøm (lavdose); 576 visninger over 360°, med 34 ms eksponeringstid per visning (20 s skannetid); Rotasjonstype: Kontinuerlig, følsomhetsmodus: høy følsomhet.
      2. For forbehandlingsprotokollen : 240 μm voxelstørrelse, transversal FOV: Rotte, aksial FOV: 100%.
      3. For rekonstruksjonsprotokollen : filtervindu: glatt, voxelstørrelse: standard , aktiver stråleherding og ringprekorrigering, deaktiver ringartefakt etter korreksjon.
    3. For den kontrastforbedrede inngjerdede CT-skanningen oppretter du tre nye protokoller (for innsamling, forbehandling og rekonstruksjon) med følgende innstillinger:
      1. For anskaffelsesprotokollen for mus: sett enkeltramme, enkeltsengsposisjon, fullskanning, rørinnstillinger: 65 kV, fullstrøm (lavt støynivå); 8,000 visninger over 360°, med 15 ms eksponeringstid per visning (120 s skannetid); rotasjonstype: kontinuerlig, følsomhetsmodus: høy følsomhet. For rotte, angi anskaffelsesprotokollparametrene som følger: 80 kV rørspenning, 16 000 visninger over 360 °, med 12 ms eksponeringstid per visning (192 s skannetid).
      2. For forbehandlingsprotokollen for mus: velg 120 μm voxel størrelse; transversal synsfelt (FOV): Mus; aksial FOV: 50%. For rotte, velg en 240 μm voxel størrelse; tverrgående synsfelt (FOV): Rotte; aksial FOV: 50%.
      3. For rekonstruksjonsprotokollen : filtervinduer: glatt, voxel størrelse: standard; Aktiver stråleherding og ringprekorrigering, deaktiver ringartefakt etter korreksjon.
    4. Åpne Arbeidsflyt-fanen i GUI, og opprett en ny arbeidsflyt, og legg til protokollene som nettopp ble opprettet: trinn 1.1.1.1-1.1.1.3 for PET, trinn 1.1.2.1. -1.1.2.3. for CTAC og trinn 1.1.3.1. -1.1.3.3. for inngjerdet CT, i gitt rekkefølge. I begge tilfeller må du sørge for at protokollene er nestet med følgende rekkefølge: Anskaffelse | Forbehandling | Rekonstruksjon.
      MERK: Dynamiske PET-rammer med varighet <5 s for bedre å fange toppen av arteriell inngangsfunksjon i begynnelsen av PET-skanningen er mulig, men anbefales ikke, da dette kan føre til støyende bilder med redusert kvantitativ nøyaktighet. I trinn 1.1.2.2 har vi brukt "Rat" -størrelsen for transversal FOV. Dette brukes ofte for både rotter og mus i CTAC.

2. Dyrepreparat for PET / CT-avbildning

MERK: For denne protokollen ble alle dyr fastet over natten.

  1. Bedøv musen med 3% -4% (v / v) isofluran i et induksjonskammer først, og hold deretter med 1% -2% (v / v) isofluran.
  2. Vei musen og mål basal glykemi for å overvåke tilstanden til dyret. For å ta den nødvendige blodprøven, bruk skarp saks og lag et lite kutt på halespissen, og masser deretter halen forsiktig for å samle en bloddråpe (~ 1 μL) direkte på teststrimmelen.
  3. Fortsett med innsetting av venøs tilgang på nivået av kaudalvenen ved hjelp av en 29 G sommerfugl for mus og 24 G for rotte.
    1. For å utføre kanyleringsteknikken, bruk samtidig oppvarming (vanligvis under en varmelampe) og desinfeksjon av punktet der nålen settes inn for vasodilatasjon av venen. Etter kanylering, fest sommerfuglen med et silkebånd til halen for å holde den på plass under prosedyren.
      MERK: Faste er nødvendig for [18F]FDG-studier. Ulike sporstoffer kan innebære forskjellig dyreforberedelse, men en grundig diskusjon om dette emnet er utenfor rammen av denne protokollen. Når det gjelder [18F]FDG, fører det å unngå faste til svært forskjellig sporstoffbiofordeling16.
  4. Slå på anestesisystemet (isofluran 1% -2%, 0,8 l / min O 2 for mus og 1-1,2 l / min for rotte) koblet til PET-CT-skanneren og overfør musen til sengen.
  5. Plasser musen i den bakre posisjonen, hodet først, på skannersengen til PET-CT-tomografien, legg nesen i nesemasken for anestesi og blokker forsiktig musens hode til masken med tape.
  6. Fest musens øvre og nedre lemmer på skannersengen for å forhindre ufrivillige bevegelser under avbildningsprosedyrene, noe som kan føre til bevegelsesartefakter.
  7. Overvåk kroppstemperaturen og respirasjonshastigheten ved hjelp av henholdsvis en rektal sonde og en respirasjonspute.

3. Tilberedning av PET tracer dose

  1. For mus trekker du 10 MBq [18F]FDG i et volum på 100-150 μL med en insulinsprøyte (1 ml). For rotter trekkes en høyere dose på 15 MBq i 0,20-0,25 ml.
    MERK: Unngå høyere aktivitet da PET-skanneren som er omtalt i denne protokollen, har svært høy følsomhet og bare krever en beskjeden mengde aktivitet for å få bilder av høy kvalitet.
  2. Hvis den opprinnelige konsentrasjonen av sporstoffet i hetteglasset er for høy, bruk fysiologisk oppløsning (0,9 % w/v NaCl) for å fortynne sporstoffdosen til en konsentrasjon på 50-100 MBq/ml.
  3. Bruk dosekalibratoren PET til å måle den faktiske aktiviteten i sprøyten. Kommenter preinjeksjonsaktiviteten og måletidspunktet, da disse verdiene vil bli brukt senere ved hjelp av spesifikke inngangsmoduler i PET-skannerens GUI.

4. CT kontrastmiddel forberedelse

  1. Trekk 0,2 ml per 20 g musevekt av jodert lipidemulsjonskontrastmiddel i en 1 ml sprøyte. Begrens injeksjonsvolumet til 0,5 ml CA for tyngre mus. Hvis du bruker iomeprol, still injeksjonshastigheten for mus til 10 ml/t (~0,17 ml/min) og begrens injeksjonsvolumet til 0,5 ml.
    1. For rotter trekkes 2,3-3 ml iomeprol, fortynnet til en konsentrasjon på 200 mg/ml, i en 5 ml sprøyte.
      MERK: Hvis smådyr lipidemulsjons-CA ikke er tilgjengelig, kan iomeprol med kontinuerlig injeksjon ved hjelp av en sprøytepumpe brukes, som diskutert nedenfor.
    2. Koble sprøyten til sprøytepumpen, og still pumpen for den faktiske sprøytestørrelsen og diameteren.
    3. Koble sprøyten til CA-slangen og nålen, og fyll slangen med CA.
    4. Sett injeksjonshastigheten til 24 ml/t (= 0,4 ml/min), og begrens injeksjonen til et maksimalt volum på 2 ml.
      MERK: Bruk av blodpool CA basert på jodert lipidemulsjon er også mulig hos rotter, til tross for den relativt høye kostnaden ved denne prosedyren på grunn av det større volumet av en enkelt injeksjon. Hvis dette alternativet foretrekkes (f.eks. for å forenkle protokollen ved å unngå sprøytepumpen), kan følgende prosedyre benyttes:
  2. Trekk 7,5 ml per kg kroppsvekt av jodert lipidemulsjonskontrastmiddel i en 5 ml sprøyte. Begrens injeksjonsvolumet til 2 ml CA også for tyngre rotter.

5. Dyrejustering og foreløpige operasjoner før avbildning

  1. Ved immobilisering av dyret på bildesengen, opprett en ny studie på tomografen GUI. Legg til en studienavnidentifikator i studienavnmodulen , og velg bildearbeidsflyten som tidligere ble lagret fra rullegardinmenyen.
  2. Velg riktig anatomisk del med informasjon om dyr/eksemplar | Anatomisk del | Hjerte - og dyreposisjonering etter informasjon om dyr/eksemplar | Posisjonering | Liggende/hode først. Kommenter dyrevekten i gram for den tilsvarende modulen: Informasjon om dyr/eksemplar | Dyr vekt.
    MERK: All annen informasjon i denne delen er valgfri, men det er nyttig å gi så mye som mulig av den forespurte informasjonen for å finne den i DICOM-overskriften til rekonstruksjonsbildene, og dermed lette påfølgende dataspørring.
  3. Velg radionuklid i informasjon om PET-skanning | F18 for [18 F]FDG-studier og andre 18F-merkede forbindelser; endre hvis andre sporstoffer (f.eks. [13N]NH3) brukes. Skriv også navnet på traceren i informasjonen om PET-skanning | Tracer navnemodul som dette navnet vil bli rapportert i DICOM-overskriften når bilderekonstruksjonen er fullført.
    MERK: Informasjonen om sporinjeksjonstid, aktivitet og volum er obligatorisk, men kan gis senere under PET-anskaffelsen.
  4. I CT-skanningsinformasjonen skriver du all tilgjengelig informasjon om kontrastmiddelet.
    MERK: All denne informasjonen er valgfri, men kan lette påfølgende dataspørring hvis den er oppgitt.
  5. Trykk på Utfør skanning og vent til en annen fane i GUI-en åpnes, slik at dyreposisjonering og spesifikasjon av andre skannealternativer.
  6. Velg CT-kalibreringstype i CT-kalibrering | Bruk standard CT-kalibrering.
  7. I delen Studieforberedelse velger du hver skanneprotokoll fra rullegardinmenyen og merker av for Vent på brukerbekreftelse før denne skanningen .
    MERK: Dette trinnet er veldig viktig, da det vil sette skanneren i ventemodus og vente på brukerinngang før du starter den tilsvarende anskaffelsesfasen. For PET-skanningen vil dette tillate synkronisering av tracerinjeksjonen og den faktiske PET-skanningen starter; for CTAC-skanningen vil det tillate brukeren å lukke lokket (skjerming) før utslipp av røntgenstråler under CT-skanningen (studien blir automatisk avbrutt hvis lokket er åpent før CT-skanningen starter); for Cine-CT-skanningen vil denne pausen tillate brukeren å starte CA-infusjonsprotokollen og CT-dataskanning med den nødvendige forsinkelsen.
  8. For dyreposisjonering, slå på motorkontrollmodulen ved hjelp av bryteren i venstre rute i GUI.
    MERK: Dette vil slå på sentreringslaserne på dyresengen og aktivere de manuelle sengejusteringsknappene plassert på siden av skanneren.
  9. Bruk de manuelle sengejusteringsknappene for å flytte brystet til dyret på lasermerkene. Kontroller nøye både dyrets langsgående og vertikale justering.
  10. Når dyret er plassert i riktig posisjon i henhold til sentreringslaseren, trykker du på Slå av laseren for å lagre den nåværende lasermerkede posisjonen, som skal flyttes til midten av PET- og CT-skannerne under de tilsvarende innsamlingsfasene. Etterpå slår du av motorstyringsmodulen.

6. PET-skanning

  1. Trykk på Start oppkjøp for å flytte dyret til PET-skanneren FOV. Halen og kanylen vil forbli utenfor FOV for å tillate sporinjeksjon. Skanneren forblir inaktiv til brukeren trykker på Fortsett-knappen .
  2. Klargjør sprøyten med den kalibrerte PET-sporingsdosen.
  3. Start anskaffelsen ved å trykke på Fortsett-knappen og begynn å injisere traceren i kanylen innen 5 s fra skannestart (figur 1).
    MERK: Injeksjonsvarigheten vil være ~ 20-25 s.
  4. Sett sprøyten i PET-dosekalibratoren for å måle restaktiviteten i sprøyten. Kommenter den faktiske aktiviteten og måletidspunktet.
  5. I kategorien Maskinvareovervåking i skannerens GUI bruker du knappen Oppdater PET-sporingsinformasjon til å sette inn faktisk innsprøytet tid, aktivitet og volum.
  6. Under skanningen, kontroller dyrets fysiologiske parametere med jevne mellomrom.
  7. Under skanningen måler du glykemien som forklart i trinn 2.2 på følgende tidspunkter: 5 min, 20 min, 40 minutter og 60 minutter etter begynnelsen av PET-skanningen.
  8. Etter måling av glykemi, legg teststrimmelen i gammatelleren og utfør aktivitetsmålingen i 60 s. Registrer det faktiske tidspunktet aktivitetsmålingen er utført, og korriger for radioaktivt henfall, med sporinjeksjonstiden som referansetid. Konverter de registrerte aktivitetsverdiene til aktivitetskonsentrasjon (Bq / ml) ved å vurdere et gjennomsnittlig blodvolum på 1 μL i glukoseteststrimmelen (dvs. ved å bruke ligning [1]):
    C blod(t) = Ablod(t)/0,001 ml [Bq/ml] (1)
    hvor Ablod(t) er den henfallskorrigerte målte aktiviteten til blodprøven i teststrimmelen, uttrykt i Bq.
    MERK: PET-skanningsstart og tracer-injeksjon kan utføres av samme operatør ved å bruke tomografens mobile kontrollenhet plassert på sidebordet til skanneren nær operatørens sted under injeksjonen. Lengre forsinkelser mellom skannestart og begynnelsen av injeksjonen er tillatt, men noen rekonstruerte rammer i begynnelsen av den dynamiske sekvensen vil forbli tomme. Det anbefales å unngå forsinkelser større enn 10 s (dvs. fører til to tomme rammer med gjeldende protokoll).

Figure 1
Figur 1: Injeksjon av PET-traceren. Denne operasjonen utføres rett etter at PET-skanningen har startet. Dyret er inne i PET-synsfeltet (hodet først, med halen synlig på operatørens side). Forkortelse: PET = positronemisjonstomografi. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

7. CT-skanninger

  1. Før du injiserer CT-kontrastmiddelet, starter du CTAC-skanningen rett etter at du har lukket lokket på skanneren og trykket på Fortsett-knappen på GUI-en. På slutten av denne svært korte anskaffelsen, bruk følgende prosedyrer for å sikre riktig forbedring av blodbassenget ved å injisere CA før oppkjøpet ved å bruke samme vaskulære tilgang som brukes til injeksjon av PET-sporeren.
    1. Iodinert lipidemulsjon CA:
      1. Etter at CTAC-skanningen er fullført, injiserer du den joderte lipidemulsjons-CA ved hjelp av kanylen som allerede er koblet til musehalevenen. Den typiske injeksjonsvarigheten er i størrelsesorden 30-60 s.
      2. Start avbildningen rett etter at injeksjonen er fullført. Trykk på Fortsett på skannerens GUI for å starte Cine-CT-anskaffelsen.
    2. Iomeprol/sprøytepumpe:
      1. Hvis en vanlig røntgen-CA brukes, for eksempel iomeprol, bruk en sprøytepumpe som tillater langsom injeksjon med konstant hastighet.
      2. For mus skal injeksjonshastigheten til CA settes til 10 ml/t (~0,17 ml/min) ved å begrense injeksjonsvolumet til 0,5 ml. Med denne innstillingen stopper du injeksjonen etter ~3 minutter. For rotter skal pumpen settes til en hastighet på 24 ml/t (= 0,4 ml/min) og begrense injeksjonsvolumet til 2 ml. Med denne innstillingen stopper du injeksjonen etter 5 minutter.
      3. Koble nålen som er festet til CA-slangen til halevenens kanyle, og sørg for at både slangen og nålen er forhåndsfylt med CA.
      4. Start injeksjonen. Lukk skannerens lokk og forbered deg på Cine-CT-skanningen.
      5. Trykk på Fortsett-knappen på tomografens GUI etter 60 s fra begynnelsen av injeksjonen for mus og etter 90 s fra begynnelsen av injeksjonen for rotter, slik at Cine-CT-innsamlingen startes. Injeksjonen av CA vil stoppe omtrent samtidig som Cine-CT-skanningen er fullført for mus og ved fullføring for rotter.
  2. Når Cine-CT-skanningen er fullført, kobler du dyret fra det fysiologiske overvåkingssystemet og fjerner halevenekanylen. Avhengig av den faktiske protokollen, blir dyrene enten gjenopprettet eller avlivet etter den beskrevne bildebehandlingsprosedyren. I det første tilfellet vekkes dyr i burene sine i et varmt miljø under en infrarød lampe. De overvåkes til fullstendig oppvåkning, og tar 15/30 minutter etter gassbedøvelse. Ved protokoller som krever f.eks. vevshøsting ved slutten av avbildningsprosedyren, avlives dyr ved hjelp av en bedøvelsesoverdose i et induksjonskammer (5 % isofluran), i henhold til vedlegg VI i D.Lgs. 26/2014.
    MERK: Når det gjelder 18F-baserte radionuklider som omtalt i denne protokollen, er 24 timer etter sporstoffinjeksjon tilstrekkelig til å nå et nivå av gjenværende radioaktivitet på dyrets kropp som er trygt for alle praktiske formål.

8. Rekonstruksjon av hjerte 4DCT-bildene ved bruk av egen kardiorespiratorisk gating

MERK: Når bildestudien er fullført, utføres standard PET- og CT-rekonstruksjon automatisk. Likevel må rekonstruksjonen av 4D (Cine) cardio CT-sekvensen utføres manuelt og krever litt brukerinteraksjon. Denne spesielle typen rekonstruksjon, obligatorisk for den påfølgende morfofunksjonelle hjerte-CT-analysen, diskuteres i denne delen.

  1. Åpne hjertegatingmodulen til tomograghs GUI og velg bildestudien som skal analyseres.
  2. Velg et interesseområde (ROI) på det viste dyrets røntgenbilder (figur 2) for å bygge en tidsavhengig hjertebevegelseskurve, som representerer gatingsignalet - kymogrammet. Flytt den forhåndstegnede rektangulære avkastningen vertikalt på en slik måte at både hjertetoppen og membranen velges. Velg deretter Gating signalanalyse. Brukergrensesnittet vil nå vise gating-signalet både på tidsdomenet og frekvensdomenet.
  3. I den første frekvensdomenegrafen velger du respiratorisk frekvensbånd ved å markere den første gruppen av topper i frekvensspekteret (se figur 3 for et eksempelspektrum).
  4. I den andre frekvensdomenegrafen velger du hjertebevegelsesfrekvensbåndet, og markerer den nest skarpeste toppen.
  5. I neste fase observerer du tidsdomene-gating-signalet med fargemarkører (prikker) overlagret, og viser de identifiserte respirasjonstoppene og hjertekontraksjonstoppene. Hvis markørposisjonene passer godt med respiratoriske og hjertetopper av det opprinnelige gatingsignalet, fortsett til neste fase. Ellers:
    1. Hvis formen på gatingsignalet er for forskjellig fra den som vises i figur 3, går du tilbake til trinn 8.2 og velger en annen avkastning.
    2. Hvis formen på gatingsignalet er rimelig lik den som er vist i figur 3, går du tilbake til trinn 8.3 og trinn 8.4 og velger forskjellige frekvensbånd på gatingsignalspekteret.
  6. I neste fase velger du minst fire hjerteporter.
    MERK: Typisk Cine-CT-rekonstruksjon består av 8-12 hjerteporter.
  7. Velg riktig åndedrettsvindu ved hjelp av rullegardinmenyen: Åndedrettsvindu | 20% -80%.
    MERK: Dette vil beholde 60% av de innsamlede dataene i rekonstruksjonen, unntatt fasen med toppinspirasjon og dermed forbedre skarpheten til de rekonstruerte myokardveggene i hver hjertefase.
  8. Utfør rekonstruksjon for å konvertere de retrospektivt inngjerdede Cine-CT-bildene til DICOM-format, klar til å importeres til programvaren for påfølgende funksjonsanalyse.

Figure 2
Figur 2: ROI-seleksjonsverktøy for egengating. Dette bildet vises i tomografens GUI under Cine-CT-rekonstruksjonsfasen. Brukeren må velge posisjonen til avkastningen (gult rektangel) som det indre gatingsignalet (kymogram) er hentet fra de rå CT-projeksjonene. Det sirkulærformede objektet som er lagt på dyrebrystet, er åndedrettsputen som bare brukes til fysiologisk overvåking under studien. Forkortelser: ROI = interesseområde; CT = computertomografi; GUI = grafisk brukergrensesnitt. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Eksempel gating signal (øverste ramme) og tilsvarende frekvensspekter (senter og bunn). Bilder tatt med hjertegatingmodulen til Atrium-programvaren. Brukeren må velge riktig frekvensbånd for både respiratorisk (midtramme) og hjertebevegelse (nederste ramme). Dette vil tillate identifisering av respiratoriske og hjertemarkører på gatingsignalet, som må kontrolleres av brukeren før du fortsetter med 4D-rekonstruksjonen. Dårlig identifisering av toppene eller feil tildeling (f.eks. Åndedrettsvern til hjerte, eller omvendt) vil føre til feil rekonstruksjon. Dataene som ble vist ble hentet fra analysen av en 4D Cine-CT-skanning av en sunn, voksen mannlig Wistar-rotte (507 g) injisert med 2 ml iomeprol, 200 mg / ml, med en hastighet på 0,4 ml / min i 5 minutter (grafen på toppen er zoomet inn på de første 22 s av oppkjøpet for å muliggjøre bedre visualisering av den identifiserte hjerte- og respiratoriske bevegelsen). Forkortelse: CT = computertomografi. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

9. PET-hjerteanalyse

MERK: Denne delen viser hvordan du utfører en kinetisk analyse av dynamiske [18F]FDG-data for smådyrets venstre ventrikkel. Analysen er basert på Carimas-programvaren. Instruksjonene nedenfor er ikke ment å være en erstatning for programvarens brukerhåndbok17. Prosedyren som presenteres nedenfor er basert på Patlak grafisk analyse av dynamiske PET-data18. Se diskusjonsdelen for detaljer om denne analysen.

  1. Åpne DICOM-bildene av den dynamiske PET-skanningen.
  2. Velg HeartPlugin-modulen .
  3. Zoom inn i bildet på musen/rottehjertet, og velg den siste tidsrammen (eller tilsvarende, summen av de siste tre til fem tidsrammene) der det meste av blodpoolaktiviteten allerede er vasket ut.
  4. Følg instruksjonene på skjermen for å omorientere bildet langs dyrehjertets hovedakse (kort akse, vertikal og horisontal lang akse). Gjør dette interaktivt ved å flytte markørene som vises for hjertebasen og toppunktet (figur 4).
  5. Velg segmenteringsverktøyet .
    MERK: Som standard er automatisk segmentering aktivert, noe som gir pålitelige resultater i de fleste tilfeller.
  6. Hvis resultatet av den automatiske segmenteringen ikke er akseptabelt, kan du justere formen på det segmenterte myokardiet og/eller LV-hulrommet ved å aktivere manuell modus (ROI-søk deaktivert).
  7. I modelleringsverktøyet velger du den aktuelle kinetiske modellen som skal brukes til dynamisk PET-analyse. I dette tilfellet velger du Grafisk | Patlak for å muliggjøre Patlak-plottanalysen for beregning av metabolismen av glukoseopptak (MRGlu) for hver hjertesektor.
  8. I polarmap-verktøyet velger du riktig antall viste hjertesegmenter. I dette tilfellet velger du 17 segmenter.
  9. Trykk nå på Tilpass-knappen for å utføre tilpasningsprosedyren for Patlak-analysen.
  10. På slutten av monteringsprosedyren observerer du det viste polare kartet over K i-verdiene (dvs. hellingen til den lineære regresjonen uttrykti ml / [ml × min]).
  11. Bruk K i-verdiene for hver sektor visti en tabell, beregneMR-glu ved hjelp av ligning (2):
    MR Glu = (Ki × PGlu)/LC (2)
    hvor PGlu er en blodprøveavledet verdi av plasmaglukosekonsentrasjonen (mmol / L), og klumpet konstant (LC) er en empirisk koeffisient som brukes til å kompensere for forskjellen i opptak mellom normal glukose og FDG. Se for eksempel Ng et al.22 for typiske verdier av den klumpete konstanten under ulike eksperimentelle forhold.
    MERK: Før du starter PET-analyse, er det god praksis å visuelt inspisere den dynamiske sekvensen av PET-volumer i PET-analyseprogramvareverktøyet. Dette er nødvendig for å utelukke makroskopisk dyrebevegelse mellom tidsrammer under studien. Hvis bevegelse er til stede, bør riktig bilderegistrering (utenfor omfanget av denne protokollen) utføres før analyse, hvis mulig.

Figure 4
Figur 4: Omorienteringsverktøy for PET-analyseprogramvaren. Projeksjonen av to enkle linjesegmenter i 3D-rom vises på hvert av de tre standardplanene (transaksial, koronal og sagittal). Det første segmentet lar brukeren velge hjertebase og toppunkt, mens den andre gjør det mulig å velge venstre og høyre side av hjertet. Dette trinnet resulterer i et nytt (interpolert) PET-bilde (nederste rad), med hjertet reorientert langs standard AHA-representasjon. Bilder ble tatt med Carimas fra en frisk, voksen mannlig CD-1-mus som veide 51 g og injisert med 10 MBq [18F]FDG. Forkortelser: PET = positronemisjonstomografi; AHA = American Heart Association; FDG = fluorodeoksyglukose. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

10. Cine-CT hjerteanalyse

MERK: Denne delen viser hvordan du utfører kvantitativ analyse av Cine-CT hjertebildet for å samle inn globale kvantitative data om hjertefunksjonen. Analysen er basert på programvaren Osirix MD. Instruksjonene nedenfor er ikke ment å være en erstatning for Osirix brukerhåndbok24.

  1. Last inn DICOM-bildene av Cine-CT-skanningen i programvaren.
  2. Åpne det dynamiske datasettet med den innebygde 4D-visningen.
  3. Bruk verktøyet 3D Multiplanar Reformation (MPR) til å orientere bildedataene langs den korte aksen (figur 5).
  4. Eksporter de omorienterte dataene til DICOM, slik at hele 4D-dataene eksporteres, med bevart stykketykkelse (samme som originalen) og bildebitdybde (16 bit per voxel)
  5. Åpne de eksporterte 4D MPR-bildene ved hjelp av 4D-visningen.
  6. Velg en tidsramme som tilsvarer end-diastolene. Bla gjennom alle tidsrammene med tidsglidebryteren på hovedverktøylinjen for å sikre at riktig hjertefase er valgt.
  7. På denne tidsrammen velger du det lukkede polygonmerknadsverktøyet og avgrenser endokardveggen til LV-en manuelt.
  8. Gjør det samme for 10-20 skiver fra basen til toppunktet, og sørg for at alle avkastningene har samme navn (f.eks. LVENDO).
  9. På ROI-menyen velger du ROI Volume | Generer manglende avkastning for å generere avkastningen på alle de korte akseskivene ved interpolering av de manuelt tegnede avkastningene.
  10. På ROI-menyen velger du ROI Volume | Beregn volum for å beregne volumet for avkastningsgruppen med samme avkastningsnavn.
  11. Bla gjennom tidsrammene og velg en fase som tilsvarer end-systole (mindre LV-volum) og gjenta trinn 10.7-10.10 ovenfor.
  12. Beregn slagvolum (SV) og ejeksjonsfraksjon ved hjelp av ligninger (3) og (4):
    SV = EDV - ESV[ml] (3)
    EF = 100 × SV/EDV [%] (4)
    hvor EDV er det ende-diastoliske volumet og ESV er det ende-systoliske volumet.

Figure 5
Figur 5: Grafisk grensesnitt for det multiplanare reformasjonsverktøyet. Dette verktøyet brukes til omorientering av Cine-CT-dataene for etterfølgende funksjonsanalyse. Brukeren skal rotere og oversette referanseaksene på venstre side av skjermen på en slik måte at kortaksevisningen av hjertet vises til høyre. På slutten av denne prosedyren kan brukeren eksportere de omorienterte bildene som et DICOM-filsett. Bildene ble tatt med Osirix MD og refererer til en sunn voksen mannlig Wistar-rotte (507 g) injisert med 2 ml iomeprol, 200 mg / ml, med en hastighet på 0,4 ml / min i 5 minutter, rekonstruert med filtrert tilbakeprojeksjon med en voxelstørrelse på 0,24 mm3. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

I denne delen vises typiske resultater for både PET- og CT-analyse etter prosedyrene som er beskrevet så langt. Figur 6 viser resultatene av den automatiske myokard- og LV-hulromssegmenteringen av [18F]FDG PET-skanningen av en kontrollert (sunn) CD-1-mus. Selv om høyre ventrikkel ikke alltid er synlig i de rekonstruerte bildene, kan orienteringsaksene basert på DICOM-overskriften brukes til å diskriminere interventrikulær septum riktig fra de andre LV-veggene, etter behov for pålitelig identifisering av standardsektorene etter anbefalingene fra American Heart Association (AHA)25 . Ved myokardisk iskemi fremkommer regional senking av sporopptak som et typisk tegn på tap av myokardial vitalitet. Dette er ikke nødvendigvis korrelert med redusert perfusjon, som ville trenge en annen tracer (f.eks. [13N] NH3 eller [15O] H2O) for å bli visualisert i PET-bilder. Selv hos friske forsøkspersoner observeres ofte lavere rekonstruerte verdier rundt toppunktet i PET (se figur 6). Dette kan oppstå ved en mer uttalt partiell volumartefakt på grunn av en (generelt) tynnere myokardtykkelse ved toppunktet sammenlignet med for eksempel venstre vegg eller septum.

Figure 6
Figur 6: Resultater av den automatiske segmenteringen av PET-analyseprogramvaren. Bildene ble innhentet med hjertepluggen til Carimas-programvaren. Segmentering ble gjort etter standard omorientering i henhold til AHA-retningslinjer. Bildene som vises refererer til en sunn voksen mannlig CD-1-mus (samme som figur 4) som veier 51 g og injiseres med 10 MBq [18 F]FDG, uten hjertegating, og summerer de siste 15minuttene av en 60 min PET-skanning. Bildene ble rekonstruert med en iterativ 3D-OSEM-algoritme med en voxelstørrelse på 0,85 mm3. Forkortelser: PET = positronemisjonstomografi; AHA = American Heart Association; FDG = fluorodeoksyglukose. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

I figur 7 er et eksempel på den regionale Ki oppnådd gjennom Patlak grafisk analyse18 vist (øverst til venstre). I rammen nederst vises Patlak-spredningsplottet og de tilsvarende resultatene av den lineære regresjonsanalysen. Hvert punkt i spredningsplottet representerer forholdet mellom vevsaktivitetskonsentrasjon og plasmaaktivitetskonsentrasjon på et gitt tidspunkt t (etter korreksjon for radioaktivt henfall), CT (t) / CP (t), plottet mot tidsintegralet av plasmaaktivitetskonsentrasjonen fra injeksjonstiden t0 = 0 til tid t. Tabellen øverst til høyre i figur 7 viser verdiene for hellingen (Ki) og skjæringspunktet (Ic) for den lineære passformen som utføres på hvert segment, sammen med den tilsvarende bestemmelseskoeffisienten (R2).

Når det gjelder hjerte-PET, kan tegn på dårlig utførelse av protokollen inkludere, men er ikke begrenset til, følgende: (i) lavt eller fraværende sporopptak fra myokardiet, som vanligvis er et tegn på at et problem oppstod under sporinjeksjonen, for eksempel en ekstravasert injeksjon; (ii) lignende problemer som i forrige punkt hvis dyretemperaturen er for lav under PET-skanningen (f.eks. under 35 °C) og dermed oppstår endret sporopptak; (iii) tydelig uskarphet i bildet, som kan skyldes et anestesinivå som er for lavt eller ufrivillig bevegelse.

Figure 7
Figur 7: Resultater fra Patlak grafisk analyse. Bildene ble innhentet med hjertepluggen til Carimas-programvaren. Øverst til venstre: parametrisk polarkart over regional Ki i LV som følge av Patlak-analysen. Øverst til høyre: gjennomsnittsverdier av Ki og IC på hvert myokardsegment, sammen med koeffisientene for bestemmelse av hver lineær passform (R2). Nederst: punktdiagram for y(t) versus x(t) (se tekst for detaljer) for det valgte myokardsegmentet (segment 1 i dette eksemplet). Dette resultatet refererer til de myokardiske PET-bildene vist i figur 4 og figur 6 (sunn voksen mannlig CD-1-mus som veier 51 g og injiseres med 10 MBq [18F] FDG). Forkortelser: PET = positronemisjonstomografi; FDG = fluorodeoksyglukose. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 8
Figur 8: Eksempel på manuell segmentering av LV for en rotte. Bildet refererer til det samme dyret som vist i figur 5 og ble oppnådd med Osirix MD. Den resulterende volumetriske analysen av LV ved end-diastole og end-systole er vist nederst. Fra disse resultatene beregnes EF og SV i henhold til ligningene 3 og 4. Forkortelser: EF = ejeksjonsfraksjon; SV = slagvolum; Avkastning = regioner av interesse; LV = venstre ventrikkel. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 9
Figur 9: Volumgjengivelse av Cine-CT-bildene. Bildene refererer til den samme rotten vist i figur 5 og figur 8 (sunn voksen hannrotte som veier 507 g og injiseres med 2 ml iomeprol, 200 mg/ml, med en hastighet på 24 ml/t i 5 minutter, rekonstruert med FBP med en voxelstørrelse på 0,24 mm3). Forkortelser: RA = høyre atrium; LA = venstre atrium; LV = venstre ventrikkel; RV = høyre ventrikel; CT = computertomografi; FBP = Filtrert BackProjection. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 8 og figur 9 omhandler de representative resultatene av Cine-CT hjerteanalyse for en frisk rotte. Spesielt i figur 8 er den forskjellige formen og størrelsen på LV vist for de ende-diastoliske og ende-systoliske fasene, sammen med 3D-rekonstruksjonen av det segmenterte LV-volumet i begge faser. I dette eksemplet resulterte beregningen av volumene i henhold til ligningene 3 og 4 i EDV = 0,361 ml og ESV = 0,038 ml, tilsvarende et slagvolum på SV = 0,323 ml og en utkastningsfraksjon EF = 89,4%. Dette er i samsvar med resultatene rapportert på lignende protokoller i litteraturen, som viser normal EF av rotter i området 70% -90% 26. Infarkterte hjerter kan føre til redusert EF, i området 50% -70% eller mindre, avhengig av lesjonens alvorlighetsgrad og forlengelse av aketisk myokard.

Følgende tegn på dårlig utførelse av forsøket kan forekomme for Cine-CT-bilder: (i) redusert eller fraværende bildekontrast mellom hjertekamrene/karene og myokardiet; i dette tilfellet er det sannsynlig at et problem i kontrastmiddelinjeksjonen oppstod; (ii) uskarpe konturer av myokardveggene; i dette tilfellet har det oppstått et problem i rekonstruksjonen, sannsynligvis på grunn av feil identifisering av hjerte- og respiratoriske topper fra det indre gatingsignalet, som igjen kan avhenge av dårlig valg av frekvensbåndene (figur 3) og/eller dårlig valg av gatingsignalets ROI (figur 2); (iii) tydelige bevegelsesartefakter, som kan skyldes et anestesinivå som er for lavt eller ufrivillig bevegelse.

I figur 9 er det vist en volumgjengivelse av det samme rottehjertet for både end-diastole og end-systole. Denne typen visualisering tillater bare å skildre jodforbedrede kamre og kar, så deres verdi er mer kvalitativ enn kvantitativ. Likevel vil redusert motilitet i myokardveggene, som den som oppstår hos infarkterte rotter, produsere volumetriske bilder med mindre tydelige forskjeller mellom end-diastoliske og end-systoliske faser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokollen som presenteres i denne artikkelen fokuserer på en typisk eksperimentell prosedyre for translasjonell kardiovaskulær forskning på smådyrmodeller av hjerteskade ved bruk av høyoppløselig PET / CT-bildebehandling. De presenterte resultatene indikerer den høye kvantitative og kvalitative verdien av PET- og Cine-CT-bilder, og gir både funksjonell og strukturell informasjon om hele hjertet angående glukosemetabolismen, formen og dynamikken i sammentrekningen. Videre er alle bildene som er oppnådd 3D, tidsoppløst og nåværende isotropisk pikselavstand; Dette er fordelaktig fra bildebehandlingssynspunktet, da det ikke krever operatøravhengige oppgaver før skanning for å velge bestemte skiveretninger langs hjertets standardakser.

Denne artikkelen inneholder en protokoll basert på Patlaks grafiske analyse av dynamiske PET-data18. Denne typen analyse er nyttig for å beskrive irreversibelt sporopptak fra vevet, noe som er en god tilnærming ved [18F]FDG, der effekten av defosforylering eller metabolitter generelt er ubetydelig i myokard19. Innenfor denne tilnærmingen kan forholdet mellom den henfallskorrigerte vevsaktivitetskonsentrasjonen C T (t) og den henfallskorrigerte plasmaaktivitetskonsentrasjonenC P (t) tilnærmes ved følgende ligning (5):

Equation 1 (5)

som holder for ganger t, etter en viss starttid, t*, som må bestemmes empirisk. I ligningen ovenfor representerer konstanten K i netto tilstrømningshastighet fra blod til vev, mens IC er en konstant som involverer blodvolumfraksjonen og distribusjonsvolumet til tracereni det reversible rommet (dvs. plasmaet). En mer detaljert matematisk avledning av denne formelen finnes andre steder20. Hvis tidsaktivitetskurvene (TACs) for både plasma og vev er tilgjengelige (f.eks. fra en dynamisk PET-skanning og / eller plasmaprøvetaking), kan et 2D-spredningsplott opprettes ved plotting Equation 2 og for hver rammetid, t, slik at Ki og IC lett kan bestemmes som skråningen og Equation 3 avskjæringen av spredningsplottet ved enkel lineær regresjon, begrenset til de tidspunktene t > t* hvoretter linearitet observeres. Det må understrekes at langvarig anestesi kan påvirke myokardets metabolske hastighet21. Av denne grunn er det svært viktig å standardisere protokollen slik at inter-subject variasjoner av alle relevante fysiologiske parametere holdes på et minimum. Prosedyren beskrevet i protokollen, implementert i Carimas, tillater regional Patlak grafisk analyse av myokardiet; vi har brukt aktivitetskonsentrasjonen av fullblod i LV-hulrommet som en tilnærming av plasmainngangsfunksjonen CP(t).

Noen PET-skannere kan ha lavere romlig oppløsning og/eller følsomhet, noe som fører til bruk av større avkastning og konsistente delvise volum-/spillover-feil i målingenes tidsaktivitetskurver (TACs), spesielt den plasmatiske som brukes som inngangsfunksjon (IF). I dette tilfellet kan analyseprotokollen endres ved å opprette en hybrid IF basert på bildeverdiene i tidlig fase etter injeksjon og på konsentrasjon av blodprøveaktivitet (se protokoll trinn 6.8) i senfase (>20 min). De korrigerte punktene til hybrid IF kan beregnes ved interpolering, som vist av Shoghi et al.23. Innenfor Carimas er det mulig å eksportere de rå TACene for hvert myokardsegment, korrigere arteriell TAC og laste dem igjen for å utføre Patlak-analyse direkte på de korrigerte kurvene. På grunn av kompleksiteten i operasjonen som kreves, har vi ikke gitt spesifikke protokolloperasjoner for å gjøre det, da resultatene oppnådd i tilfellet beskrevet i denne protokollen har et godt reproduserbarhetsnivå for de fleste applikasjoner.

En mulig anvendelse av den presenterte protokollen er i små dyremodeller av hjerteinfarkt. For å unngå restriksjoner på et slikt spesifikt felt for bildeforskning, la vi ikke til en spesifikk protokollinstruksjon for induksjon av MI eller andre typer kardiovaskulære sykdommer. Detaljerte kirurgiske prosedyrer finnes andre steder i litteraturen12,13, og de har blitt brukt med suksess i vår gruppe med mål om å skildre komplementær informasjon for både regionale perfusjonsdefekter og iskemiindusert angiogenese4. Likevel kan PET / CT-bildeprotokollen som presenteres i denne artikkelen, være nyttig i en rekke studiedesign når hjertemetabolisme, funksjon og / eller morfologi er bekymret, inkludert, men ikke begrenset til, metabolske sykdommer27, respons på terapi og / eller til forskjellige dietter 28, og strålingsinduserte skader29. Videre kan denne typen undersøkelser være nyttige når man validerer nye molekylære prober for overvåking av hjerteombygging og neovaskularisering i sammenheng med global og regional hjertefunksjon og morfologi 4.

Her har vi diskutert en typisk PET-bildeinnsamling og analyse fokusert på kvantifisering av myokardregionalt glukoseopptak ved hjelp av [18F]FDG; For hjerteinfarktavbildning er dette for eksempel nyttig og allment vedtatt for å måle myokardial levedyktighet26 som komplementær informasjon om perfusjon, som i stedet krever forskjellige sporstoffer. Videre er [18F]FDG den mest tilgjengelige sporeren i PET-bildebehandling, og derfor bestemte vi oss for å skreddersy denne protokollen til denne traceren for å øke anvendeligheten. Med mindre endringer i analysearbeidsflyten kan samme prosedyre brukes til å kvantifisere for eksempel regional myokardial blodstrøm (MBF), ved å bruke [13N] NH3 eller [15O] H2O som blodstrømsporere30.

I disse tilfellene krever PET-anskaffelsesprotokollen mindre endringer, med tanke på de forskjellige radionuklidnedbrytningstidene på 13 N (T 1/2 = 9,97 min) og 15O (T 1/2 = 2,04 min) med hensyn til 18 F (T1/2 = 109,8min). Videre må passende kinetiske modeller brukes i stedet for den som presenteres i denne artikkelen, som vanligvis er tilgjengelig i de fleste kvantitative bildebehandlingsprogrammer for PET-analyse; Foruten disse punktene, er den eksperimentelle prosedyren som presenteres i denne protokollen mest egnet for andre typer eksperimentell undersøkelse fokusert på hjertene til små dyr. Selv om protokollen ble spesielt utviklet for hjerteavbildning av musemodeller, kan arbeid med rotter innebære noen modifikasjoner av selve protokollen, hovedsakelig på grunn av dyrets større størrelse (~ 10x tyngre). Imidlertid er tilleggsinformasjon lagt til protokollen for å indikere de nødvendige modifikasjonene for rotteavbildning for enkelhets skyld.

En fordel med den presenterte protokollen er at den ikke krever bruk av EKG-sonder på dyret, da PET-studien kan gjennomføres pålitelig uten gating, og CT-studien bruker egen (sensorløs) retrospektiv gating. Algoritmen i bunnen av den iboende gating-programvaren er basert på arbeidet til Dinkel et al.31. Denne metoden viser svært høy overensstemmelse med EKG-basert (ekstrinsisk) hjertegating og kan til og med potensielt være bedre når det gjelder arytmier på grunn av dissosiasjon av mekaniske og elektriske hendelser31. Selv om egengating kan implementeres i helautomatiske arbeidsflyter32, er denne protokollen basert på en interaktiv metode implementert i IRIS CT-skanneren, noe som gir mer fleksibilitet i valg av parametere. Som diskutert er det nødvendig med mindre tilpasninger av prosedyrene ved bruk av rotter i stedet for mus, først og fremst når det gjelder injiserte doser, behovet for dempingskorreksjon (CTAC) ved bruk av større dyr, samt noen forskjeller mellom typer CT-kontrastmidler. Når det gjelder dette siste punktet, er bruken av jodrike olje-i-vann lipidemulsjoner på rotter også rapportert i de tekniske notatene til små dyr CA-leverandører. På grunn av de relativt store injeksjonsvolumene som er involvert, de relativt høyere kostnadene og den mindre utbredte tilgjengeligheten av disse spesialiserte kontrastmidlene, har vi også presentert en modifikasjon av protokollen basert på allment tilgjengelige vaskulære kontrastmidler, for eksempel iomeprol, som er bredt anvendelig i kliniske omgivelser. På grunn av den meget raske clearance av slike standard vaskulære midler, er det nødvendig med en motorisert injeksjonspumpe som tillater langsom kontinuerlig injeksjon i dette tilfellet.

Begrensninger av metoden
Anvendeligheten av de presenterte PET / CT-protokollene er avhengig av tilgjengeligheten av instrumentering som generelt er mindre utbredt og dyrere enn andre teknikker (primært amerikansk ekkokardiografi), selv om kontekstuell informasjon om struktur, funksjon og metabolisme ikke kan oppnås ved noen annen teknikk med samme følsomhet og fleksibilitet på valg av molekylær sonde. Imidlertid krever vellykket gjennomføring av hele forberedelses- / anskaffelses- / analysearbeidsflyten med denne metoden et sterkt samarbeid mellom flere profesjonelle figurer, inkludert biologer, veterinærleger, kjemikere, fysikere og bioingeniører. Dette er enda mer sant når ikke-standardiserte PET-sporstoffer brukes, noe som innebærer innsats i både radiosyntese og matematisk modellering, samt i tilpasningen av analyseprogramvaren for korrekt og pålitelig kvantifisering33,34,35.

I protokoll avsnitt 9 har vi beskrevet en veldig enkel kvantifiseringsprosedyre ved å bruke en bildeavledet inngangsfunksjon (IDIF), og påpeker at en blandet tilnærming ved bruk av IDIF og blodprøveavledet IF for sene rammer kan gi bedre resultater. Det må bemerkes at bruk av aktivitet målt fra helt (venøst) blod tatt fra halen anses som en pålitelig tilnærming i [18F]FDG, men det krever ytterligere korreksjoner for aktiviteten til metabolitter når det gjelder forskjellige sporstoffer36,37. Et av de mest kritiske punktene i hele protokollen er intravenøs kanylering, som gir venøs tilgang til injeksjon av både det radioaktive sporstoffet for PET-skanningen og det joderte kontrastmiddelet for CT-skanningen. Å mislykkes i å utføre dette kritiske trinnet resulterer i ubrukelige bilder, da den effektive mengden sirkulerende PET-tracer eller CT CA kan være lavere enn nødvendig. Ekspertpersonell med spesifikk opplæring for haleveneinjeksjon må involveres i denne prosedyren for å gi pålitelige resultater.

En ulempe med CT for dynamisk hjerteavbildning er dens relativt lavere tidsmessige oppløsning sammenlignet med USA og MR, selv om 3D-hjerteavbildning med ultralyd krever bruk av et motorisert oversettelsesstadium for sonden og påfølgende bilderegistrering for å få riktige resultater. Behovet for konsekvente mengder CA som skal injiseres for riktig diskriminering av blod og myokard i rekonstruerte bilder, er en av hovedbekymringene på grunn av metodens iboende lave følsomhet. I denne protokollen har vi begrenset volumet av injeksjon av CA for CT-studier til 0,5 ml hos mus og 2 ml hos rotter, ved bruk av kontinuerlig infusjon i 3 minutter ved 10 ml/t hos mus og i 5 minutter ved 24 ml/t hos rotter. Vi har observert at disse hastighetene og volumene av injeksjoner tolereres godt av dyrene. Mengdene som er beskrevet her er i tråd med eller er mindre enn tilsvarende protokoller som finnes i litteraturen.

Nahrendorf og medarbeidere beskrev en Cine-CT-protokoll for skildring av murine hjerteinfarkt, som involverte en basal (pre-scan) bolusinjeksjon på 0,2 ml olje-i-vann lipidemulsjon blodpool CA etterfulgt av en kontinuerlig injeksjon av iomeprol ved 1 ml / t i 1 time38. Badea og medarbeidere sammenlignet en lignende Cine-CT-protokoll basert på en 1 times infusjon av Isovue 370 (iopamidol) med en bolusinjeksjon på 0,5 ml/25 g kroppsvekt av Fenestra VC (olje-i-vann lipidemulsjon), og fant bedre resultater når det gjelder bildekontrast i det andre tilfellet39. Den samme produsenten av kontrastmiddelet Fenestra VC rapporterte et anbefalt injeksjonsvolum på 0,4 ml/20 g kroppsvekt for vaskulær avbildning med mikro-CT40. Imidlertid har nye CA-er med høyere tetthet som eXIA 160 XL, MVivo Au, Aurovist 15 nm eller Exitron nano 12000 nylig kommet inn på det prekliniske markedet og har potensial til å redusere injeksjonsvolumene i hjertemikro-CT-protokoller. Nebuloni og medarbeidere gjennomførte en omfattende karakterisering av slike CAs41. Strålingsdosen i gated CT er en annen vanlig bekymring for longitudinelle studier; i dette tilfellet er maksimal dose for den beskrevne Cine-CT-protokollen under 200 mGy for både mus og rotter, som estimert på grunnlag av tidligere dosimetrisk karakterisering av vår CT-skanner42. Dette er omtrent 5 ganger lavere enn den rapporterte dosen i litteraturen for 4D-hjerte-CT-skanninger38,39 og 30x lavere enn gjennomsnittlig dødelig dose for total kroppsbestråling av små dyr, estimert til 6 Gy43.

Anvendelse av protokollen til forskjellig instrumentering og programvare
Selv om de spesifikke instruksjonene som presenteres i denne protokollen, uunngåelig er skreddersydd for en bestemt PET / CT-tomograf, kan bildebehandlingsoppgavene som presenteres her, tilpasses forskjellige bildesystemer. Når det gjelder PET-delen av denne protokollen, har alle state-of-art PET- eller PET / CT-systemer designet for smådyrforskning ytelseskrav (når det gjelder romlig og tidsmessig oppløsning) som er egnet til å utføre protokollen. Når det gjelder hjerte-CT, kan protokollen endres avhengig av det spesifikke kardio-respiratoriske gatingsystemet som brukes (f.eks. ekstrinsisk eller inneboende). Leserne kan referere til nylige oversiktsartikler og bokkapitler for en grundig diskusjon av dagens PET-, CT- eller PET / CT-systemers evner44,45,46. Merk at CT- og PET-protokollene som presenteres i dette papiret, kan utføres uavhengig, basert på egenskapene og særegenhetene til den tomografiske instrumenteringen som er i bruk. Vi tror derfor at de presenterte prosedyrene kan gi en nyttig referanse for enhver utøver som er interessert i å gjennomføre for første gang, en hjerte PET / CT-studie på små dyr.

Enhver bruker med tilstrekkelige ferdigheter i det generelle protokolloppsettet av sin egen PET / CT-tomograf skal kunne implementere de nødvendige tilpasningene på den presenterte metoden for å få tilsvarende resultater i laboratoriet. De samme argumentene kan brukes for seksjonen dedikert til bildeanalyse. En grundig liste over alle tilgjengelige programvarepakker for hjerte-PET og hjerte-CT-analyse er utenfor formålet med denne artikkelen. Imidlertid bruker mange andre sammenlignbare programvarepakker en lignende metodikk for polarkartgenerering og regional tracer kinetisk analyse. Leseren kan referere til Wang et al.47 og referanser innenfor for oppgaven med PET-kvantifisering og til relevante forskningsartikler48,49,50 for 4D CT-kvantifisering. I dette tilfellet har vi besluttet å fokusere denne protokollen på Carimas 51,52,53,54 og OsiriX55,56,57,58 for kvantitativ analyse av henholdsvis hjerte-PET- og CT-bilder. På grunn av den utbredte bruken av disse verktøyene, tror vi at dette valget kan være nyttig for å øke forskningsmiljøets interesse for implementering og anvendelse av de presenterte metodene, sammenlignet med en diskusjon fokusert på lukkede, kommersielle og skannerspesifikke analyseverktøy levert av noen PET- og CT-skannerprodusenter.

Endringer i den kvantitative bildeanalyseprotokollen
Eksempelresultatene som vises her er bare et enkelt resultat av en enkel kvantitativ analyseoppgave, som kan anses som tilstrekkelig for de fleste praktiske formål i translasjonelle kardiovaskulære forskningseksperimenter fokusert på små dyremodeller av hjerteskade. Imidlertid er mange flere analysealternativer mulige, med utgangspunkt i DICOM-bildene som følge av anskaffelses- / rekonstruksjonsprotokollen beskrevet i denne artikkelen. For eksempel kan man være interessert i å bruke forskjellige kompartmentmodeller i stedet for Patlak grafisk analyse fra dynamiske [18F] FDG-PET data 59,60,61. Videre var analysen av hjertefunksjonen basert på 4D Cine-CT-bilder vist i denne protokollen bare global for hele LV, men flere forskjellige (hovedsakelig kommersielle) programvare tillater brukere å utføre belastningsanalyse og regional veggbevegelse, veggtykkelse og regional EF-analyse fra de samme bildene49. Likevel mener vi at eksemplene som vises her representerer et godt utgangspunkt for mer dyptgående etterbehandling og kvantitative oppgaver.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Daniele Panetta mottok tilskudd til FoU av mikro-CT-instrumentering fra Inviscan Sas.

Acknowledgments

Denne forskningen ble delvis støttet av JPI-HDHL-INTIMIC "GUTMOM" -prosjektet: Maternal obesity and cognitive dysfunction in the offspring: Cause-effect role of the GUT MicrobiOMe and early dietary prevention (prosjekt nr. INTIMIC-085, det italienske utdanningsdepartementet, universitets- og forskningsdekret nr. 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

Medisin utgave 190
Høyoppløselig hjertepositronemisjonstomografi/computertomografi for små dyr
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