Waiting
로그인 처리 중...

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

Medicine

Hjertepositronemissionstomografi / computertomografi med høj opløsning til 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 præsenterer vi en eksperimentel billeddannelsesprotokol til kvantificering af hjertefunktion og morfologi ved hjælp af positronemissionstomografi / computertomografi i høj opløsning til små dyr. Både mus og rotter overvejes og diskuterer de forskellige krav til computertomografikontrastmidler til de to arter.

Abstract

Positronemissionstomografi (PET) og computertomografi (CT) er blandt de mest anvendte diagnostiske billeddannelsesteknikker og tjener begge til at forstå hjertefunktion og metabolisme. I præklinisk forskning anvendes dedikerede scannere med høj følsomhed og høj spatio-temporal opløsning, designet til at klare de krævende teknologiske krav, der stilles af mus og rotters lille hjertestørrelse og meget høje hjertefrekvens. I dette papir beskrives en bimodal hjerte PET / CT-billeddannelsesprotokol til eksperimentelle muse- og / eller rottemodeller af hjertesygdomme, fra dyreforberedelse og billedoptagelse og rekonstruktion til billedbehandling og visualisering.

Især den 18 F-mærkede fluorodeoxyglucose ([18F] FDG)-PET-SCANNING GIVER MULIGHED FOR MÅLING OG VISUALISERING AF GLUKOSEMETABOLISME I DE FORSKELLIGE SEGMENTER AF VENSTRE VENTRIKEL (LV). Polarkort er praktiske værktøjer til at vise disse oplysninger. CT-delen består af en tidsopløst 3D-rekonstruktion af hele hjertet (4D-CT) ved hjælp af retrospektiv gating uden elektrokardiografi (EKG) ledninger, hvilket muliggør morfofunktionel evaluering af LV og den efterfølgende kvantificering af de vigtigste hjertefunktionsparametre, såsom udstødningsfraktion (EF) og slagvolumen (SV). Ved hjælp af en integreret PET/CT-scanner kan denne protokol udføres inden for samme anæstesiinduktion uden behov for at flytte dyret mellem forskellige scannere. Derfor kan PET/CT ses som et omfattende værktøj til morfofunktionel og metabolisk evaluering af hjertet i flere smådyrsmodeller af hjertesygdomme.

Introduction

Smådyrsmodeller er ekstremt vigtige for at fremme forståelsen af hjerte-kar-sygdomme 1,2. Ikke-invasive, diagnostiske billeddannelsesværktøjer har revolutioneret den måde, vi ser på hjertefunktion i de sidste årtier, både i kliniske og prækliniske omgivelser. Hvad angår smådyrsmodeller af hjertesygdomme, er der udviklet specifikke billeddannelsesværktøjer med meget høj spatiotemporal opløsning. Sådanne instrumenter kan således matche behovet for nøjagtig kvantificering af de relevante metaboliske og kinetiske myokardieparametre på mus og rotters meget små og meget hurtige hjerter i specifikke sygdomsmodeller, såsom hjertesvigt (HF)3 eller myokardieinfarkt (MI)4. Flere modaliteter er tilgængelige til dette formål, hver med deres egne styrker og svagheder. Ultralyd (US) billeddannelse er den mest anvendte modalitet på grund af dens store fleksibilitet, meget høje tidsmæssige opløsning og relativt lave omkostninger. Vedtagelsen af amerikansk hjertebilleddannelse hos små dyr er steget betydeligt siden fremkomsten af systemer, der bruger sonder med ultrahøj frekvens5,6, med rumlige opløsninger under 50 μm.

Blandt de største ulemper ved USA for fuld 3D-hjertebilleddannelse er behovet for lineære scanninger langs hjerteaksen ved at montere sonden på et motoriseret oversættelsestrin for at skabe en fuld stak dynamiske B-tilstandsbilleder af hele hjertet7. Til sidst giver denne procedure anledning (efter nøjagtig rumlig og tidsmæssig registrering af de billeder, der er erhvervet i hver sondeposition) til et 4D-billede med forskellige rumlige opløsninger mellem in-plane og out-of-plane retninger. Det samme problem med ikke-ensartet rumlig opløsning forekommer i hjerte-MR (CMR),8 som stadig repræsenterer guldstandarden i den funktionelle billeddannelse af hjertet. Ægte isotrop 3D-billeddannelse kan i stedet opnås ved hjælp af både computertomografi (CT) og positronemissionstomografi (PET)9. PET giver et meget følsomt værktøj med hensyn til billedsignal pr. mængde injiceret sonde (i nanomolarområdet), selvom det lider af en reduceret rumlig opløsning sammenlignet med CT, MR eller US. Den største fordel ved PET er dets evne til at vise de cellulære og molekylære mekanismer, der ligger til grund for organets patofysiologi. For eksempel tillader en PET-scanning efter injektion af [18F] FDG rekonstruktion af et 3D-kort over glukosemetabolismen i kroppen. Ved at kombinere dette med dynamisk (dvs. tidsopløst) dataindsamling kan sporstofkinetisk modellering bruges til at beregne parametriske kort over de metaboliske hastigheder for glukoseoptagelse (MRGlu), som vil give vigtige oplysninger om myokardielevedygtighed10.

CT kræver betydelige mængder eksterne kontrastmidler (CA) i høje koncentrationer (op til 400 mg jod pr. ml) for at give en målbar forbedring af de relevante vævskomponenter (f.eks. blod vs. muskler), men det udmærker sig i rumlig og tidsmæssig opløsning, især når man bruger avancerede mikro-CT-scannere designet til billeddannelse af små dyr. 11 En typisk sygdomsmodel, hvor hjerte-PET/CT kan anvendes, er den eksperimentelle evaluering af myokardieinfarkt og hjertesvigt og relateret respons på terapi. En almindelig måde at fremkalde MI hos små dyr er ved kirurgisk ligering af venstre forreste faldende (LAD) kranspulsåre12,13 og derefter langsgående evaluering af sygdommens progression og hjerteombygningen i de efterfølgende dage4. Ikke desto mindre er den kvantitative morfofunktionelle evaluering af hjertet hos små dyr i vid udstrækning også anvendelig for andre sygdomsmodeller, såsom evaluering af aldringens virkning på hjertefunktion14 eller ændret receptorekspression i modeller af fedme15. Den præsenterede billeddannelsesprotokol er ikke begrænset til en given sygdomsmodel og kan derfor være af den bredeste interesse i flere sammenhænge af præklinisk forskning med små gnavere.

I dette papir præsenterer vi en start-til-ende eksperimentel protokol til hjertebilleddannelse ved hjælp af smådyrsintegreret PET / CT. Selv om den fremlagte protokol er udformet til en specifik bimodal integreret scanner, kan PET- og CT-delene af den beskrevne procedure udføres uafhængigt på separate scannere fra forskellige producenter. I den anvendte PET/CT-scanner er operationssekvensen organiseret i en forprogrammeret arbejdsgang. Hovedgrenene i hver arbejdsgang er en eller flere anskaffelsesprotokoller; Hver anskaffelsesprotokol kan have en eller flere grene til specifikke forbehandlingsprotokoller, og til gengæld kan hver forbehandlingsprotokol have en eller flere grene til specifikke genopbygningsprotokoller. Både forberedelsen af dyret på billeddannelseslejet og forberedelsen af de eksterne midler, der skal injiceres under billeddannelsesprocedurerne, beskrives. Efter afslutningen af billedoptagelsesproceduren leveres eksempler på procedurer til kvantitativ billedanalyse baseret på almindeligt tilgængelige softwareværktøjer. Hovedprotokollen er specielt designet til musemodeller; Selvom musen stadig er den mest anvendte art på dette område, viser vi også en tilpasning af protokollen til rottebilleddannelse i slutningen af hovedprotokollen. Der vises repræsentative resultater for både mus og rotter, hvilket viser, hvilken type output der kan forventes med de beskrevne procedurer. I slutningen af dette papir diskuteres en grundig diskussion for at understrege fordele og ulemper ved teknikken, kritiske punkter, samt hvordan forskellige PET-radiotracere kunne bruges næsten uden ændring af forberedelses- og erhvervelses- / genopbygningstrinnene.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dyreforsøg blev udført i overensstemmelse med anbefalingerne i vejledningen om pleje og brug af forsøgsdyr i de internationale retningslinjer for håndtering af forsøgsdyr, der kræves i EU-direktivet (direktiv 86/609/EØF af 1986 og direktiv 2010/63/UE) og italiensk lovgivning (D.Lgs. 26/2014).

1. Opsætning af PET/CT-billedprotokoller og arbejdsgang

BEMÆRK: Protokollen, der præsenteres her, er specielt designet til hjertebilleddannelse af musemodeller. Arbejde med rotter kan indebære nogle ændringer af den faktiske protokol, hovedsageligt på grund af dyrets større størrelse (ca. 10x tungere). Ændringerne til rottebilleddannelse er specifikt nævnt i trinene; Hvis der ikke nævnes ændringer, kan de samme trin til musebilleddannelse bruges til rotter.

  1. Åbn den grafiske brugergrænseflade (GUI) for PET/CT-scanneren (se Tabel over materialer) og oprette et sæt nye protokoller (inklusive parametre til dataindsamling, forbehandling og billedrekonstruktion): i) a dynamisk PET-scanning, ii) a lavdosis CT-scanning til dæmpningskorrektion (CTAC) uden kontrastmiddel, og iii) a kontrastforbedret Cine-CT-scanning.
    BEMÆRK: Oprettelsen af nye protokoller (dvs. specifikke softwareinstruktioner til tomografen) til anskaffelses-, forbehandlings- og genopbygningsfaserne er en ligetil proces; i tilfælde af problemer kan brugeren finde mere detaljerede oplysninger i GUI-brugervejledningen.
    1. For PET-scanningen skal du åbne fanen Protokol i scanneren (GUI) og oprette tre nye protokoller (til anskaffelse, forbehandling og genopbygning) med følgende parametre:
      1. Til anskaffelsesprotokollen : Indstil 3.600 s samlet scanningstid og enkeltsengsposition. Gem denne protokol med et rigtigt navn til efterfølgende import i arbejdsprocessen. Gør det samme også for alle de næste protokoller i de følgende punkter.
      2. For forbehandlingsprotokollen for mus: Vælg et 250-750 keV energivindue (EW) og aktiver følgende korrektioner: radioaktivt henfald, tilfældige tilfældigheder og død tid. Indstil indramningsprotokollen (dvs. dynamisk opdeling af rådata) 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 skal du vælge et 350-750 keV energivindue (EW) ved hjælp af den samme indramning som for museprotokollen.
      3. For rekonstruktionsprotokollen: Vælg den Monte Carlo-baserede 3D-ordnede delmængdeforventningsmaksimeringsalgoritme (3D-OSEM-MC) af høj kvalitet med 8 delmængder og 8 iterationer med normalisering, kvantitativ korrektion og CT-dæmpningskorrektion aktiveret.
    2. Til lavdosis CT-scanning til dæmpningskorrektion (CTAC) skal du bruge følgende parametre:
      1. Til anskaffelsesprotokollen : enkeltramme, enkeltsengsposition, fuld scanning; rørindstillinger: 80 kV, lavstrøm (lav dosis); 576 visninger over 360°, med 34 ms eksponeringstid pr. visning (20 s scanningstid); Rotationstype: kontinuerlig, følsomhedstilstand: høj følsomhed.
      2. Til forbehandlingsprotokollen : 240 μm voxel størrelse, tværgående FOV: Rotte, aksial FOV: 100%.
      3. Til genopbygningsprotokollen : filtervindue: glat, voxelstørrelse: standard , aktiver strålehærdning og ringprækorrektion, deaktiver ringartefakt efter korrektion.
    3. Til den kontrastforbedrede gated CT-scanning skal du oprette tre nye protokoller (til anskaffelse, forbehandling og rekonstruktion) med følgende indstillinger:
      1. Til anskaffelsesprotokollen for mus: indstil enkeltramme, enkeltsengsposition, fuld scanning; rørindstillinger: 65 kV, fuldstrøm (støjdæmpende); 8.000 visninger over 360°, med 15 ms eksponeringstid pr. visning (120 s scanningstid); rotationstype: kontinuerlig, følsomhedstilstand: høj følsomhed. For rotte skal du indstille anskaffelsesprotokolparametrene som følger: 80 kV rørspænding, 16.000 visninger over 360 °, med 12 ms eksponeringstid pr. visning (192 s scanningstid).
      2. For forbehandlingsprotokollen for mus: vælg 120 μm voxelstørrelse; tværgående synsfelt (FOV): Mus; aksial FOV: 50%. For rotte skal du vælge en 240 μm voxelstørrelse; tværgående synsfelt (FOV): Rotte; aksial FOV: 50%.
      3. Til genopbygningsprotokollen : filtervinduer: glat, voxel størrelse: standard; aktiver strålehærdning og ringprækorrektion, deaktiver ringartefakt efter korrektion.
    4. Åbn fanen Arbejdsproces i GUI'en, og opret en ny arbejdsproces, og tilføj de netop oprettede protokoller: trin 1.1.1.1-1.1.1.3 for PET, trin 1.1.2.1. -1.1.2.3. for CTAC og trin 1.1.3.1. -1.1.3.3. for gated CT, i den givne rækkefølge. I begge tilfælde skal du sikre dig, at protokollerne er indlejret med følgende rækkefølge: Erhvervelse | Forbehandling | Genopbygning.
      BEMÆRK: Dynamiske PET-rammer med varigheder <5 sekunder for bedre at fange toppen af arteriel inputfunktion i begyndelsen af PET-scanningen er mulige, men anbefales ikke, da dette kan føre til støjende billeder med reduceret kvantitativ nøjagtighed. I trin 1.1.2.2 har vi brugt "Rat" -størrelsen til den tværgående FOV. Dette er almindeligt anvendt til både rotter og mus i CTAC.

2. Forberedelse af dyr til PET/CT-billeddannelse

BEMÆRK: For den nuværende protokol blev alle dyr fastet natten over.

  1. Anæstetik musen med 3%-4% (v / v) isofluran i et induktionskammer i første omgang, og vedligehold derefter med 1% -2% (v / v) isofluran.
  2. Vej musen og mål den basale glykæmi for at overvåge dyrets tilstand. For at tage den nødvendige blodprøve skal du bruge en skarp saks og lave et lille snit ved halespidsen og derefter forsigtigt massere halen for at samle en dråbe blod (~ 1 μL) direkte på teststrimlen.
  3. Fortsæt med indsættelsen af en venøs adgang på niveauet af den kaudale vene ved hjælp af en 29 G sommerfugl til mus og 24 G til rotte.
    1. For at udføre kanyleringsteknikken skal du bruge samtidig opvarmning (typisk under en varmelampe) og desinfektion af det punkt, hvor nålen indsættes til vasodilatation af venen. Efter kannikering skal du fastgøre sommerfuglen med et silkebånd til halen for at holde den på plads under proceduren.
      BEMÆRK: Faste er påkrævet for [18F] FDG-undersøgelser. Forskellige sporstoffer kan omfatte forskellige dyreforsøg, men en grundig diskussion om dette emne ligger uden for den nuværende protokols anvendelsesområde. For så vidt angår [18F] FDG fører undgåelse af faste til meget forskellig sporstofbiodistribution16.
  4. Tænd for anæstesisystemet (isofluran 1%-2%, 0,8 L/min O 2 for mus og 1-1,2 L/min for rotte), der er tilsluttet PET-CT-scanneren, og overfør musen til sengen.
  5. Placer musen i liggende stilling, med hovedet først, på scannersengen på PET-CT-tomografen, læg næsen i næsemasken til anæstesi og bloker forsigtigt musens hoved til masken med tape.
  6. Fastgør musens øvre og nedre lemmer på scannerens seng for at forhindre ufrivillige bevægelser under billeddannelsesprocedurerne, hvilket kan føre til bevægelsesartefakter.
  7. Overvåg kropstemperaturen og respirationshastigheden ved hjælp af henholdsvis en rektal sonde og en respirationspude.

3. Dosisbehandling af PET-sporstof

  1. For mus tegnes 10 MBq [18F] FDG i et volumen på 100-150 μL med en insulinsprøjte (1 ml). For rotter skal du trække en højere dosis på 15 MBq i 0,20-0,25 ml.
    BEMÆRK: Undgå højere aktivitet, da PET-scanneren, der diskuteres i denne protokol, har meget høj følsomhed og kun kræver en beskeden mængde aktivitet for at opnå billeder af høj kvalitet.
  2. Hvis den oprindelige koncentration af sporstoffet i hætteglasset er for høj, skal du bruge fysiologisk opløsning (0,9% w/v NaCl) til at fortynde spordosis til en koncentration på 50-100 MBq/ml.
  3. Brug PET-dosiskalibratoren til at måle den faktiske aktivitet i sprøjten. Anmærk præinjektionsaktiviteten og måletidspunktet, da disse værdier vil blive brugt senere ved hjælp af specifikke inputmoduler i PET-scannerens GUI.

4. Forberedelse af CT-kontrastmiddel

  1. Træk 0,2 ml pr. 20 g musevægt af jodholdigt lipidemulsionskontrastmiddel i en 1 ml sprøjte. Begræns injektionsvolumen til 0,5 ml CA for tungere mus. Hvis du bruger iomeprol, skal du indstille injektionshastigheden for mus til 10 ml / t (~ 0,17 ml / min) og begrænse injektionsvolumenet til 0,5 ml.
    1. For rotter trækkes 2,3-3 ml iomeprol, fortyndet til en koncentration på 200 mg / ml, i en 5 ml sprøjte.
      BEMÆRK: Hvis lipidemulsion CA til små dyr ikke er tilgængelig, kan iomeprol med kontinuerlig injektion ved hjælp af en sprøjtepumpe anvendes som beskrevet nedenfor.
    2. Tilslut sprøjten til sprøjtepumpen, og indstil pumpen til den faktiske sprøjtestørrelse og diameter.
    3. Tilslut sprøjten til CA-slangen og nålen, og fyld slangen med CA'en på forhånd.
    4. Indstil injektionshastigheden til 24 ml/t (= 0,4 ml/min), hvilket begrænser injektionen til et maksimalt volumen på 2 ml.
      BEMÆRK: Brug af blodpool CA baseret på jodret lipidemulsion er også mulig hos rotter, på trods af de relativt høje omkostninger ved denne procedure på grund af det større volumen af en enkelt injektion. Hvis denne mulighed foretrækkes (f.eks. for at forenkle protokollen ved at undgå sprøjtepumpen), kan følgende procedure anvendes:
  2. Træk 7,5 ml pr. kg legemsvægt af jodholdigt lipidemulsionskontrastmiddel i en 5 ml sprøjte. Begræns injektionsvolumen til 2 ml CA også for tungere rotter.

5. Dyrejustering og indledende operationer før billeddannelse

  1. Ved immobilisering af dyret på billeddannelseslejet skal du oprette en ny undersøgelse af tomografen GUI. Tilføj et studienavn-id i modulet Studienavn , og vælg den billedbehandlingsarbejdsgang, der tidligere er gemt i rullemenuen.
  2. Vælg den korrekte anatomiske del med oplysninger om dyr/prøve | Anatomisk del | Placering af hjerte og dyr efter oplysninger om dyr/prøver | Positionering | Liggende / hovedet først. Anmærk dyrenes vægt i gram for det tilsvarende modul: Oplysninger om dyr/prøve | Dyrs vægt.
    BEMÆRK: Alle andre oplysninger i dette afsnit er valgfrie, men det er nyttigt at give så meget som muligt af de ønskede oplysninger for at finde dem i DICOM-overskriften på rekonstruktionsbillederne, hvilket letter efterfølgende dataforespørgsel.
  3. Vælg radionukliden i PET-scanningsoplysninger | F18 for [18 F]FDG-undersøgelser og andre 18F-mærkede forbindelser; ændre, hvis der anvendes andre sporstoffer (f.eks. [13N]NH3). Skriv også navnet på sporstoffet i PET-scanningsoplysningerne | Tracernavnmodul som dette navn vil blive rapporteret i DICOM-overskriften, når billedrekonstruktionen er afsluttet.
    BEMÆRK: Oplysningerne om sporstofinjektionstid, aktivitet og volumen er obligatoriske, men kan gives senere under PET-erhvervelsen.
  4. I CT-scanningsoplysningerne skal du skrive alle tilgængelige oplysninger om kontrastmidlet.
    BEMÆRK: Alle disse oplysninger er valgfrie, men kan lette efterfølgende dataforespørgsler, hvis de leveres.
  5. Tryk på Udfør scanning , og vent på, at en anden fane i GUI'en åbnes, så dyrepositionering og specifikation af andre scanningsindstillinger kan åbnes.
  6. Vælg CT-kalibreringstype i CT-kalibrering | Brug standard CT-kalibrering.
  7. I afsnittet Studieforberedelse skal du vælge hver scanningsprotokol i rullemenuen og markere afkrydsningsfeltet Vent på brugerbekræftelse før denne scanning .
    BEMÆRK: Dette trin er meget vigtigt, da det vil sætte scanneren i standby og vente på brugerinput, før den tilsvarende anskaffelsesfase startes. For PET-scanningen vil dette muliggøre synkronisering af sporstofinjektionen og faktisk PET-scanningsstart; til CTAC-scanningen vil det give brugeren mulighed for at lukke låget (afskærmning) før udsendelse af røntgenstråler under CT-scanningen (undersøgelsen afbrydes automatisk, hvis låget er åbent, før CT-scanningen starter); for Cine-CT-scanningen giver denne pause brugeren mulighed for at starte CA-infusionsprotokollen og CT-datascanningen med den nødvendige forsinkelse.
  8. For dyrepositionering skal du tænde motorstyringsmodulet ved hjælp af kontakten i venstre rude i GUI'en.
    BEMÆRK: Dette tænder centreringslaserne på dyrelejet og aktiverer de manuelle sengejusteringsknapper placeret på siden af scanneren.
  9. Brug de manuelle sengejusteringsknapper til at flytte dyrets bryst på lasermærkerne. Kontroller omhyggeligt både dyrets langsgående og lodrette justering.
  10. Når dyret er placeret i den korrekte position i henhold til centreringslaseren, skal du trykke på Sluk for laseren for at gemme den aktuelle lasermærkede position, som skal flyttes til midten af PET- og CT-scannerne i de tilsvarende anskaffelsesfaser. Sluk derefter for motorstyringsmodulet.

6. PET-scanning

  1. Tryk på Start anskaffelse for at flytte dyret over på PET-scanneren FOV. Halen og kanylen forbliver uden for FOV for at tillade sporinjektion. Scanneren forbliver inaktiv, indtil brugeren trykker på knappen Fortsæt .
  2. Forbered sprøjten med den kalibrerede PET-sporstofdosis.
  3. Start anskaffelsen ved at trykke på knappen Fortsæt , og begynd at injicere sporstoffet i kanylen inden for 5 sekunder fra scanningsstart (figur 1).
    BEMÆRK: Injektionsvarigheden vil være ~ 20-25 s.
  4. Sæt sprøjten i PET-dosiskalibratoren for at måle restaktiviteten i sprøjten. Anmærk den faktiske aktivitet og tidspunktet for målingen.
  5. På fanen Hardwaremonitor på scannerens GUI skal du bruge knappen Opdater PET-sporstofinfo til at indsætte den faktiske injicerede tid, aktivitet og lydstyrke.
  6. Under scanningen skal du kontrollere dyrets fysiologiske parametre med jævne mellemrum.
  7. Under scanningen måles glykæmien som forklaret i trin 2.2 på følgende tidspunkter: 5 min, 20 min, 40 min og 60 min efter påbegyndelsen af PET-scanningen.
  8. Efter måling af glykæmi sættes teststrimlen i gammatælleren og udfører aktivitetsmålingen i 60 s. Registrer det faktiske tidspunkt, hvor aktivitetsmålingen er udført, og korriger for radioaktivt henfald med sporstofinjektionstiden som referencetid. De registrerede aktivitetsværdier konverteres til aktivitetskoncentration (Bq/ml) ved at overveje et gennemsnitligt blodvolumen på 1 μL i glucoseteststrimlen (dvs. ved hjælp af ligning [1]):
    C blod(t) = Ablod(t)/0,001 ml [Bq/ml] (1)
    hvorA-blod(t) er den henfaldskorrigerede målte aktivitet af blodprøven i teststrimlen, udtrykt i Bq.
    BEMÆRK: PET-scanningsstart og sporstofinjektion kan udføres af den samme operatør ved hjælp af tomografens mobile kontrolanordning placeret på scannerens laterale bord tæt på operatørens sted under injektionen. Længere forsinkelser mellem scanningsstart og begyndelsen af injektionen er tilladt, men nogle rekonstruerede rammer i begyndelsen af den dynamiske sekvens forbliver tomme. Det anbefales at undgå forsinkelser på mere end 10 s (dvs. hvilket fører til to tomme rammer med den nuværende protokol).

Figure 1
Figur 1: Injektion af PET-sporstoffet. Denne operation udføres lige efter PET-scanningen starter. Dyret er inden for PET-synsfeltet (hovedet først, med halen synlig på operatørens side). Forkortelse: PET = positronemissionstomografi. Klik her for at se en større version af denne figur.

7. CT-scanninger

  1. Før du injicerer CT-kontrastmidlet, skal du starte CTAC-scanningen lige efter at have lukket scannerens låg og trykket på knappen Fortsæt på GUI'en. Ved afslutningen af denne meget korte anskaffelse skal du anvende følgende procedurer for at sikre korrekt forbedring af blodpuljen ved at injicere CA inden erhvervelsen ved hjælp af den samme vaskulære adgang, der anvendes til injektion af PET-sporstoffet.
    1. Jodbundet lipidemulsion CA:
      1. Efter afslutningen af CTAC-scanningen injiceres den joderede lipidemulsion CA ved hjælp af kanylen, der allerede er forbundet med musehalevenen. Den typiske injektionsvarighed er i størrelsesordenen 30-60 s.
      2. Start billeddannelsen lige efter afslutningen af injektionen. Tryk på Fortsæt på scanner-GUI'en for at starte Cine-CT-anskaffelsen.
    2. Iomeprol/sprøjtepumpe:
      1. Hvis der anvendes en normal røntgen-CA, såsom iomeprol, skal du bruge en sprøjtepumpe, der tillader langsom injektion med konstant hastighed.
      2. For mus indstilles injektionshastigheden for CA til 10 ml/t (~0,17 ml/min) ved at begrænse injektionsvolumenet til 0,5 ml. Med denne indstilling skal du stoppe injektionen efter ~3 min. For rotter indstilles pumpen til en hastighed på 24 ml / t (= 0,4 ml / min) og begrænser injektionsvolumenet til 2 ml. Med denne indstilling skal du stoppe injektionen efter 5 minutter.
      3. Tilslut nålen, der er fastgjort til CA-slangen, til halevenens kanyle, og sørg for, at både slangen og nålen er fyldt med CA.
      4. Start injektionen. Luk scannerens låg, og forbered dig på Cine-CT-scanningen.
      5. Tryk på knappen Fortsæt på tomografens GUI efter 60 s fra begyndelsen af injektionen for mus og efter 90 s fra begyndelsen af injektionen til rotter, så Cine-CT-erhvervelsen startes. Injektionen af CA stopper omtrent samtidig med Cine-CT-scanningen for mus og efter afslutning for rotter.
  2. Efter afslutningen af Cine-CT-scanningen skal du afbryde dyret fra det fysiologiske overvågningssystem og fjerne halevenekannen. Afhængigt af den faktiske protokol genvindes dyr enten eller aflives efter den beskrevne billeddannelsesprocedure. I det første tilfælde vækkes dyrene i deres bur i et varmt miljø under en infrarød lampe. De overvåges indtil fuldstændig opvågnen og tager 15/30 minutter efter gasformig anæstesi. I tilfælde af protokoller, der kræver f.eks. vævshøst ved afslutningen af billeddannelsesproceduren, aflives dyr ved hjælp af en bedøvelsesoverdosis i et induktionskammer (5% isofluran), jf. bilag VI til D.Lgs. 26/2014.
    BEMÆRK: I tilfælde af 18F-baserede radionuklider som diskuteret i denne protokol er 24 timer efter sporstofinjektion tilstrækkeligt til at nå et niveau af resterende radioaktivitet på dyrets krop, der er sikkert til alle praktiske formål.

8. Rekonstruktion af hjerte 4DCT-billederne ved hjælp af iboende kardiorespiratorisk gating

BEMÆRK: Efter afslutningen af billeddannelsesundersøgelsen udføres standard PET- og CT-rekonstruktionen automatisk. Ikke desto mindre skal rekonstruktionen af 4D (Cine) cardio CT-sekvensen udføres manuelt og kræver en vis brugerinteraktion. Denne særlige type rekonstruktion, der er obligatorisk for den efterfølgende morfofunktionelle hjerte-CT-analyse, diskuteres i dette afsnit.

  1. Åbn hjertegatingmodulet i tomograghens GUI, og vælg den billeddannelsesundersøgelse, der skal analyseres.
  2. Vælg et interesseområde (ROI) på det viste dyrs røntgenbilleder (figur 2) for at opbygge en tidsafhængig hjertebevægelseskurve, der repræsenterer gatingsignalet - kymogrammet. Flyt lodret det forudtegnede rektangulære ROI på en sådan måde, at både hjertetoppen og membranen vælges. Vælg derefter Gating-signalanalyse. Brugergrænsefladen viser nu gatingsignalet både på tidsdomænet og frekvensdomænet.
  3. I den første frekvensdomænegraf skal du vælge åndedrætsfrekvensbåndet ved at fremhæve den første gruppe af toppe i frekvensspektret (se figur 3 for et eksempelspektrum).
  4. I grafen over det andet frekvensdomæne skal du vælge hjertebevægelsesfrekvensbåndet og fremhæve den næstskarpeste top.
  5. I den næste fase skal du observere tidsdomænets gatingsignal med farvemarkører (prikker) overlejret, der viser de identificerede respirationstoppe og hjertekontraktionstop. Hvis markørpositionerne passer godt sammen med åndedræts- og hjertetoppene i det oprindelige gatingsignal, skal du fortsætte til næste fase. Ellers:
    1. Hvis gatingsignalets form er for forskellig fra den, der vises i figur 3, skal du gå tilbage til trin 8.2 og vælge et andet investeringsafkast.
    2. Hvis gatingsignalets form med rimelighed svarer til den, der er vist i figur 3, skal du gå tilbage til trin 8.3 og trin 8.4 og vælge forskellige frekvensbånd på gatingsignalspektret.
  6. I den næste fase skal du vælge mindst fire hjerteporte.
    BEMÆRK: Typisk Cine-CT-rekonstruktion består af 8-12 hjerteporte.
  7. Vælg det korrekte åndedrætsvindue ved hjælp af rullemenuen: Åndedrætsvindue | 20% -80%.
    BEMÆRK: Dette vil bevare 60% af de erhvervede data i rekonstruktionen, eksklusive fasen med topinspiration og dermed forbedre skarpheden af de rekonstruerede myokardievægge i hver hjertefase.
  8. Udfør rekonstruktion for at konvertere de retrospektivt gated Cine-CT-billeder til DICOM-format, klar til at blive importeret til softwaren til efterfølgende funktionel analyse.

Figure 2
Figur 2: ROI-udvælgelsesværktøj til iboende gating. Dette billede vises i tomografens GUI under Cine-CT-rekonstruktionsfasen. Brugeren skal vælge placeringen af ROI (gult rektangel), hvorpå det iboende gatingsignal (kymogram) opnås fra de rå CT-fremspring. Den cirkulære genstand, der er overlejret på dyrebrystet, er åndedrætspuden, der kun bruges til fysiologisk overvågning under undersøgelsen. Forkortelser: ROI = interesseområde; CT = computertomografi; GUI = grafisk brugergrænseflade. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3: Eksempel på gatingsignal (øverste ramme) og tilsvarende frekvensspektrum (centrum og bund). Billeder opnået med hjertegatingmodulet i Atrium-softwaren. Brugeren skal vælge de korrekte frekvensbånd til både åndedrætsorganerne (midterrammen) og hjertebevægelsen (bundrammen). Dette vil gøre det muligt at identificere åndedræts- og hjertemarkørerne på gatingsignalet, som skal kontrolleres af brugeren, inden han fortsætter med 4D-rekonstruktionen. Dårlig identifikation af toppe eller forkert tildeling (f.eks. åndedræt til hjerte, eller omvendt) vil føre til forkert rekonstruktion. De viste data blev opnået ved analyse af en 4D Cine-CT-scanning af en sund, voksen Wistar-han-rotte (507 g) injiceret med 2 ml iomeprol, 200 mg / ml, med en hastighed på 0,4 ml / min i 5 minutter (grafen øverst er zoomet ind på de første 22 s af erhvervelsen for at muliggøre bedre visualisering af den identificerede hjerte- og åndedrætsbevægelse). Forkortelse: CT = computertomografi. Klik her for at se en større version af denne figur.

9. PET-hjerteanalyse

BEMÆRK: Dette afsnit viser, hvordan man udfører en kinetisk analyse af dynamiske [18F] FDG-data for smådyrets venstre ventrikel. Analysen er baseret på Carimas-softwaren. Instruktionerne nedenfor er ikke beregnet til at være en erstatning for softwarebrugervejledningen17. Nedenstående procedure er baseret på Patlaks grafiske analyse af dynamiske PET-data18. Se afsnittet Diskussion for detaljer vedrørende denne analyse.

  1. Åbn DICOM-billederne af den dynamiske PET-scanning.
  2. Vælg HeartPlugin-modulet .
  3. Zoom ind på billedet på musen/rottehjertet, og vælg den sidste tidsramme (eller tilsvarende summen af de sidste tre til fem tidsrammer), hvor det meste af blodpuljeaktiviteten allerede er vasket ud.
  4. Følg instruktionerne på skærmen for at omorientere billedet langs dyrehjertets hovedakse (kort akse, lodret og vandret længdeakse). Gør dette interaktivt ved at flytte de viste markører for hjertebasen og toppen (figur 4).
  5. Vælg segmenteringsværktøjet .
    BEMÆRK: Som standard er automatisk segmentering aktiveret, hvilket giver pålidelige resultater i de fleste tilfælde.
  6. Hvis resultatet af den automatiske segmentering ikke er acceptabelt, skal du forfine formen på det segmenterede myokardium og/eller LV-hulrum ved at aktivere manuel tilstand (ROI-søgning deaktiveret).
  7. I modelleringsværktøjet skal du vælge den relevante kinetiske model, der skal bruges til dynamisk PET-analyse. I dette tilfælde skal du vælge Grafisk | Patlak for at muliggøre Patlak-plotanalysen til beregning af metabolisk glukoseoptagelse (MRGlu) for hver hjertesektor.
  8. I polarmapværktøjet skal du vælge det korrekte antal viste hjertesegmenter. I dette tilfælde skal du vælge 17 segmenter.
  9. Tryk nu på Fit-knappen for at udføre tilpasningsproceduren for Patlak-analysen.
  10. Ved afslutningen af tilpasningsproceduren observeres det viste polære kort over K i-værdierne (dvs. hældningen af den lineære regression udtrykti ml / [ml × min]).
  11. Brug K i-værdierne for hver sektor visti en tabel til at beregne MRGlu ved hjælp af ligning (2):
    MR Glu = (Ki ×P Glu)/LC (2)
    hvor PGlu er en blodprøveafledt værdi af plasmaglukosekoncentrationen (mmol / L), og den klumpede konstant (LC) er en empirisk koefficient, der anvendes til at kompensere for forskellen i optagelse mellem normal glucose og FDG. Se for eksempel Ng et al.22 for typiske værdier af den klumpede konstant under forskellige eksperimentelle forhold.
    BEMÆRK: Før PET-analyse påbegyndes, er det god praksis visuelt at inspicere den dynamiske sekvens af PET-mængder i PET-analysesoftwareværktøjet. Dette er nødvendigt for at udelukke makroskopisk dyrebevægelse mellem tidsrammer under undersøgelsen. Hvis der er bevægelse til stede, skal korrekt billedregistrering (uden for denne protokols anvendelsesområde) udføres inden analyse, hvis det er muligt.

Figure 4
Figur 4: Værktøj til nyorientering af PET-analysesoftwaren. Projektionen af to enkle linjesegmenter i 3D-rummet vises på hvert af de tre standardplaner (transaxial, koronal og sagittal). Det første segment giver brugeren mulighed for at vælge hjertebase og spids, mens det andet giver mulighed for at vælge venstre og højre side af hjertet. Dette trin resulterer i et nyt (interpoleret) PET-billede (nederste række), hvor hjertet omorienteres langs standard AHA-repræsentationen. Billeder blev opnået med Carimas fra en sund voksen mandlig CD-1-mus, der vejer 51 g og injiceret med 10 MBq [18F] FDG. Forkortelser: PET = positronemissionstomografi; AHA = American Heart Association; FDG = fluorodeoxyglucose. Klik her for at se en større version af denne figur.

10. Cine-CT hjerteanalyse

BEMÆRK: Dette afsnit viser, hvordan man udfører kvantitativ analyse af Cine-CT-hjertebilledet for at indsamle globale kvantitative data om hjertefunktionen. Analysen er baseret på Osirix MD-softwaren. Instruktionerne nedenfor er ikke beregnet til at være en erstatning for Osirix brugervejledning24.

  1. Indlæs DICOM-billederne af Cine-CT-scanningen i softwaren.
  2. Åbn det dynamiske datasæt med den indbyggede 4D-fremviser.
  3. Brug værktøjet 3D Multiplanar Reformation (MPR) til at omorientere billeddataene langs den korte akse (figur 5).
  4. Eksporter de omorienterede data til DICOM, hvilket sikrer, at hele 4D-dataene eksporteres med bevaret skivetykkelse (samme som originalen) og billedbitdybde (16 bit pr. voxel)
  5. Åbn de eksporterede 4D MPR-billeder ved hjælp af 4D-fremviseren.
  6. Vælg en tidsramme, der svarer til slutdiastol. Gennemse alle tidsrammer med tidsskyderen på hovedværktøjslinjen for at sikre, at den korrekte hjertefase er valgt.
  7. På denne tidsramme skal du vælge det lukkede polygonannoteringsværktøj og manuelt afgrænse LV's endokardiale væg.
  8. Gør det samme for 10-20 skiver fra bunden til toppen, hvilket sikrer, at alle ROI'er har samme navn (f.eks. LVENDO).
  9. I menuen ROI skal du vælge ROI Volume | Generer manglende investeringsafkast for at generere investeringsafkastene på alle de korte akseudsnit ved interpolation af de manuelt tegnede investeringsafkast.
  10. I menuen ROI skal du vælge ROI Volume | Beregn volumen for at beregne volumenet af ROI-gruppen med det samme ROI-navn.
  11. Gennemse tidsrammerne, og vælg en fase, der svarer til slutsystole (mindre LV-volumen), og gentag trin 10.7-10.10 ovenfor.
  12. Beregn slagvolumen (SV) og udstødningsfraktion ved hjælp af ligningerne (3) og (4):
    SV = EDV - ESV[ml] (3)
    EF = 100 × SV/EDV [%] (4)
    hvor EDV er det endediastoliske volumen og ESV er det endesystoliske volumen.

Figure 5
Figur 5: Grafisk grænseflade til multiplanar reformationsværktøjet. Dette værktøj bruges til omorientering af Cine-CT-dataene til efterfølgende funktionel analyse. Brugeren skal rotere og oversætte referenceakserne i venstre side af skærmen på en sådan måde, at hjertets kortaksede billede vises til højre. I slutningen af denne procedure kan brugeren eksportere de omorienterede billeder som et DICOM-filsæt. Billederne blev taget med Osirix MD og henviser til en sund voksen Wistar-han-rotte (507 g) injiceret med 2 ml iomeprol, 200 mg/ml, med en hastighed på 0,4 ml/min i 5 minutter, rekonstrueret med filtreret backprojektion med en voxelstørrelse på 0,24 mm3. Klik her for at se en større version af denne figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

I dette afsnit vises typiske resultater for både PET- og CT-analyser efter de hidtil beskrevne procedurer. Figur 6 viser resultaterne af den automatiske myokardie- og LV-hulrumssegmentering af [18F] FDG-KÆLEDYRSSCANNING AF EN KONTROL (SUND) CD-1-mus. Selvom højre ventrikel ikke altid er synlig i de rekonstruerede billeder, kan orienteringsakserne baseret på DICOM-overskriften bruges til korrekt at skelne interventrikulær septum fra de andre LV-vægge, som krævet for pålidelig identifikation af standardsektorerne efter American Heart Association (AHA) anbefalinger25 . I tilfælde af myokardieiskæmi forekommer en regional sænkning af sporstofoptagelsen som et typisk tegn på tab af myokardievitalitet. Dette er ikke nødvendigvis korreleret med reduceret perfusion, som ville have brug for et andet sporstof (f.eks. [13 N]NH3 eller [15O] H2O) for at blive visualiseret i PET-billeder. Selv hos raske forsøgspersoner observeres lavere rekonstruerede værdier omkring toppen almindeligvis i PET (se figur 6). Dette kan opstå fra en mere udtalt partiel volumenartefakt på grund af en (generelt) tyndere myokardietykkelse i toppen sammenlignet med for eksempel venstre væg eller septum.

Figure 6
Figur 6: Resultater af den automatiske segmentering af PET-analysesoftwaren. Billederne blev opnået med Heart-pluginet i Carimas-softwaren. Segmentering blev udført efter standard omorientering i henhold til AHA-retningslinjer. De viste billeder henviser til en sund voksen mandlig CD-1-mus (samme som figur 4), der vejer 51 g og injiceres med 10 MBq [18 F] FDG uden hjertegating, og summerer de sidste 15minutter af en 60 minutters PET-scanning. Billederne blev rekonstrueret med en iterativ 3D-OSEM-algoritme med en voxelstørrelse på 0,85 mm3. Forkortelser: PET = positronemissionstomografi; AHA = American Heart Association; FDG = fluorodeoxyglucose. Klik her for at se en større version af denne figur.

I figur 7 vises et eksempel på det regionale Ki opnået gennem Patlak grafisk analyse18 (øverst til venstre). I rammen nederst vises Patlak-spredningsplottet og de tilsvarende resultater af den lineære regressionsanalyse. Hvert punkt i spredningsplottet repræsenterer forholdet mellem vævsaktivitetskoncentration og plasmaaktivitetskoncentration på et givet tidspunkt t (efter korrektion for radioaktivt henfald), CT(t)/CP(t), plottet mod tidsintegralet af plasmaaktivitetskoncentrationen fra injektionstiden t0 = 0 til tiden t. Tabellen øverst til højre i figur 7 viser værdierne for hældningen (Ki) og skæringspunktet (Ic) for den lineære pasform, der udføres på hvert segment, sammen med den tilsvarende bestemmelseskoefficient (R2).

For så vidt angår hjerte-PET kan tegn på dårlig udførelse af protokollen omfatte, men er ikke begrænset til, følgende: (i) lav eller fraværende sporstofoptagelse fra myokardiet, hvilket typisk er et tegn på, at der opstod et problem under sporstofinjektionen, såsom en ekstravaseret injektion; ii) lignende problemer som i det foregående punkt, hvis dyretemperaturen er for lav under PET-scanningen (f.eks. under 35 °C), og der således opstår ændret optagelse af sporstoffer (iii) tydelig billedsløring, som kan skyldes et anæstesiniveau, der er for lavt eller ufrivilligt bevægelse.

Figure 7
Figur 7: Resultater af den grafiske analyse i Patlak. Billederne blev opnået med Heart-pluginet i Carimas-softwaren. Øverst til venstre: parametrisk polarkort over region Ki af LV som følge af Patlak-analysen. Øverst til højre: gennemsnitsværdier af Ki og IC på hvert myokardiesegment sammen med koefficienterne til bestemmelse af hver lineær pasform (R2). Nederst: spredningsdiagram for y(t) versus x(t) (se tekst for detaljer) for det valgte myokardiesegment (segment 1 i dette eksempel). Dette resultat refererer til de myokardie-PET-billeder, der er vist i figur 4 og figur 6 (sund voksen mandlig CD-1-mus, der vejer 51 g og injiceres med 10 MBq [18F] FDG). Forkortelser: PET = positronemissionstomografi; FDG = fluorodeoxyglucose. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 8
Figur 8: Eksempel på manuel segmentering af en rottes LV. Billedet refererer til det samme dyr som vist i figur 5 og blev opnået med Osirix MD. Den resulterende volumetriske analyse af LV ved endediastol og endesystole er vist nederst. Ud fra disse resultater beregnes EF og SV i henhold til ligning 3 og 4. Forkortelser: EF = udstødningsfraktion; SV = slagvolumen; ROI'er = regioner af interesse; LV = venstre ventrikel. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 9
Figur 9: Volumengengivelse af Cine-CT-billederne. Billederne henviser til den samme rotte vist i figur 5 og figur 8 (sund voksen han-Wistar-rotte, der vejer 507 g og injiceres med 2 ml iomeprol, 200 mg/ml, med en hastighed på 24 ml/t i 5 minutter, rekonstrueret med FBP med en voxelstørrelse på 0,24 mm3). Forkortelser: RA = højre atrium; LA = venstre atrium; LV = venstre ventrikel; RV = højre ventrikel; CT = computertomografi; FBP = Filtreret backProjection. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 8 og figur 9 omhandler de repræsentative resultater af Cine-CT hjerteanalysen for en sund rotte. Især i figur 8 er LV's forskellige form og størrelse vist for de endediastoliske og endesystoliske faser sammen med 3D-rekonstruktionen af det segmenterede LV-volumen i begge faser. I dette eksempel resulterede beregningen af volumenerne i henhold til ligning 3 og 4 i EDV = 0,361 ml og ESV = 0,038 ml, svarende til et slagvolumen på SV = 0,323 ml og en udstødningsfraktion EF = 89,4%. Dette er i overensstemmelse med de resultater, der er rapporteret om lignende protokoller i litteraturen, der viser normal EF af rotter i intervallet 70% -90%26. Infarkthjerter kan føre til en reduceret EF, i området 50%-70% eller mindre, afhængigt af læsionsstrengheden og forlængelsen af det akinetiske myokardium.

Følgende tegn på dårlig udførelse af eksperimentet kan forekomme for Cine-CT-billeder: (i) reduceret eller fraværende billedkontrast mellem hjertekamrene / karrene og myokardiet; i dette tilfælde er det sandsynligt, at der opstod et problem i kontrastmiddelinjektionen; ii) slørede konturer af myokardievæggene i dette tilfælde er der opstået et problem i rekonstruktionen, sandsynligvis på grund af forkert identifikation af hjerte- og åndedrætstoppene fra det iboende gatingsignal, hvilket igen kan afhænge af dårligt valg af frekvensbåndene (figur 3) og / eller dårligt valg af gatingsignalets ROI (figur 2); (iii) tydelige bevægelsesartefakter, som kan skyldes et anæstesiniveau, der er for lavt eller ufrivillig bevægelse.

I figur 9 er der vist en volumengengivelse af det samme rottehjerte for både endediastol og endesystol. Denne type visualisering giver kun mulighed for at skildre de jodforstærkede kamre og kar, så deres værdi er mere kvalitativ end kvantitativ. Ikke desto mindre vil reduceret bevægelighed i myokardievæggene, som den, der opstår hos infarktrotter, producere volumetriske billeder med mindre tydelige forskelle mellem de endediastoliske og endesystoliske faser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokollen, der præsenteres i dette papir, fokuserer på en typisk eksperimentel procedure for translationel kardiovaskulær forskning på små dyremodeller af hjerteskade ved hjælp af PET / CT-billeddannelse i høj opløsning. De præsenterede resultater er vejledende for den høje kvantitative og kvalitative værdi af PET- og Cine-CT-billeder, der giver både funktionel og strukturel information om hele hjertet om dets glukosemetabolisme, form og dynamikken i dets sammentrækning. Desuden er alle de opnåede billeder 3D, tidsopløste og nuværende isotrope pixelafstand; Dette er gavnligt fra billedbehandlingssynspunktet, da det ikke kræver operatørafhængige opgaver før scanning for at vælge specifikke skiveretninger langs hjertets standardakser.

Dette papir indeholder en protokol baseret på Patlak grafiske analyse af dynamiske PET-data18. Denne type analyse er nyttig til at beskrive irreversibel sporstofoptagelse fra vævet, hvilket er en god tilnærmelse i tilfælde af [18F] FDG, hvor virkningen af dephosphorylering eller metabolitter generelt er ubetydelig i myokardiet19. Inden for denne tilnærmelse kan forholdet mellem den henfaldskorrigerede vævsaktivitetskoncentration CT(t) og den henfaldskorrigerede plasmaaktivitetskoncentration CP(t) tilnærmes ved følgende ligning (5):

Equation 1 (5)

som gælder for tider t, efter en bestemt starttid, t*, der skal bestemmes empirisk. I ovenstående ligning repræsenterer konstanten K i nettotilstrømningshastigheden fra blod til væv, mens IC er en konstant, der involverer blodvolumenfraktionen og fordelingsvolumenet af sporstoffeti det reversible rum (dvs. plasmaet). En mere detaljeret matematisk afledning af denne formel kan findes andetsteds20. Hvis tidsaktivitetskurverne (TAC'erne) for både plasma og væv er tilgængelige (f.eks. fra en dynamisk PET-scanning og/eller plasmaprøvetagning), kan der skabes et 2D-spredningsdiagram ved at plotte og for hver rammetid t, således at Equation 2 Ki og IC let kan bestemmes som hældning og Equation 3 skæringspunkt for spredningsplottet ved simpel lineær regression. begrænset til de tidspunkter t > t*, hvorefter linearitet observeres. Det skal understreges, at den langvarige anæstesi kan påvirke myokardiets stofskifte21. Af denne grund er det meget vigtigt at standardisere protokollen, så inter-emne variationer af alle relevante fysiologiske parametre holdes på et minimum. Proceduren beskrevet i protokollen, implementeret i Carimas, tillader regional Patlak grafisk analyse af myokardiet; vi har brugt aktivitetskoncentrationen af fuldblodet i LV-hulrummet som en tilnærmelse af plasmaindgangsfunktionen CP(t).

Nogle PET-scannere kan have lavere rumlig opløsning og/eller følsomhed, hvilket fører til anvendelse af større investeringsafkast og konsekvente delvise volumen-/spilloverfejl i målingernes tidsaktivitetskurver (TAC'er), især den plasmatiske, der anvendes som inputfunktion (IF). I dette tilfælde kan analyseprotokollen ændres ved at oprette en hybrid IF baseret på billedværdierne i den tidlige fase efter injektion og på koncentrationen af blodprøveaktivitet (se protokoltrin 6.8) i den sene fase (>20 min). De korrigerede punkter i hybrid IF kan beregnes ved interpolation, som vist af Shoghi et al.23. Inden for Carimas er det muligt at eksportere de rå TAC'er for hvert myokardiesegment, korrigere arteriel TAC og indlæse dem igen for at udføre Patlak-analyse direkte på de korrigerede kurver. På grund af kompleksiteten af den krævede operation har vi ikke leveret specifikke protokoloperationer til at gøre det, da de opnåede resultater i det tilfælde, der er beskrevet i denne protokol, har et godt niveau af reproducerbarhed for de fleste applikationer.

En mulig anvendelse af den præsenterede protokol er i små dyremodeller af myokardieinfarkt. For at undgå begrænsninger for et sådant specifikt felt inden for billeddannelsesforskning tilføjede vi ikke en specifik protokolinstruktion til induktion af MI eller andre typer hjerte-kar-sygdomme. Detaljerede kirurgiske procedurer kan findes andre steder i litteraturen12,13, og de er med succes blevet anvendt i vores gruppe med det formål at skildre supplerende information for både regionale perfusionsdefekter og iskæmi-induceret angiogenese4. Ikke desto mindre kan PET/CT-billeddannelsesprotokollen, der præsenteres i dette papir, være nyttig i en række undersøgelsesdesign, når hjertemetabolisme, funktion og / eller morfologi er bekymrende, herunder, men ikke begrænset til, metaboliske sygdomme27, respons på terapi og / eller på forskellige diæter 28 og strålingsinducerede skader29. Desuden kan denne type undersøgelse være nyttig ved validering af nye molekylære sonder til overvågning af hjerteombygning og neovaskularisering i sammenhæng med global og regional hjertefunktion og morfologi 4.

Her har vi diskuteret en typisk PET-billedoptagelse og analyse med fokus på kvantificering af myokardie regional glukoseoptagelse ved hjælp af [18F] FDG; For myokardieinfarktbilleddannelse er dette for eksempel nyttigt og bredt vedtaget til måling af myokardielevedygtigheden26 som supplerende information om perfusion, som i stedet kræver forskellige sporstoffer. Desuden er [18F] FDG det mest tilgængelige sporstof i PET-billeddannelse, og derfor besluttede vi at skræddersy denne protokol til dette sporstof for at øge dets anvendelighed. Med mindre ændringer i analysearbejdsgangen kan den samme procedure bruges til at kvantificere for eksempel den regionale myokardieblodgennemstrømning (MBF), der anvender [13 N]NH3 eller [15O] H2O som blodgennemstrømningssporere30.

I disse tilfælde kræver PET-anskaffelsesprotokollen mindre ændringer i betragtning af de forskellige radionuklidhenfaldstider 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). Desuden skal der anvendes passende kinetiske modeller i stedet for dem, der præsenteres i dette papir, som er almindeligt tilgængelige i de fleste kvantitative billedbehandlingsprogrammer til PET-analyse; Udover disse punkter er den eksperimentelle procedure, der præsenteres i denne protokol, mest egnet til andre typer eksperimentelle undersøgelser med fokus på små dyrs hjerter. Selvom protokollen var specielt designet til hjertebilleddannelse af musemodeller, kan arbejde med rotter indebære nogle ændringer af den faktiske protokol, hovedsageligt på grund af dyrets større størrelse (~ 10x tungere). Der er dog tilføjet yderligere oplysninger til protokollen for at angive de nødvendige ændringer for rottebilleddannelse for nemheds skyld.

En fordel ved den præsenterede protokol er, at den ikke kræver brug af EKG-sonder på dyret, da PET-undersøgelsen kan udføres pålideligt uden gating, og CT-undersøgelsen bruger iboende (sensorløs) retrospektiv gating. Algoritmen i bunden af den iboende gating-software er baseret på Dinkel et al.31's arbejde. Denne metode viser meget høj overensstemmelse med EKG-baseret (ekstrinsisk) hjertegating og kan endda potentielt være bedre i tilfælde af arytmier på grund af dissociation af mekaniske og elektriske begivenheder31. Selvom indbygget gating kunne implementeres i fuldautomatiske arbejdsgange32, er denne protokol baseret på en interaktiv metode implementeret i IRIS CT-scanneren, hvilket giver mere fleksibilitet i valget af parametrene. Som diskuteret er der behov for mindre tilpasninger af procedurerne, når der anvendes rotter i stedet for mus, primært med hensyn til de injicerede doser, behovet for dæmpningskorrektion (CTAC) scanninger ved brug af større dyr samt nogle forskelle mellem typerne af CT-kontrastmidler. Med hensyn til dette sidste punkt er brugen af jodrige olie-i-vand lipidemulsioner på rotter også rapporteret i de tekniske noter fra små dyr CA-leverandører. På grund af de relativt store injektionsmængder, de relativt højere omkostninger og den mindre udbredte tilgængelighed af disse specialiserede kontrastmidler har vi også præsenteret en ændring af protokollen baseret på almindeligt tilgængelige vaskulære kontrastmidler, såsom iomeprol, som er bredt anvendelig i kliniske indstillinger. På grund af den meget hurtige clearance af sådanne standard vaskulære midler kræves en motoriseret injektionspumpe, der tillader langsom kontinuerlig injektion i dette tilfælde.

Begrænsninger af metoden
Anvendeligheden af de præsenterede PET/CT-protokoller afhænger af tilgængeligheden af instrumentering, der generelt er mindre udbredt og dyrere end andre teknikker (primært amerikansk ekkokardiografi), selvom den kontekstuelle information om struktur, funktion og metabolisme ikke kan opnås ved nogen anden teknik med samme følsomhed og fleksibilitet ved valget af den molekylære sonde. En vellykket gennemførelse af hele forberedelses-/anskaffelses-/analysearbejdsgangen med denne metode kræver imidlertid et stærkt samarbejde mellem flere fagpersoner, herunder biologer, dyrlæger, kemikere, fysikere og bioingeniører. Dette gælder endnu mere, når der anvendes ikke-standardiserede PET-sporstoffer, hvilket indebærer en indsats inden for både radiosyntese og matematisk modellering samt tilpasning af analysesoftwaren til korrekt og pålidelig kvantificering33,34,35.

I protokolafsnit 9 har vi beskrevet en meget enkel kvantificeringsprocedure ved hjælp af en billedafledt inputfunktion (IDIF) og påpeget, at en blandet tilgang ved hjælp af IDIF og blodprøveafledt IF til sene rammer kan give bedre resultater. Det skal bemærkes, at anvendelse af aktivitet målt fra hele (venøst) blod taget fra halen betragtes som en pålidelig tilnærmelse i [18F] FDG, men det kræver yderligere korrektioner for metabolitternes aktivitet i tilfælde af forskellige sporstoffer36,37. Et af de mest kritiske punkter i hele protokollen er den intravenøse kannulation, der giver venøs adgang til injektion af både det radioaktive sporstof til PET-scanningen og det jodholdige kontrastmiddel til CT-scanningen. Forgæves udførelse af dette kritiske trin resulterer i ubrugelige billeder, da den effektive mængde cirkulerende PET-sporstof eller CT CA kan være lavere end krævet. Ekspertpersonale med specifik uddannelse til haleveneinjektion skal være involveret i denne procedure for at give pålidelige resultater.

En ulempe ved CT til dynamisk hjertebilleddannelse er dens relativt lavere tidsmæssige opløsning sammenlignet med USA og MR, selvom 3D-hjertebilleddannelse med ultralyd kræver brug af et motoriseret oversættelsestrin til sonden og efterfølgende billedregistrering for at få korrekte resultater. Behovet for at injicere ensartede mængder CA for korrekt diskrimination af blod og myokardium i rekonstruerede billeder er en af de største bekymringer på grund af metodens iboende lave følsomhed. I denne protokol har vi begrænset injektionsvolumen af CA til CT-undersøgelser til 0,5 ml hos mus og 2 ml hos rotter ved hjælp af kontinuerlig infusion i 3 minutter ved 10 ml/t hos mus og i 5 minutter ved 24 ml/t hos rotter. Vi har observeret, at disse mængder og mængder af injektioner tolereres godt af dyrene. De mængder, der er beskrevet her, er i overensstemmelse med eller er mindre end tilsvarende protokoller, der findes i litteraturen.

Nahrendorf et al. beskrev en Cine-CT-protokol til afbildning af murinmyokardieinfarkt, der involverede en basal (pre-scan) bolusinjektion af 0,2 ml olie-i-vand lipidemulsionsblodpool CA efterfulgt af en kontinuerlig injektion af iomeprol ved 1 ml / t i 1 t38. Badea et al. sammenlignede en lignende hjerte Cine-CT-protokol baseret på en 1 timers infusion af Isovue 370 (iopamidol) med en bolusinjektion på 0,5 ml / 25 g legemsvægt af Fenestra VC (olie-i-vand lipidemulsion) og fandt bedre resultater med hensyn til billedkontrast i det andet tilfælde39. Den samme producent af Fenestra VC-kontrastmidlet rapporterede et anbefalet injektionsvolumen på 0,4 ml / 20 g legemsvægt til vaskulær billeddannelse med mikro-CT40. Imidlertid er nye CA'er med højere densitet som eXIA 160 XL, MVivo Au, Aurovist 15 nm eller Exitron nano 12000 for nylig kommet ind på det prækliniske marked og har potentialet til at reducere injektionsmængderne i hjertemikro-CT-protokoller. Nebuloni et al. gennemførte en omfattende karakterisering af sådanne CA'er41. Strålingsdosis i gated CT er en anden almindelig bekymring for langsgående undersøgelser; i dette tilfælde er den maksimale dosis for den beskrevne Cine-CT-protokol under 200 mGy for både mus og rotter, som estimeret på grundlag af tidligere dosimetrisk karakterisering af vores CT-scanner42. Dette er ca. 5x lavere end den rapporterede dosis i litteraturen for 4D-hjerte-CT-scanninger38,39 og 30x lavere end den gennemsnitlige dødelige dosis for total kropsbestråling af små dyr, anslået til 6 Gy43.

Protokollens anvendelighed på forskellige instrumenter og software
Selvom de specifikke instruktioner, der præsenteres i denne protokol, uundgåeligt er skræddersyet til en bestemt PET / CT-tomograf, kan de billeddannelsesopgaver, der præsenteres her, tilpasses forskellige billeddannelsessystemer. Med hensyn til PET-afsnittet i denne protokol har alle avancerede PET- eller PET/CT-systemer, der er designet til forskning i små dyr, præstationskrav (med hensyn til rumlig og tidsmæssig opløsning), der er egnede til at udføre protokollen. For så vidt angår hjerte-CT, kan protokollen ændre sig afhængigt af det specifikke kardio-respiratoriske gatingsystem, der anvendes (f.eks. Ekstrinsisk eller iboende). Læserne kan henvise til nylige oversigtsartikler og bogkapitler for en grundig diskussion af nuværende PET-, CT- eller PET / CT-systemers muligheder44,45,46. Bemærk, at CT- og PET-protokollerne, der præsenteres i dette papir, kan udføres uafhængigt baseret på kapaciteterne og særegenhederne ved den tomografiske instrumentering i brug. Vi mener derfor, at de fremlagte procedurer kan give en nyttig reference for enhver praktiserende læge, der er interesseret i for første gang at gennemføre en hjerte-PET / CT-undersøgelse på små dyr.

Enhver bruger med tilstrækkelige færdigheder i den generelle protokolopsætning af deres egen PET / CT-tomograf bør være i stand til at implementere de nødvendige tilpasninger af den præsenterede metode for at få tilsvarende resultater i deres laboratorium. De samme argumenter kan bruges til afsnittet dedikeret til billedanalyse. En grundig liste over alle tilgængelige softwarepakker til hjerte-PET- og hjerte-CT-analyse ligger uden for formålet med dette papir. Imidlertid bruger mange andre sammenlignelige softwarepakker en lignende metode til polarkortgenerering og regional sporstofkinetisk analyse. Læseren kan henvise til Wang et al.47 og referencer inden for til opgaven med PET-kvantificering og til relevante forskningsartikler48,49,50 til 4D CT-kvantificering. I dette tilfælde har vi besluttet at fokusere denne protokol på Carimas 51,52,53,54 og OsiriX55,56,57,58 til kvantitativ analyse af henholdsvis hjerte-PET- og CT-billeder. På grund af den udbredte brug af disse værktøjer mener vi, at dette valg kan være nyttigt til at øge forskersamfundets interesse for implementering og anvendelse af de præsenterede metoder sammenlignet med en diskussion med fokus på lukkede, kommercielle og scannerspecifikke analyseværktøjer leveret af nogle PET- og CT-scannerproducenter.

Ændringer af den kvantitative billedanalyseprotokol
Eksempelresultaterne vist her er blot et simpelt resultat af en ligetil kvantitativ analyseopgave, som kan betragtes som tilstrækkelig til de fleste praktiske formål i translationelle kardiovaskulære forskningseksperimenter med fokus på smådyrsmodeller af hjerteskade. Imidlertid er mange flere analysemuligheder mulige, startende fra DICOM-billederne som følge af erhvervelses- / genopbygningsprotokollen, der er beskrevet i dette papir. For eksempel kan man være interesseret i at anvende forskellige rummodeller i stedet for Patlak grafiske analyse fra dynamiske [18F] FDG-PET data 59,60,61. Desuden var analysen af hjertefunktionen baseret på 4D Cine-CT-billeder vist i denne protokol kun global for hele LV, men flere forskellige (hovedsageligt kommercielle) software giver brugerne mulighed for at udføre belastningsanalyse og regional vægbevægelse, vægfortykning og regional EF-analyse fra de samme billeder49. Ikke desto mindre mener vi, at de eksempler, der er vist her, udgør et godt udgangspunkt for mere dybdegående efterbehandling og kvantitative opgaver.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Daniele Panetta modtog tilskud til F&U af mikro-CT-instrumentering fra Inviscan Sas.

Acknowledgments

Denne forskning blev delvist støttet af JPI-HDHL-INTIMIC "GUTMOM" -PROJEKTET: Maternal fedme og kognitiv dysfunktion hos afkom: Årsagsvirkningsrolle for GUT MicrobiOMe og tidlig diætforebyggelse (projekt nr. INTIMIC-085, det italienske ministerium for uddannelse, universitet 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

Medicin udgave 190
Hjertepositronemissionstomografi / computertomografi med høj opløsning til 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