小动物高分辨率心脏正电子发射断层扫描/计算机断层扫描

摘要

在这里，我们提出了一种实验成像协议，用于使用高分辨率正电子发射断层扫描/计算机断层扫描来量化小动物的心脏功能和形态。考虑小鼠和大鼠，讨论计算机断层扫描造影剂对两个物种的不同要求。

摘要

正电子发射断层扫描（PET）和计算机断层扫描（CT）是最常用的诊断成像技术之一，两者都有助于了解心脏功能和代谢。在临床前研究中，采用具有高灵敏度和高时空分辨率的专用扫描仪，旨在应对小鼠和大鼠的小心脏尺寸和非常高的心率所带来的苛刻技术要求。本文描述了一种用于实验小鼠和/或大鼠心脏病模型的双模心脏PET / CT成像方案，从动物制备和图像采集和重建到图像处理和可视化。

特别是， ¹⁸F标记的氟脱氧葡萄糖（[¹⁸F]FDG）-PET扫描允许测量和可视化左心室（LV）不同部分的葡萄糖代谢。极地地图是显示此信息的便捷工具。CT 部分包括使用无心电图 （ECG） 导联的回顾性门控对整个心脏 （4D-CT） 进行时间分辨 3D 重建，从而可以对左心室进行形态功能评估，并随后量化最重要的心脏功能参数，例如射血分数 （EF） 和每搏输出量 （SV）。使用集成的PET / CT扫描仪，该协议可以在同一麻醉诱导内执行，而无需在不同的扫描仪之间重新定位动物。因此，PET / CT可以被视为几种心脏病小动物模型中心脏形态功能和代谢评估的综合工具。

引言

小动物模型对于促进^{对心血管疾病的认识}极为重要1^，2。在过去的几十年里，非侵入性诊断成像工具彻底改变了我们在临床和临床前环境中看待心脏功能的方式。就心脏病的小动物模型而言，已经开发出具有非常高时空分辨率的特定成像工具。因此，此类仪器可以满足在特定疾病模型中（例如心力衰竭（HF）³或心肌梗塞（MI）⁴）中对小鼠和大鼠非常小且非常快速移动的心脏进行相关代谢和动力学心肌参数的准确定量的需求。为此目的有几种方式，每种方式都有自己的优点和缺点。超声（英文）成像是使用最广泛的方式，因为它具有极大的灵活性、非常高的时间分辨率和相对较低的成本。自从使用超高频⁵，⁶探头的系统出现以来，美国心脏成像在小动物中的采用已经大大增加^，其空间分辨率低于50μm。

US 用于全 3D 心脏成像的主要缺点之一是需要沿心脏轴进行线性扫描，方法是将探头安装在电动平移台上，以创建整个心脏的完整动态 B 模式图像⁷。最终，该过程产生（在每个探头位置获取的图像进行准确的空间和时间配准后）在面内和面外方向之间具有不同空间分辨率的4D图像。心脏MR（....

研究方案

动物实验是根据欧洲指令（1986年第86/609/EEC号指令和2010/63/UE指令）和意大利法律（D.Lgs.26/2014）要求的《国际实验动物处理指南》中的建议进行的。

1. PET/CT 成像方案和工作流程的设置

注意：此处介绍的方案是专门为小鼠模型的心脏成像而设计的。与大鼠一起工作可能意味着对实际方案进行一些修改，主要是因为动物的体型更大（大约重10倍）。步骤中特别提到了大鼠成像的修改;如果没有提到修改，那么小鼠成像的相同步骤可用于大鼠。

1. 打开 PET/CT 扫描仪的图形用户界面 （GUI）（参见 目录）并创建一组新协议（包括用于数据采集、预处理和图像重建的参数）：（i） 动态 PET 扫描， （二） a 低剂量 CT 扫描 用于衰减校正（中国电信委员会）不含造影剂，以及（iii）a 对比增强电影 CT 扫描.
   注意：为采集、预处理和重建阶段创建新协议（即断层扫描的特定软件指令）是一个简单的过程;如果遇到问题，用户可以在GUI用户手册中找到更详细的信息。
   1. 对于 PET 扫描，打开扫描仪 （GUI） 的“协议”选项卡，使用以下参数创建三个新 协议

结果

在本节中，显示了按照目前描述的程序进行PET和CT分析的典型结果。 图6 显示了对照（健康）CD-1小鼠的[¹⁸F]FDG PET扫描的自动心肌和左心室腔分割的结果。尽管右心室在重建的图像中并不总是可见，但基于DICOM接头的方向轴可用于正确区分室间隔与其他左心室壁，这是按照美国心脏协会（AHA）建议²⁵可靠识别标准扇区所必需的。.在心肌缺血的情况下，.......

讨论

本文提出的协议侧重于通过使用高分辨率PET / CT成像对心脏损伤小动物模型进行转化心血管研究的典型实验程序。所呈现的结果表明PET和Cine-CT图像具有很高的定量和定性价值，提供了整个心脏关于其葡萄糖代谢，形状和收缩动力学的功能和结构信息。此外，获得的所有图像都是3D的，时间分辨的，并且呈现各向同性的像素间距;从图像处理的角度来看，这是有益的，因为它不需要预扫描操作员依赖?.......

材料

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