RU2804844C9 - Method for obtaining contrast-enhanced ct images of liver of small laboratory rodents during intravital radiation imaging to asses the presence and growth dynamics of malignant neoplasms - Google Patents

Method for obtaining contrast-enhanced ct images of liver of small laboratory rodents during intravital radiation imaging to asses the presence and growth dynamics of malignant neoplasms Download PDF

Info

Publication number
RU2804844C9
RU2804844C9 RU2022124627A RU2022124627A RU2804844C9 RU 2804844 C9 RU2804844 C9 RU 2804844C9 RU 2022124627 A RU2022124627 A RU 2022124627A RU 2022124627 A RU2022124627 A RU 2022124627A RU 2804844 C9 RU2804844 C9 RU 2804844C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liver
minutes
density
ray density
ray
Prior art date
Application number
RU2022124627A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2804844C1 (en
Inventor
Анна Вячеславна Смирнова
Юлия Андреевна Финогенова
Алексей Андреевич Липенгольц
Всеволод Андреевич Скрибицкий
Кристина Евгеньевна Шпакова
Юлия Сергеевна Лагодзинская
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина" Минздрава России)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина" Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Блохина" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина" Минздрава России)
Application granted granted Critical
Publication of RU2804844C1 publication Critical patent/RU2804844C1/en
Publication of RU2804844C9 publication Critical patent/RU2804844C9/en

Links

Abstract

FIELD: medicine; experimental oncology.
SUBSTANCE: invention can be used to conduct experimental intravital computed tomography (CT) of the liver of mice. The mouse is put in anesthetized sleep. Next, the mice are injected with an MR contrast agent based on gadoxetic acid “Primovist” in a volume of 500 mcL for 1.5 minutes. A CT scan of the mouse liver is performed. Using the obtained images of the liver, the X-ray density in the area of interest is determined and a “X-ray density – study time” curve is constructed. The resulting curve is compared with the calibration curve “X-ray density - study time”, which is constructed so that at time 0 min the X-ray density corresponds to the average X-ray density of the liver before the administration of Primovist; at 90 minutes the X-ray density reaches a maximum value of 220-235 HU, from 91 minutes to 160 minutes, the retention phase begins, in which the radiological density is 220-235 HU; from 161 minutes to the end of the study time, the elimination phase begins, in which the radiological density decreases.
EFFECT: method provides an assessment of the growth dynamics of malignant neoplasms by comparing the calibration and experimental curves “X-ray density - study time”.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к экспериментальной онкологии, и может быть использовано для прижизненной лучевой визуализации органов и тканей модельных организмов мелких лабораторных грызунов для изучения в экспериментальных условиях особенностей их анатомических систем с опухолями различной локализации, уточнения параметров их кровоснабжения, обнаружения метастатических очагов и уточнения анатомо-топографических особенностей животного для дальнейших манипуляций [Pandharipande PV, Krinsky GA, Rusinek H, Lee VS. Perfusion imaging of the liver: current challenges and future goals. Radiology. 2005;234(3):661-73. doi:10.1148/radiol.2343031362].The invention relates to medicine, namely experimental oncology, and can be used for intravital radiation imaging of organs and tissues of model organisms of small laboratory rodents to study under experimental conditions the features of their anatomical systems with tumors of various localizations, clarify the parameters of their blood supply, detect metastatic foci and clarification of the anatomical and topographical features of the animal for further manipulations [Pandharipande PV, Krinsky GA, Rusinek H, Lee VS. Perfusion imaging of the liver: current challenges and future goals. Radiology. 2005;234(3):661-73. doi:10.1148/radiol.2343031362].

Методы лучевой визуализации дают достаточно четкую картину состояния внутренних органов и их систем у живых мелких лабораторных животных, чей клинический осмотр и/или применение ультразвуковой диагностики затруднено из-за размера изучаемого объекта. Однако существует сложность определения контуров органов брюшной полости, в частности, печени и селезенки, так как все существующие на сегодняшний день ангио-контрасты являются неспецифическими для этих органов [Lauber DT, Fülöp A, Kovács Т, Szigeti K, Máthé D, Szijártó A. State of the art in vivo imaging techniques for laboratory animals. Lab Anim. 2017;51(5):465-78. doi:10.1177/0023677217695852]. В настоящее время разработаны методологические подходы, позволяющие приблизительно выявить эти анатомические структуры индивидуально. Один из наиболее значимых для контрастирования любым из современных доступных методов органов брюшной полости является печень. Для ее обнаружения и изучения анатомических структур in vivo используют наночастицы и/или липосомы/мицеллы/флуоресцентно-меченные молекулы или пептиды -адресные направляющие молекулы, меченные радиоизотопным веществом [Topcu О, Kurt A, Nadir I, Arici S, Koyuncu A, Aydin C. Effects of contrast media on the hepato-pancreato-biliary system. World J Gastroenterol. 2009;15(38):4788-93. doi:10.3748/wjg.15.4788; Cuenod C, Leconte I, Siauve N, Resten A, Dromain C, Poulet B, Frouin F, Clément O, Frija G. Early changes in liver perfusion caused by occult metastases in rats: detection with quantitative CT. Radiology. 2001;218(2):556-61. doi:10.1148/radiology.218.2.r01fel0556; Torchilin VP, Frank-Kamenetsky MD, Wolf GL. CT visualization of blood pool in rats by using long-circulating, iodine-containing micelles. Acad Radiol. 1999;6(l):61-5. doi: 10.1016/sl076-6332(99)80063-4; Ehling J, Theek B, Gremse F, Baetke S, Möckel D, Maynard J, Ricketts SA, Grüll H, Neeman M, Knuechel R, Lederle W, Kiessling F, Lammers T. Micro-CT imaging of tumor angiogenesis: quantitative measures describing micromorphology and vascularization. Am J Pathol. 2014; 184(2):431-41. doi: 10.1016/j.ajpath.2013.10.014].Radiation imaging methods provide a fairly clear picture of the state of internal organs and their systems in living small laboratory animals, whose clinical examination and/or the use of ultrasound diagnostics is difficult due to the size of the object being studied. However, there is difficulty in determining the contours of the abdominal organs, in particular the liver and spleen, since all currently existing angio-contrasts are nonspecific for these organs [Lauber DT, Fülöp A, Kovács T, Szigeti K, Máthé D, Szijártó A. State of the art in vivo imaging techniques for laboratory animals. Lab Anim. 2017;51(5):465-78. doi:10.1177/0023677217695852]. Methodological approaches have now been developed to approximately identify these anatomical structures individually. One of the most significant abdominal organs for contrasting with any of the modern available methods is the liver. To detect it and study anatomical structures in vivo, nanoparticles and/or liposomes/micelles/fluorescently labeled molecules or peptides are used - targeted targeting molecules labeled with a radioisotope substance [Topcu O, Kurt A, Nadir I, Arici S, Koyuncu A, Aydin C Effects of contrast media on the hepato-pancreato-biliary system. World J Gastroenterol. 2009;15(38):4788-93. doi:10.3748/wjg.15.4788; Cuenod C, Leconte I, Siauve N, Resten A, Dromain C, Poulet B, Frouin F, Clément O, Frija G. Early changes in liver perfusion caused by occult metastases in rats: detection with quantitative CT. Radiology. 2001;218(2):556-61. doi:10.1148/radiology.218.2.r01fel0556; Torchilin VP, Frank-Kamenetsky MD, Wolf GL. CT visualization of blood pool in rats by using long-circulating, iodine-containing micelles. Acad Radiol. 1999;6(l):61-5. doi: 10.1016/sl076-6332(99)80063-4; Ehling J, Theek B, Gremse F, Baetke S, Möckel D, Maynard J, Ricketts SA, Grüll H, Neeman M, Knuechel R, Lederle W, Kiessling F, Lammers T. Micro-CT imaging of tumor angiogenesis: quantitative measures describing micromorphology and vascularization. Am J Pathol. 2014; 184(2):431-41. doi:10.1016/j.ajpath.2013.10.014].

Современные технологии упрощают определение зон интереса для исследователя. Единственной проблемой является особенность физиологии выделения желчи из организма мелких лабораторных животных. Как только объем циркулирующей жидкости (водной фракции крови) увеличивается, одномоментно уменьшается и вязкость желчи, и она вместе с введенным контрастным соединением наполняет петли кишечника, которые прилегают к печени вплотную. Через 3-5 минут после введения классических КТ контрастов провести дифференциацию петель кишки от печени не представляется возможным.Modern technologies make it easier for the researcher to identify areas of interest. The only problem is the peculiarity of the physiology of bile secretion from the body of small laboratory animals. As soon as the volume of circulating fluid (water fraction of blood) increases, the viscosity of bile simultaneously decreases, and it, together with the administered contrast compound, fills the intestinal loops that are adjacent to the liver. 3-5 minutes after the introduction of classical CT contrasts, it is not possible to differentiate intestinal loops from the liver.

В настоящее время введение рентгеноконтрастных средств в организм лабораторных грызунов проводится болюсной техникой [Ting Liu, Sheng Wang, Wei Zhao Hao Liu, Yi Zhang, Juan Han, Xia Chen. Experimental Analysis of the Utility of Liquid Metal Gallium as a Contrast Agent for CT Hepatic Artery Angiography in Living Rabbits, 30 December 2020, PREPRINT (Version 1) available at Research Square, doi: 10.21203/rs.3.rs-135998/v1; Ehling J, Theek B, Gremse F, Baetke S, Möckel D, Maynard J, Ricketts SA, Grüll H, Neeman M, Knuechel R, Lederle W, Kiessling F, Lammers T. Micro-CT imaging of tumor angiogenesis: quantitative measures describing micromorphology and vascularization. Am J Pathol. 2014; 184(2):431-41. doi: 10.1016/j.ajpath.2013.10.014; Starosolski Z, Villamizar CA, Rendon D, Paldino MJ, Milewicz DM, Ghaghada KB, Annapragada AV. Ultra High-Resolution In vivo Computed Tomography Imaging of Mouse Cerebrovasculature Using a Long Circulating Blood Pool Contrast Agent. Sci Rep.2015;5:10178. doi: 10.1038/srep10178; Ghanavati S, Yu LX, Lerch JP, Sled JG. A perfusion procedure for imaging of the mouse cerebral vasculature by X-ray micro-CT. J Neurosci Methods. 2014;221:70-7. doi: 10.1016/j.jneumeth.2013.09.002; Hlushchuk R, Haberthür D, Soukup P, Barre SF, Khoma OZ, Schittny J, Haghayegh Jahromi N, Bouchet A, Engelhardt B, Djonov V. Innovative high-resolution microCT imaging of animal brain vasculature. Brain Struct Funct. 2020;225(9):2885-95. doi: 10.1007/s00429-020-02158-8]. Данные доступной для анализа литературы указывают, что рентгеноконтрастные средства можно вводить в хвостовую вену животного достаточно длительно и в высоких концентрациях [Akladios CY, Bour G, Raykov Z, Mutter D, Marescaux J, Aprahamian M. Structural imaging of the pancreas in rat using micro-CT: application to a non-invasive longitudinal evaluation of pancreatic ductal carcinoma monitoring. J Cancer Res Ther. 2013; 1 (2):70-6. doi: 10.14312/2052-4994.2013-11; Toy R, Hayden E, Camann A, Berman Z, Vicente P, Tran E, Meyers J, Pansky J, Peiris PM, Wu H, Exner A, Wilson D, Ghaghada KB, Karathanasis E. Multimodal in vivo imaging exposes the voyage of nanoparticles in tumor microcirculation. ACS Nano. 2013;7(4):3118-29. doi: 10.1021/nn3053439; Clark DP, Badea CT. Micro-CT of rodents: state-of-the-art and future perspectives. Phys Med. 2014;30(6):619-34. doi: 10.1016/j.ejmp.2014.05.011; Lee YC, Fullerton G, Goins B. Comparison of multimodality image-based volumes in preclinical tumor models using In-Air micro-CT image volume as reference tumor volume. Open Journal of Medical Imaging. 2015;5(03):117-32. doi: 10.4236/ojmi.2015.53016].Currently, the introduction of radiocontrast agents into the body of laboratory rodents is carried out using the bolus technique [Ting Liu, Sheng Wang, Wei Zhao Hao Liu, Yi Zhang, Juan Han, Xia Chen. Experimental Analysis of the Utility of Liquid Metal Gallium as a Contrast Agent for CT Hepatic Artery Angiography in Living Rabbits, 30 December 2020, PREPRINT (Version 1) available at Research Square, doi: 10.21203/rs.3.rs-135998/v1; Ehling J, Theek B, Gremse F, Baetke S, Möckel D, Maynard J, Ricketts SA, Grüll H, Neeman M, Knuechel R, Lederle W, Kiessling F, Lammers T. Micro-CT imaging of tumor angiogenesis: quantitative measures describing micromorphology and vascularization. Am J Pathol. 2014; 184(2):431-41. doi: 10.1016/j.ajpath.2013.10.014; Starosolski Z, Villamizar CA, Rendon D, Paldino MJ, Milewicz DM, Ghaghada KB, Annapragada AV. Ultra High-Resolution In Vivo Computed Tomography Imaging of Mouse Cerebrovasculature Using a Long Circulating Blood Pool Contrast Agent. Sci Rep.2015;5:10178. doi: 10.1038/srep10178; Ghanavati S, Yu LX, Lerch JP, Sled JG. A perfusion procedure for imaging of the mouse cerebral vasculature by X-ray micro-CT. J Neurosci Methods. 2014;221:70-7. doi: 10.1016/j.jneumeth.2013.09.002; Hlushchuk R, Haberthür D, Soukup P, Barre SF, Khoma OZ, Schittny J, Haghayegh Jahromi N, Bouchet A, Engelhardt B, Djonov V. Innovative high-resolution microCT imaging of animal brain vasculature. Brain Struct Function. 2020;225(9):2885-95. doi:10.1007/s00429-020-02158-8]. Data from the literature available for analysis indicate that radiocontrast agents can be injected into the tail vein of an animal for a sufficiently long time and in high concentrations [Akladios CY, Bour G, Raykov Z, Mutter D, Marescaux J, Aprahamian M. Structural imaging of the pancreas in rat using micro -CT: application to a non-invasive longitudinal evaluation of pancreatic ductal carcinoma monitoring. J Cancer Res Ther. 2013; 1 (2):70-6. doi: 10.14312/2052-4994.2013-11; Toy R, Hayden E, Camann A, Berman Z, Vicente P, Tran E, Meyers J, Pansky J, Peiris PM, Wu H, Exner A, Wilson D, Ghaghada KB, Karathanasis E. Multimodal in vivo imaging exposes the voyage of nanoparticles in tumor microcirculation. ACS Nano. 2013;7(4):3118-29. doi: 10.1021/nn3053439; Clark DP, Badea CT. Micro-CT of rodents: state-of-the-art and future perspectives. Phys Med. 2014;30(6):619-34. doi: 10.1016/j.ejmp.2014.05.011; Lee YC, Fullerton G, Goins B. Comparison of multimodality image-based volumes in preclinical tumor models using In-Air micro-CT image volume as reference tumor volume. Open Journal of Medical Imaging. 2015;5(03):117-32. doi: 10.4236/ojmi.2015.53016].

Этот метод имеет недостаток - распределение контрастного соединения происходит практически с первой секунды введения, и качество получаемых изображений не может быть достаточным ввиду быстрого выведения его из организма животного. Поэтому приходится вводить сразу большое количество соединения, что может провоцировать токсические поражения органов выведения, прежде всего почек.This method has a drawback - the distribution of the contrast compound occurs almost from the first second of administration, and the quality of the resulting images may not be sufficient due to its rapid removal from the animal’s body. Therefore, it is necessary to administer a large amount of the compound at once, which can provoke toxic damage to the excretory organs, primarily the kidneys.

Существуют зарегистрированные лекарственные средства гепатоспецифические контрасты, которые предназначаются исключительно для МРТ-визуализации (например, «Примовист») https://grls.rosminzdrav.ru/Grls_View_v2.aspx?routingGuid=533a3325-f30f-4d7b-9132-c5638371dd7f). Их можно адаптировать для использования у экспериментальных животных в целях проведения КТ-исследований, поскольку действующее вещество субстанции препарата является рентгеноплотным соединением. Если предполагается использовать такой метод, то животному необходимо постоянно вводить сильно разбавленный рентгеноконтрастный препарат внутривенно во время исследования непосредственно в КТ-аппарате на очень низкой скорости. Этот метод не является оптимальным.There are registered hepatospecific contrast agents that are intended exclusively for MRI imaging (for example, “Primovist”) https://grls.rosminzdrav.ru/Grls_View_v2.aspx?routingGuid=533a3325-f30f-4d7b-9132-c5638371dd7f). They can be adapted for use in experimental animals for the purpose of CT studies, since the active substance of the drug substance is a radiodense compound. If this method is to be used, then the animal must be constantly injected with a highly diluted radiocontrast agent intravenously during the examination directly in the CT machine at a very low speed. This method is not optimal.

Возможно использовать иной вариант: концентрированный официнальный препарат (например, «Примовист») вводят животному в максимально допустимой дозе по весу, после чего определяется динамика накопления его в органе интереса, строится калибровочная кривая с учетом временных стандартных точек и проводятся исследования однотипных по весу животных [Döhr О, Hofmeister R, Treher М, Schweinfurth Н. Preclinical safety evaluation of Gd-EOB-DTPA (Primovist). Invest Radiol. 2007;42(12):830-41. doi: 10.1097/RLI.0b013e318137a471; Schmitz SA, Wagner S, Schuhmann-Giampieri G, Krause W, Wolf KJ. A prototype liver-specific contrast medium for CT: preclinical evaluation of gadoxetic acid disodium, or Gd-EOB-DTPA. Radiology. 1997;202(2):407-12. doi: 10.1148/radiology.202.2.9015066]. Этот вариант не обеспечивает исследователю при проведении современных КТ исследованиях возможность проследить динамику распределения препарата у одного животного в течение длительного времени наблюдения, так как необходимое и достаточное количество препарата при наркотизации не выводится с необходимой скоростью и повреждает почки.It is possible to use another option: a concentrated official drug (for example, “Primovist”) is administered to the animal in the maximum permissible dose by weight, after which the dynamics of its accumulation in the organ of interest is determined, a calibration curve is constructed taking into account standard time points, and studies of animals of the same type by weight are carried out [ Döhr O, Hofmeister R, Treher M, Schweinfurth N. Preclinical safety evaluation of Gd-EOB-DTPA (Primovist). Invest Radiol. 2007;42(12):830-41. doi: 10.1097/RLI.0b013e318137a471; Schmitz SA, Wagner S, Schuhmann-Giampieri G, Krause W, Wolf KJ. A prototype liver-specific contrast medium for CT: preclinical evaluation of gadoxetic acid disodium, or Gd-EOB-DTPA. Radiology. 1997;202(2):407-12. doi:10.1148/radiology.202.2.9015066]. This option does not provide the researcher, when conducting modern CT studies, with the opportunity to trace the dynamics of drug distribution in one animal over a long period of observation, since the necessary and sufficient amount of the drug during anesthesia is not excreted at the required speed and damages the kidneys.

Использование гепатоспецифического лекарственного средства для MP-контрастирования на основе гадоксетовой кислоты - «Примовист» у человека [https://mrtsurgut.ru/wp-content/uploads/2017/02/Primovist-slide-kit-l-1.pdf] нами было принято за прототип.The use of a hepatospecific drug for MP contrast based on gadoxetic acid - “Primovist” in humans [https://mrtsurgut.ru/wp-content/uploads/2017/02/Primovist-slide-kit-l-1.pdf] by us was accepted as a prototype.

Задача изобретения:Objective of the invention:

адаптация применения гепатоспецифического лекарственного средства для MP-контрастирования на основе гадоксетовой кислоты у мелких лабораторных грызунов, обеспечение рентгенологического контрастирования их печени для проведения экспериментальных исследований.adaptation of the use of a hepatospecific drug for MP contrast based on gadoxetic acid in small laboratory rodents, providing X-ray contrast of their liver for experimental studies.

Задача решается тем, что создан новый способ получения контрастированного КТ-изображения печени мелких лабораторных грызунов при прижизненной лучевой визуализации для оценки наличия и динамики роста злокачественных новообразований на основе использования калибровочных фантомов. Способ заключается в том, что у экспериментальных животных инициируют наркозный сон, обеспечивают доступ к периферической вене, в которой устанавливают внутривенную канюлю/иглу для инъекций и обеспечивают возможность бесперебойного поступления лекарственного средства в кровоток. По завершении данного этапа проводят введение исследуемого животного в гентри компьютерного томографа, далее обеспечивают введение готовой лекарственной формы, гепатоспецифического рентгеноконтрасного средства для МР-контрастирования на основе гадоксетовой кислоты с концентрацией 181,430 мг/мл в максимально переносимой дозе при однократном введении мышам в течение 1,5 минуты, 5,5 мкл/сек или 0,33 мл/мин и проводят сканирование зоны интереса, в том числе с возможностью динамического сканирования. Полученные КТ-изображения печени сопоставляют с калибровочной кривой, которую получают путем последовательного разбавления контрастного средства в микропробирках фантомной модели с последующей их съемкой в КТ-аппарате. Если динамика распределения и удержания контрастного средства в органе значимо отличается от калибровочной кривой, то необходимо проанализировать наличие злокачественных новообразований.The problem is solved by creating a new method for obtaining contrast-enhanced CT images of the liver of small laboratory rodents during intravital radiation imaging to assess the presence and growth dynamics of malignant tumors based on the use of calibration phantoms. The method involves initiating anesthesia in experimental animals, providing access to a peripheral vein in which an intravenous cannula/injection needle is installed, and ensuring the uninterrupted flow of the drug into the bloodstream. Upon completion of this stage, the test animal is introduced into the gantry of a computed tomograph, then the finished dosage form is administered, a hepatospecific X-ray contrast agent for MR contrast based on gadoxetic acid with a concentration of 181.430 mg/ml in the maximum tolerated dose with a single administration to mice for 1.5 minutes, 5.5 μl/sec or 0.33 ml/min and scan the area of interest, including the possibility of dynamic scanning. The resulting CT images of the liver are compared with a calibration curve, which is obtained by successively diluting the contrast agent in microtubes of a phantom model and then shooting them in a CT machine. If the dynamics of distribution and retention of the contrast agent in the organ differ significantly from the calibration curve, then it is necessary to analyze the presence of malignant neoplasms.

Предварительные экспериментальные данные позволили сделать вывод, что введение гепатоспецифического контрастного средства, которое предназначено для MP-визуализации может использоваться для экспериментальной визуализации печени мыши при проведении КТ-сканирования. Для проверки качества визуализации и для оценки возможности применения гепатоспецифического MP-контрастного средства был использован фантом, состоявший из микропробирок с содержимым, имеющим разные рентгенологические свойства, и имитирующие изолированный орган, в котором произошло накопление и/или удержание гепатоспецифического контраста.Preliminary experimental data led to the conclusion that the introduction of a hepatospecific contrast agent, which is intended for MP imaging, can be used for experimental imaging of the mouse liver during CT scanning. To check the quality of visualization and to evaluate the possibility of using a hepatospecific MP contrast agent, a phantom was used, which consisted of microtubes with contents having different radiological properties and simulating an isolated organ in which the accumulation and/or retention of hepatospecific contrast occurred.

На фигуре 1а изображено расположение микропробирок: А - микропробирка с воздухом, Б - микропробирка с дистиллированной водой, В - микропробирка с «Примовистом» 0,25М, которые были сняты в режиме оптической черно-белой фотографии.Figure 1a shows the arrangement of microtubes: A - microtube with air, B - microtube with distilled water, C - microtube with "Primovist" 0.25 M, which were taken in optical black and white photography mode.

На фигуре 1б - КТ-изображения этих же микропробирок. Динамический диапазон изображения: -1500÷2000 HU. А - микропробирка с воздухом-1000±4 HU; Б - микропробирка с дистиллированной водой - 2±3 HU; В -микропробирка с «Примовистом» 0,25 М по действующему веществу - 1743±6 HU). Таким образом, были получены типичные 3 варианта КТ-изображений, различающихся по значению рентгеноплотности: (1) воздух (значение рентгеноплотности принято в данном исследовании за 0); (2) контраст в максимальной концентрации (значение рентгеноплотности принято в данном исследовании за 1) без разбавления; (3) вода (в том числе, любая жидкость без контрастирующего агента, может иметь значение 1). При необходимости, по условной прямой «воздух-препарат» или «воздух-вода» или «препарат-жидкость» можно провести серийные измерения, получающихся рентгеноплотностей в микропробирках и по их данным откалибровать прибор так, чтобы его рабочие характеристики удовлетворяли требованиям исследования.Figure 1b shows CT images of the same microtubes. Dynamic range of the image: -1500÷2000 HU. A - microtube with air - 1000±4 HU; B - microtube with distilled water - 2±3 HU; B - microtube with “Primovist” 0.25 M for active substance - 1743 ± 6 HU). Thus, typical 3 variants of CT images were obtained, differing in radiodensity value: (1) air (the radiodensity value was taken as 0 in this study); (2) contrast at maximum concentration (the radiodensity value is taken as 1 in this study) without dilution; (3) water (including any liquid without a contrast agent, may have a value of 1). If necessary, using the conditional straight line “air-drug” or “air-water” or “drug-liquid”, you can carry out serial measurements of the resulting X-ray densities in microtubes and, using their data, calibrate the device so that its performance characteristics meet the requirements of the study.

В данном случае, оптимальными были выбраны следующие параметры проведения сканирования:In this case, the following scanning parameters were chosen as optimal:

Напряжение рентгеновской трубки - 50 кВ;X-ray tube voltage - 50 kV;

Ток рентгеновской трубки - 0,21 мА;X-ray tube current - 0.21 mA;

Время экспозиции проекции - 75 мс;Projection exposure time - 75 ms;

Угол шага рентгеновской трубки - 0,5°;X-ray tube pitch angle - 0.5°;

Фильтр рентгеновской трубки - Al 100+400 мкм.X-ray tube filter - Al 100+400 microns.

Параметры реконструкции и обработки изображения:Reconstruction and image processing parameters:

Размер вокселя - 60 мкм;Voxel size - 60 µm;

Фильтр изображения - Gaussian Smooth 0.18 мм.Image filter - Gaussian Smooth 0.18 mm.

Используя встроенное программное обеспечение прибора, основанное на стандартных методах восстановления КТ-изображений, были получены объемные карты линейного коэффициента рентгеновского поглощения (стандартные КТ-изображения).Using the instrument's built-in software, based on standard CT image reconstruction methods, volumetric linear X-ray absorption coefficient maps (standard CT images) were obtained.

Таким образом, было принято решение о проведении исследования с целью получения изображения печени лабораторных грызунов (мыши, крысы) методом компьютерной томографии в первые 3-5 минут сканирования при постоянной подаче гепатоспецифического рентгеноконтрастного средства через системы регулируемого протока (можно получать необходимую степень накопления в органе с постоянным мониторированием по минутам).Thus, it was decided to conduct a study to obtain images of the liver of laboratory rodents (mice, rats) using computed tomography in the first 3-5 minutes of scanning with a constant supply of a hepatospecific radiocontrast agent through a controlled duct system (it is possible to obtain the required degree of accumulation in the organ with constant monitoring minute by minute).

Технический результат. Предложенный нами способ контроля скорости поступления контрастного средства в организм животного позволяет обеспечить исследователю возможность оценить накопление контрастного средства в зонах интереса (печень), определить динамику поступления его в паренхиму органа и/или опухоль, определить локализацию, степень и распространенность патологических изменений печени в том случае, если это необходимо. Отличием от прототипа является возможность контроля скорости поступления препарата в организм изучаемого животного, что позволяет подробно рассмотреть основные зоны паренхимы печени, сохранившие свои физиологические функции.Technical result. Our proposed method for monitoring the rate of entry of a contrast agent into the animal’s body allows the researcher to assess the accumulation of a contrast agent in areas of interest (liver), determine the dynamics of its entry into the organ parenchyma and/or tumor, determine the localization, degree and prevalence of pathological changes in the liver in that case , if necessary. The difference from the prototype is the ability to control the rate of entry of the drug into the body of the animal being studied, which allows us to examine in detail the main areas of the liver parenchyma that have retained their physiological functions.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими фигурами:The inventive method is illustrated by the following figures:

На фиг. 1 - черно-белая фотография (а) и КТ-изображение (б) микропробирок, составляющих основу фантомной модели, в которых находится воздух, вода и рентгенологический контраст «Примовист» 0,25М для контрастирования печени.In fig. 1 - black and white photograph (a) and CT image (b) of microtubes that form the basis of the phantom model, which contain air, water and X-ray contrast “Primovist” 0.25 M for contrasting the liver.

На фиг. 2 - компьютерная томограмма тела мыши: а - корональная проекция до введения контраста; б - корональная проекция после введения контраста, прямоугольником выделена зона интереса - печень.In fig. 2 - computed tomogram of the mouse body: a - coronal projection before contrast injection; b - coronal projection after contrast injection, the area of interest - the liver - is highlighted with a rectangle.

На фиг. 3 - компьютерная томограмма тела мыши: а - сагиттальная проекция до введения контраста; б - сагиттальная проекция после введения контраста, прямоугольником выделена зона интереса - печень.In fig. 3 - computed tomogram of the mouse body: a - sagittal projection before contrast injection; b - sagittal projection after contrast injection, the area of interest - the liver - is highlighted with a rectangle.

На фиг. 4 - динамика изменения рентгеноплотности паренхимы печени мыши после однократного введения контрастного лекарственного средства. Рентгеноплотность в момент времени t=0 мин на графике соответствует средней рентгеноплотности печени до введения «Примовиста». Погрешность средней рентгеноплотности обусловлена приборной погрешностью и неоднородностью исследуемого объема.In fig. 4 - dynamics of changes in the radiodensity of mouse liver parenchyma after a single injection of a contrast drug. The radiodensity at time t=0 min on the graph corresponds to the average radiodensity of the liver before the administration of Primovist. The error in the average X-ray density is due to instrument error and the heterogeneity of the volume under study.

Способ осуществляется следующим образом. У экспериментальных животных инициируют наркозный сон, обеспечивают доступ к периферической вене, в которой устанавливают внутривенную канюлю/иглу для инъекций и обеспечивают возможность бесперебойного поступления лекарственного средства в кровоток. По завершении данного этапа проводят введение исследуемого животного в гентри компьютерного томографа.The method is carried out as follows. Anesthesia sleep is initiated in experimental animals, access to a peripheral vein is provided, in which an intravenous cannula/injection needle is installed, and the uninterrupted flow of the drug into the bloodstream is ensured. Upon completion of this stage, the animal under study is introduced into the gantry of a computed tomograph.

Далее обеспечивают введение готовой лекарственной формы -гепатоспецифического рентгеноконтрасного средства для МР-контрастирования на основе гадоксетовой кислоты с концентрацией 181,430 мг/мл в объеме 500 мкл (максимально переносимая доза при однократном введении мышам) [Döhr О, Hofmeister R, Treher М, Schweinfurth Н. Preclinical safety evaluation of Gd-EOB-DTPA (Primovist). Invest Radiol. 2007;42(12):830-41. doi: 10.1097/RLI.0b013e318137a471; Schmitz SA, Wagner S, Schuhmann-Giampieri G, Krause W, Wolf KJ. A prototype liver-specific contrast medium for CT: preclinical evaluation of gadoxetic acid disodium, or Gd-EOB-DTPA. Radiology. 1997;202(2):407-l2. doi: 10.1148/radiology.202.2.9015066] в течение 1,5 минуты (5,5 мкл/сек или 0,33 мл/мин) и проводят сканирование зоны интереса, в том числе с возможностью динамического сканирования. Сканирование проводили в следующих условиях: компьютерная томография (КТ) в томографе MiLabs VECTor6 (Нидерланды). Постобработка и анализ изображений проводится в программе PMod.Next, the finished dosage form is administered - a hepatospecific X-ray contrast agent for MR contrast based on gadoxetic acid with a concentration of 181.430 mg/ml in a volume of 500 μl (the maximum tolerated dose for a single administration to mice) [Döhr O, Hofmeister R, Treher M, Schweinfurth N. Preclinical safety evaluation of Gd-EOB-DTPA (Primovist). Invest Radiol. 2007;42(12):830-41. doi: 10.1097/RLI.0b013e318137a471; Schmitz SA, Wagner S, Schuhmann-Giampieri G, Krause W, Wolf KJ. A prototype liver-specific contrast medium for CT: preclinical evaluation of gadoxetic acid disodium, or Gd-EOB-DTPA. Radiology. 1997;202(2):407-l2. doi: 10.1148/radiology.202.2.9015066] for 1.5 minutes (5.5 μl/sec or 0.33 ml/min) and scan the area of interest, including the possibility of dynamic scanning. The scan was performed under the following conditions: computed tomography (CT) in a MiLabs VECTor6 tomograph (Netherlands). Post-processing and analysis of images is carried out in the PMod program.

Результат получаемых томограмм - фигуры 2-3;The result of the obtained tomograms is figures 2-3;

Динамические характеристики - фигура 4.Dynamic characteristics - figure 4.

Основанием для предлагаемого способа являются результаты экспериментальных исследований на фантомных моделях и выполненных на мышах, массой 20-25 г. После получения КТ-изображения гепатоспецифического контрастного средства и расчетов, возможных для введения доз лекарственного средства, мыши были отобраны и помещены в бокс для ингаляционной подачи изофлурана. Далее обеспечивали доступ к периферической вене для введения контрастного агента, после чего укладывали животное в специализированное удерживающее устройство - кроватку - для компьютерной томографии с постоянным притоком изофлурана и начинали сканирование.The basis for the proposed method is the results of experimental studies on phantom models and performed on mice weighing 20-25 g. After obtaining a CT image of a hepatospecific contrast agent and calculations possible for administering doses of the drug, the mice were selected and placed in a box for inhalation delivery isoflurane. Next, access to a peripheral vein was provided for the administration of a contrast agent, after which the animal was placed in a specialized holding device - a crib - for computed tomography with a constant flow of isoflurane and scanning began.

Таким образом, был разработан и апробирован способ получения изображения печени мышей при прижизненной лучевой визуализации, в том числе и для оценки наличия и динамики роста злокачественных новообразований. Этот подход, применяемый для нужд экспериментальной онкологии, позволил решить следующие задачи:Thus, a method for obtaining images of the liver of mice during intravital radiation imaging was developed and tested, including for assessing the presence and growth dynamics of malignant tumors. This approach, used for the needs of experimental oncology, allowed us to solve the following problems:

(1) выявить и оконтурить печень, точно визуализировав границы органа от прилежащих селезенки и петель кишечника (Фиг. 2 и 3);(1) identify and delineate the liver, accurately visualizing the boundaries of the organ from the adjacent spleen and intestinal loops (Figs. 2 and 3);

(2) установить динамику накопления MP-контрастного средства на основе гадоксетовой кислоты с концентрацией 181,430 мг/мл при введении его в максимально допустимых для мышей данного веса объемах (Фиг. 4);(2) establish the dynamics of accumulation of an MP contrast agent based on gadoxetic acid with a concentration of 181.430 mg/ml when administered in the maximum volumes allowed for mice of a given weight (Fig. 4);

(3) получить изображение печени целиком и определить время максимального накопление препарата в органе - с сороковой и до девяностой минуты наблюдения, что соответствовало рентгеноплотности 220-235 HU (Фиг. 2-4).(3) obtain an image of the entire liver and determine the time of maximum accumulation of the drug in the organ - from the fortieth to the ninetieth minute of observation, which corresponded to a radiodensity of 220-235 HU (Fig. 2-4).

Рентгеноплотность паренхимы печени (фиг. 4) в момент времени 0 мин соответствует средней рентгеноплотности печени до введения «Примовиста». С течением времени происходит накопление препарата (с 0 мин до 90 мин), потом следует фаза его удержания (с 91 мин до 160 мин), после чего выведения (с 161 мин до конца наблюдения). Таким образом, при необходимости можно получить динамические характеристики движения препарата по рабочей ткани печени, ориентируясь на данные, представленные на фиг. 4. Если же динамика распределения и удержания препарата в органе каким-либо образом значимо отличается от калибровочной кривой такого типа, то стоит говорить о том, что паренхима имеет неоднородную структуру и необходимо проанализировать наличие злокачественных новообразований.The radiodensity of the liver parenchyma (Fig. 4) at time 0 min corresponds to the average radiodensity of the liver before the administration of Primovist. Over time, the drug accumulates (from 0 min to 90 min), followed by a retention phase (from 91 min to 160 min), followed by elimination (from 161 min to the end of observation). Thus, if necessary, it is possible to obtain dynamic characteristics of the movement of the drug through the working tissue of the liver, focusing on the data presented in Fig. 4. If the dynamics of distribution and retention of the drug in the organ in any way significantly differs from a calibration curve of this type, then it is worth saying that the parenchyma has a heterogeneous structure and it is necessary to analyze the presence of malignant neoplasms.

Данный способ позволяет получать данные без выведения животных из экспериментальной работы, что актуально для отработки методик экспериментальной онкологии, а именно при моделировании органотропных злокачественных новообразований, их метастазов и, в частности, первичных опухолей печени.This method makes it possible to obtain data without removing animals from experimental work, which is important for developing methods of experimental oncology, namely when modeling organotropic malignant neoplasms, their metastases and, in particular, primary liver tumors.

Claims (1)

Способ проведения экспериментальной прижизненной компьютерной (КТ) томографии печени мышей, заключающийся в том, что у мыши инициируют наркозный сон, далее вводят мыши МР-контрастное вещество на основе гадоксетовой кислоты «Примовист» в объеме 500 мкл в течение 1,5 мин и проводят КТ печени мыши, на полученных изображениях печени определяют рентгенологическую плотность в зоне интереса и строят кривую «рентгенологическая плотность – время исследования», сопоставляют полученную кривую с калибровочной кривой «рентгенологическая плотность – время исследования», которую строят так, что в момент времени 0 мин рентгенологическая плотность соответствует средней рентгенологической плотности печени до введения «Примовиста», на 90 мин рентгенологическая плотность достигает максимального значения 220-235 HU, с 91 мин до 160 мин наступает фаза удержания, на которой рентгенологическая плотность равна 220-235 HU, с 161 мин до конца времени исследования наступает фаза выведения, на которой рентгенологическая плотность снижается.A method for conducting experimental intravital computed tomography (CT) tomography of the liver of mice, which consists in initiating anesthetized sleep in the mouse, then injecting the mouse with an MR contrast agent based on gadoxetic acid “Primovist” in a volume of 500 μl for 1.5 minutes and performing a CT scan mouse liver, on the obtained images of the liver, determine the X-ray density in the area of interest and construct a curve “X-ray density - study time”, compare the resulting curve with the calibration curve “X-ray density - study time”, which is constructed so that at time 0 min the X-ray density corresponds to the average radiological density of the liver before the introduction of Primovist, at 90 minutes the radiological density reaches a maximum value of 220-235 HU, from 91 minutes to 160 minutes the retention phase begins, in which the radiological density is 220-235 HU, from 161 minutes to the end of time The study begins the elimination phase, during which the radiological density decreases.
RU2022124627A 2022-09-19 Method for obtaining contrast-enhanced ct images of liver of small laboratory rodents during intravital radiation imaging to asses the presence and growth dynamics of malignant neoplasms RU2804844C9 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2804844C1 RU2804844C1 (en) 2023-10-06
RU2804844C9 true RU2804844C9 (en) 2023-11-30

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2202276C2 (en) * 2000-03-06 2003-04-20 Институт хирургии им. А.В. Вишневского РАМН Method for modeling surgical intervention on visceral organs
RU2771257C1 (en) * 2020-12-28 2022-04-29 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения "Научно-исследовательский институт - краевая клиническая больница N1 имени профессора С.В. Очаповского" Министерства здравоохранения Краснодарского края (ГБУЗ "НИИ - ККБ N1 им. проф. Очаповского" Минздрава Краснодарского края) Method for differential diagnosis of diffuse and focal hepatic diseases
RU2779358C1 (en) * 2021-12-20 2022-09-06 федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр онкологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method for creating an experimental model of tumor growth in conditions of hypothyroidism

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2202276C2 (en) * 2000-03-06 2003-04-20 Институт хирургии им. А.В. Вишневского РАМН Method for modeling surgical intervention on visceral organs
RU2771257C1 (en) * 2020-12-28 2022-04-29 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения "Научно-исследовательский институт - краевая клиническая больница N1 имени профессора С.В. Очаповского" Министерства здравоохранения Краснодарского края (ГБУЗ "НИИ - ККБ N1 им. проф. Очаповского" Минздрава Краснодарского края) Method for differential diagnosis of diffuse and focal hepatic diseases
RU2779358C1 (en) * 2021-12-20 2022-09-06 федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр онкологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method for creating an experimental model of tumor growth in conditions of hypothyroidism

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHAU J. et al. Use of gadoxetic acid for computed tomographic cholangiography in healthy dog. American Journal of Veterinary Research. 2017, Volume 78, Issue 7, pp. 828-839. VON FALCK C. et al. Combined microPET/CT for imaging of hepatocellular carcinoma in mice. Frontiers in Bioscience. 2009, 14, pp. 2193-2202. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tsushima et al. The portal component of hepatic perfusion measured by dynamic CT (an indicator of hepatic parenchymal damage)
JP5775310B2 (en) Computer-based method and system for imaging-based assessment of organ dynamic function
Suga et al. Breast sentinel lymph node mapping at CT lymphography with iopamidol: preliminary experience
Lois et al. Effect of MR contrast agents on quantitative accuracy of PET in combined whole-body PET/MR imaging
Zheng et al. Liposome contrast agent for CT‐based detection and localization of neoplastic and inflammatory lesions in rabbits: validation with FDG‐PET and histology
Makanyanga et al. Assessment of wall inflammation and fibrosis in Crohn’s disease: value of T1-weighted gadolinium-enhanced MR imaging
US10617312B2 (en) Perfusion imaging
Bargellini et al. Contrast‐enhanced ultrasonographic characteristics of adrenal glands in dogs with pituitary‐dependent hyperadrenocorticism
O'DELL‐ANDERSON et al. Determination of glomerular filtration rate in dogs using contrast‐enhanced computed tomography
Kaur et al. Comparison of different renal imaging modalities: an overview
RU2804844C9 (en) Method for obtaining contrast-enhanced ct images of liver of small laboratory rodents during intravital radiation imaging to asses the presence and growth dynamics of malignant neoplasms
RU2804844C1 (en) Method for obtaining contrast-enhanced ct images of liver of small laboratory rodents during intravital radiation imaging to asses the presence and growth dynamics of malignant neoplasms
Hashimoto et al. Quantitative tissue blood flow measurement of the liver parenchyma: comparison between xenon CT and perfusion CT
Lee et al. Evaluation of triphasic helical computed tomography of the kidneys in clinically normal dogs
Zanca et al. Prospective multicenter study on personalized and optimized MDCT contrast protocols: results on liver enhancement
Lee et al. Feasibility study of portable multi-energy computed tomography with photon-counting detector for preclinical and clinical applications
Veldhoen et al. Contrast-enhanced voiding urosonography phantom study: intravenous iodinated and gadolinium-based contrast agents may cause false-negative results in assessment of vesicoureteral reflux in children
Hoshika et al. Novel contrast-injection protocol for high-resolution abdominal CT-angiography: vascular visualization improvement with vasodilator
Sun et al. The feasibility of low-dose CT perfusion imaging in gastric cancer
Ardelean et al. The value of contrast-enhanced ultrasound in the characterization of vascular pattern of solid pancreatic lesions
Ritelli et al. Pancreatic cancer growth using magnetic resonance and bioluminescence imaging
RU2794034C1 (en) Method for introducing radiopaque substances into the body of laboratory rodents for intravital radiation imaging of internal organs to assess the growth dynamics of malignant organotropic neoplasms in experimental oncology
Feng et al. Bifunctional staining for ex vivo determination of area at risk in rabbits with reperfused myocardial infarction
Wächter 3D reconstruction of cerebral blood flow and vessel morphology from x-ray rotational angiography
Choi et al. Case report: Ultrasonographic and computed tomographic imaging features of hemochromatosis in a dog