Comparison of ⁶⁸Ga- and fluorescence-labeled microspheres for measurement of relative pulmonary perfusion in anesthetized pigs

Summary

Aim: We compared ⁶⁸Gallium (⁶⁸Ga)- and fluorescence-labeled microspheres for measurement of pulmonary perfusion distribution in anesthetized pigs without lung injury. Methods: In two mechanically ventilated pigs, the distribution of pulmonary perfusion was marked in vivo with ⁶⁸Ga- and fluorescence-labeled microspheres in supine and prone position. After each injection, the distribution of ⁶⁸Ga-labeled microspheres was measured in vivo with positron emission tomography/ computed tomography (PET/CT) in the position in which microspheres were injected and vice versa. The distribution of fluorescence-labeled microspheres was measured ex vivo. Perfusion distributions were compared between methods and postures within four lung regions and along the ventro-dorsal gradient. After each injection of ⁶⁸Ga-labeled microspheres, changes in ventro-dorsal perfusion gradients induced by repositioning were compared for volume- and mass-normalized PET/CT measurements. Results: Regional and gradient analyses of in vivo and ex vivo measurements, respectively, consistently revealed higher pulmonary perfusion in dorsal than ventral regions in supine positioned animals. Both methods showed more pronounced perfusion gradients in supine compared to prone position. Changes in animal position were associated with alterations in the ventro-dorsal perfusion gradient when volume-, but not mass-normalization was conducted for PET/CT data. Conclusions: Ex vivo fluorescence- and in vivo ⁶⁸Ga-labeled microspheres measurements revealed similar perfusion distributions. Mass-normalized perfusion measurements by ⁶⁸Ga-labeled microspheres and PET/CT were not affected by positioning artifacts.

Zusammenfassung

Ziel: Die Studie diente dem quantitativen Vergleich von ex vivo und in vivo Messungen der pulmonalen Perfusion mittels Fluoreszenzbzw. ⁶⁸Gallium (⁶⁸Ga)-markierten Mikrosphären und Positronen-Emissions-Tomographie/ Computertomographie (PET/CT) in anästhesierten Tieren ohne Lungenschädigung. Methodik: Die pulmonale Perfusion wurde in zwei mechanisch beatmeten Schweinen in vivo mittels ⁶⁸Ga-markierten Mikrosphären und PET/CT und ex vivo mittels Fluoreszenzmarkierten Mikrosphären gemessen. Der Einfluss der Lage der Tiere auf die pulmonale Perfusionsverteilung wurde mittels beider Messverfahren durch jeweils zwei Mikrosphäreninjektionen in Rücken- bzw. Bauchlage untersucht. Die Perfusionsverteilung wurde in vier Lungenregionen sowie entlang des ventro-dorsalen Gradienten zwischen den Messmethoden verglichen. Weiterhin wurde analysiert, ob eine Umlagerung der Tiere von Rücken- auf Bauchlage und umgekehrt und eine damit verbundene Gewebsumverteilung die in vivo Messungen der ventro-dorsalen Perfusionsverteilung beeinflusst. Hierfür erfolgten PET/CT-Messungen der Verteilung von ⁶⁸Ga-markierten Mikrosphären sowohl in der Lage, in welcher die Mikrosphären injiziert wurden, als auch in der entgegengesetzten Position. Die Veränderung der ventrodorsalen Perfusionsverteilung wurde mittels des Perfusionsgradienten für Volumen- und Masse-normalisierte Perfusionsdaten analysiert. Ergebnisse: Die für die Auswertung der Fluoreszenz-markierten Mikrosphären erforderliche Lungenentnahme und Weiterverar-beitung führte zu deren Vergrößerung und Verformung. Beide Messverfahren detektierten stärkere Perfusionen in dorsalen im Vergleich zu ventralen Arealen in Rückenlage sowie größere ventro-dorsale Perfusionsunterschiede in Rückenlage als in Bauchlage. Eine Umlagerung der Tiere ohne erneute Mikrosphäreninjektion veränderte die ventro-dorsale Verteilung Volumen-normalisierter Perfusionsmessungen, während sich die Verteilung Masse-normalisierter Perfusionsdaten nicht änderte. Schlussfolgerung: Ex vivo und in vivo Perfusionsmessungen mittels Fluoreszenz- bzw. ⁶⁸Ga-markierten Mikrosphären detektierten übereinstimmende Perfusionsverteilungen, trotzdem die ex vivo Prozessierungen Lungendeformationen bedingten. Masse-, aber nicht Volumen-korrigierte PET/CT Messungen der Verteilung von ⁶⁸Ga-markierten Mikrosphären waren unbeeinflusst von Positionierungsartefakten, welche durch Umverteilung von Lungengewebe induziert wurden.

Keywords

Perfusion - ⁶⁸Gallium - fluorescence - microspheres - positron emission tomography

Schlüsselwörter

Perfusion - ⁶⁸Gallium - Fluoreszenz - Mikrosphärne - Positronen-Emissions-Tomographie

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