使用放射性示踪剂对人脑进行正电子发射断层扫描成像

摘要

资料来源：Jamadar， S. 等人。放射性示踪剂给药用于人脑高时间分辨率正电子发射断层扫描：在 FDG-fPET 中的应用。J. Vis. Exp.（2019年）

该视频演示了使用正电子发射断层扫描 （PET） 量化脑葡萄糖代谢。在扫描过程中，参与者被输注示踪剂 F-18 氟脱氧葡萄糖 （FDG）。FDG 在活跃神经元中积累并在 F-18 衰变时发射正电子。这些正电子与电子相互作用，产生 PET 扫描仪检测到的光子，以创建高分辨率的大脑活动图。

方案

所有涉及人类参与者的程序均已按照机构、国家和国际人类福利准则执行，并已经过当地机构审查委员会的审查。

1. 所需设备和人员

扫描

1. 仪室、放射化学实验室和一般材料请参阅材料表。放射性示踪剂使用了一家商业供应商。
2. 在同步磁共振成像 - 正电子发射断层扫描 （MRI-PET） 环境中，使用四名人员：一名放射技师 （RG） 进行扫描，一名核医学技术专家 （NMT） 负责监督放射性示踪剂的管理和血液样本的采集，一名实验室助理 （LA） 负责旋转血液，以及一名研究助理 （RA） 负责监督实验设计和刺激呈现。

2. 准备

1. 通过 NMT
   1. 计算在扫描过程中将给药的输液量。在该协议中，输注速率为95分钟内0.01mL / s。因此，在 95 分钟的扫描中，参与者收到 0.01 mL/s x 60 s x 95 min = 57 mL。
   2. 计算将稀释到施用盐水溶液中的示踪剂剂量。在该协议中，在 95 分钟内向参与者施用总剂量为 260 MBq。选择该剂量是为了将辐射暴露限制在 4.9 毫西弗，根据澳大利亚辐射防护和核安全局 （ARPANSA） 关于人类暴露于电离辐射的指南，将辐射暴露限制在"低水平风险"分类范围内。衰减从输液点中间（47.5 分钟）校正 260 MBq 回到 T0。使用公式 1，求解 A₀ 其中 A_t 是输注中间时间点的放射性 （MBq），A₀ 是初始放射性，λ 是示踪剂特有的放射性衰变常数。对于FDG，的值为λ≈0.693/T_1/2。T_1/2 是 ¹⁸F（110 分钟）的半衰期。
      注意：在本例中，A_t = 260 MBq，λ = 0.693/110，t = -47.5，因此 A₀ = 350.942 MBq。
   3. 计算将用于向参与者施用剂量的 100 mL 生理盐水袋所需的放射性示踪剂剂量。将生理盐水袋所需的放射性示踪剂稀释至总体积5mL，并在5mL注射器中抽取。因此，对于 100 mL 生理盐水袋，稀释因子是生理盐水的体积 （100 mL） 以及含有放射性示踪剂的注射器的 5 mL 体积。105 mL 的总体积除以 57 mL 的输注体积（即 105 mL/57 mL = 1.842）。因此，添加到 100 mL 袋中所需的 5 mL 体积中的总放射性为 A₀ x 稀释因子（即 350.942 MBq x 1.842 = 646.44 MBq）。无菌地将放射性示踪剂添加到盐水袋中。
      注意：重要的是要注意，添加到盐水袋中的计算出的活性为646.44 MBq，是输注开始时所需的活性。通常，该方案的剂量在给药前 15 分钟至 1 小时之间制备。因此，重要的是要考虑放射性同位素的衰变。2.1.2 中的方程 1。可用于解释这一点，其中时间 （t） 是从制备剂量到施用活动的总分钟数，A_t = 646.44 MBq，通过求解 A₀。
   4. 准备启动剂量。从袋子中取出 20 mL 到注射器中并盖上盖子。校准此 20 mL 注射器和标签。注射器经过校准作为参考检查，以确保放射性均匀分散在盐水袋内。
   5. 准备剂量。使用 50 mL 注射器从袋子中取出 60 mL，并用红色 Combi 塞盖上盖子。该注射器未经过校准，因为放射性的浓度从将其添加到盐水袋中时就已知道（步骤 2.1.3）。将两个注射器存放在放射化学实验室中，直到准备好扫描。
      注意：可以在 50 mL 注射器中抽取 60 mL 体积，因为 Terumo 注射器标记为比标记体积高 20%（即，50 mL 注射器标记为 60 mL）。
   6. 准备参考剂量。用大约 480 mL 蒸馏水填充 500 mL 容量瓶。将 10 MBq 的 ¹⁸F 氟脱氧葡萄糖 （¹⁸F-FDG） 吸入注射器中，衰减校正为扫描开始时间（使用公式 1），并将其添加到烧瓶中。用更多的蒸馏水将体积增加到 500 mL 标记并充分混合。在注射器校准前和校准后贴上标签。
2. NMT
   1. 一旦参与者被定位在扫描仪中，如果发生阻塞，就几乎没有空间来纵或挽救输液或血液样本的管线。准备扫描室，以尽量减少线路堵塞的可能性。
   2. 确保所有采血设备都在采集地点的触手可及的地方。将垫子放在插管末端和任何可以容纳血液容器的表面上。将普通废物和生物危害废物的垃圾箱放在采血地点触手可及的地方。
3. 通过 NMT 准备输液泵
   在
   1. 扫描仪室中将连接到参与者的一侧设置输液泵。在泵底部周围建造铅砖，并将铅屏蔽层放置在泵前面。连接将输液输送给参与者的输液泵的管道，并确保输入了正确的输液速率。对于该协议，速率为 0.01 mL/s。
   2. 在将管道连接到参与者的插管之前，先灌注管道。将 20 mL 启动剂量连接到输液泵。在将连接到参与者的管道末端，连接一个三通水龙头和一个空的 20 mL 注射器。确保水龙头的位置允许 ¹⁸F-FDG 溶液从启动剂量流过管道，并仅收集到空注射器中。
   3. 预设输液泵以灌注 15 mL 的体积。选择泵上的灌注按钮，然后按照提示灌注管线。
   将
   4. 50 mL 剂量注射器连接到输液泵以代替启动剂量。三通水龙头上的 15 mL 灌注剂量可以保留在那里，直到参与者准备好连接到泵。
参与者
4. 通过 NMT、RA 和 RG
   1. 建议参与者在扫描前禁食 6 小时，并且只喝水（大约两杯）。
   2. 让 RA 执行同意程序并采取额外措施（例如，人口统计调查、认知电池等）。让 NMT 和 RG 进行安全筛查，NMT 审查 PET 扫描的安全性（例如，排除怀孕、糖尿病、过去 8 周内的化疗或放疗以及已知过敏），并让 RG 审查参与者对 MRI 扫描的安全性（例如，排除怀孕、医疗或非医疗金属植入物、不可拆卸牙种植体、幽闭恐惧症）。
   给
   3. 参与者插管。
      1. 使用两个插管：一个用于剂量给药，另一个用于采血。最合适的插管因参与者而异，但应保留最合适的静脉用于采血。22 克插管是首选的最小尺寸。在插管时收集 10 mL 基线血样。在压力下断开所有生理盐水冲洗器，以保持管线的通畅性。
      从
      2. 基线样本测试参与者的血糖水平和其他基线血液测量值（例如血红蛋白）。
通过
5. RG 和 NMT 在扫描仪中定位参与者
   1. 让 RG 将参与者定位在扫描仪中。对于长时间扫描，必须确保舒适度，以降低参与者因不适而退出和运动伪影的风险。参与者应盖上一次性毯子，以保持舒适的体温。
   2. 在连接输液管之前，让 NMT 冲洗插管以确保其通畅且阻力最小。连接后，可以在手腕附近轻轻粘住管子。指导参与者保持手臂伸直。使用泡沫或垫子等支撑物来获得舒适感。让 NMT 还检查将用于血浆样本的插管，以确保它能够以最小的阻力抽血。可能需要连接一根涂有生理盐水的延长管，以使参与者在扫描仪中时更容易接近插管。如果需要，应检查是否有泄漏。
   3. 一旦受试者进入扫描仪孔，让 NMT 检查他们是否可以适当地接触两个插管。
   4. 如果采血管管、输液插管或输液泵在扫描过程中的任何时间出现任何问题（例如，闭塞、电池、外渗），请让 NMT 通知 RG 和 RA。

3. 扫描参与者

1. 使用 NMT、RG 和 RA
   扫描
   1. 开始时，将 NMT 放置在扫描仪室中以监控输液设备。确保 NMT 佩戴听力保护装置并尽可能使用屏障防护罩，以尽量减少剂量的辐射暴露。
   2. 当 RG 执行定位器扫描以确保参与者处于正确的位置时，请检查 PET 采集的详细信息（例如，扫描持续时间、列表模式数据收集、正确的同位素）。
   3. 设计协议，以便 PET 采集将从第一个 MRI 序列开始。RG 准备并启动 MRI 序列。95 分钟 PET 采集的开始时间锁定到 MRI 序列的开始时间。如果需要，NMT应在获取PET时提供推注（图1）。
   4. 启动输液泵。RG 应在 PET 采集开始后 30 秒向 NMT 发出信号（例如，通过竖起大拇指的标志）启动泵。该协议在扫描开始时间后 30 秒启动输液泵，以在扫描失败时提供安全缓冲。这也确保了在 PET 扫描期间拍摄的第一张图像在放射性示踪剂给药之前对大脑进行索引，以收集完整的时间活动曲线数据。让 NMT 观察泵，以确保它已开始注入 ¹⁸F-FDG，并且管线没有立即阻塞。
   5. 让 RA 在约定的时间（即在功能运行/实验块开始时）启动任何外部刺激并计算血样的时间。让 RA 计算每个血样的预测时间，并向 NMT 和实验室助理 （LA） 提供副本。让 RA 确保 NMT 在大约正确的时间采集血样并监测设备（例如输液泵、刺激）是否有任何错误迹象。

结果

图1：FDG-fPET实验流程图。上图：在研究招募之前对参与者进行预筛选的程序。下图：仅推注（左）、仅输注（中）和推注/输注（右）方案的程序。括号内列出了负责每个程序的工作人员。部分标识符是指文本中描述过程的部分。*EXCL 表示参与者可能被排除在外的时间点，无论是 MR 或 PET 扫描不兼容还是不符合研究进入要求（例如，认知和心理要求）。NMT = 核医学技术专家，RA = 研究助理，RG = 放射技师，LA = 实验室助理。

材料