本文所述方法采用18F-氟代脱氧葡萄糖（18F-FDG）正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET-CT）以及脂肪-水分离磁共振成像（MRI），在成年受试者分别暴露于热中性（24 °C）和寒冷（17 °C）环境2小时后进行扫描，以定位成人中的棕色脂肪组织（BAT）。
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本文内容
摘要
摘要
使用无创成像方法可靠地区分棕色脂肪组织（BAT）与其他组织，是研究人类BAT的重要步骤。通常通过正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET-CT）检测受试者在冷刺激后，放射性示踪剂18F-氟代脱氧葡萄糖（18F-FDG）在脂肪组织库中的摄取情况，以确认BAT的存在。水脂分离的磁共振成像（MRI）能够在不使用放射性示踪剂的情况下区分BAT。迄今为止，成年个体中BAT的MRI图像尚未与冷激活的PET-CT图像进行共配准。因此，本方案利用18F-FDG PET-CT扫描自动生成功能生成BAT掩模，然后将其应用于同一受试者的共配准MRI扫描。该方法可实现对BAT定量MRI特性的测量，而无需手动分割。BAT掩模由两次PET-CT扫描生成：受试者分别在热中性（TN）（24 °C）或冷激活（CA）（17 °C）条件下暴露2小时后进行扫描。将TN和CA状态下的PET-CT扫描图像进行配准，并利用PET标准化摄取值和CT Hounsfield值生成仅包含BAT的掩模。在同一受试者中也采集CA和TN状态下的MRI扫描图像，并将其与PET-CT扫描图像进行配准，以确定自动定义的BAT掩模内的定量MRI特性。该方法的优势在于分割过程完全自动化，且基于广泛认可的BAT激活识别方法（PET-CT）。通过本方案建立的BAT定量MRI特性，可为仅使用MRI进行BAT检查提供基础，从而避免PET-CT相关的辐射暴露。
引言
由于全球肥胖率显著上升，人们对旨在理解能量平衡的研究领域日益关注。肥胖可导致糖尿病、肝病、心血管疾病和癌症等代价高昂且具有破坏性的医学病症，因此成为公共卫生领域的重要关切问题1。在探索能量摄入与能量消耗平衡的研究中，一个重点领域是棕色脂肪组织（BAT）的研究。尽管被称为脂肪组织，但BAT在许多方面与更常见的白色脂肪组织（WAT）不同2。白色脂肪细胞的功能是在每个细胞中形成一个大的脂滴，用于储存甘油三酯，并在需要时将这些甘油三酯释放入血流作为能量来源。而棕色脂肪细胞的功能则截然不同，其主要功能是产热。其中一种产热机制是通过暴露于寒冷环境实现的。寒冷刺激会增加交感神经系统的活动，进而激活BAT。当被激活时，棕色脂肪细胞产生热量。为此，它们利用每个细胞中多个小脂滴内储存的甘油三酯，并通过大量线粒体中表达的解偶联蛋白1（UCP1），将甘油三酯转化为代谢底物而不生成ATP，从而以热能形式释放熵增能量。随着小脂滴中储存的甘油三酯被消耗，脂肪细胞会从血流中摄取葡萄糖和甘油三酯3。
近年来，由于棕色脂肪组织（BAT）在非颤抖性产热中的作用、其对机体能量消耗的调节功能，以及BAT与肥胖之间可能存在的负相关关系，人们对研究BAT的兴趣显著增加3–9。此外，近期的动物研究表明，BAT在清除血液中的甘油三酯和葡萄糖方面发挥关键作用，尤其是在摄入高脂餐后10,1....
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方案
注意：本研究所已获得当地伦理委员会批准，所有受试者在参与前均签署书面知情同意书。受试者需满足以下条件方可入组：无已知糖尿病；目前或既往未使用β受体阻滞剂或抗焦虑药物；目前或既往不吸烟或咀嚼烟草制品；每日摄入咖啡因不超过4杯；每日饮酒不超过2杯；若为女性，则未怀孕或哺乳。
注意：在本研究中，每位参与者需接受四项检查：两次磁共振成像（MRI）和两次正电子发射断层扫描-计算机断层扫描（PET-CT）。每项检查在不同日期进行，每种成像方式均在热中性环境（24.5 ± 0.7 °C，即76.2 ± 1.3 °F）和低温环境（17.4 ± 0.5 °C，即63.4 ± 0.9 °F）下各进行一次。扫描顺序不作特定安排，以尽量减少因按固定顺序对受试者进行加热或冷却而可能产生的数据偏倚。单次PET-CT扫描的总有效辐射剂量为6.4 mSv（毫西弗），院内放射科医师建议每次扫描之间至少间隔24小时。
1. 一般性磁共振成像安全与成像注意事项
- 由于磁共振成像（MRI）设备的主磁场始终处于开启状态，需注意确保患者及所有在磁共振区域工作的人员的安全。应清除受试者及该区域内所有人员身上的磁性物品。
- 在招募受试者阶段，应询问其体内是否有金属植入物43。此外，需让受试者完成磁共振安全筛查流程44，以确认其体内任何金属均符合MRI检查的安全要求。此项初步检查有助于排除无法完成MRI扫描的受试者，避免后续知情同意无....
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结果
在同一受试者身上同时获取MRI和PET-CT扫描图像，并对所有扫描图像进行配准，可实现对棕色脂肪组织（BAT）定量MRI指标的可靠测量。图1显示了一名受试者未经处理的常温（TN）和冷刺激（CA）状态下的PET-CT及MRI扫描图像。通过获取TN和CA两种状态下的PET-CT数据，可根据18F-FDG摄取量的增加清晰识别冷刺激激活的BAT区域。在对全部四组扫描图像进行配准后（图2和图3），可基于PET-CT图像提取的判据生成个体化的BAT掩膜，如图4所示。该掩膜随后可应用于四组配准后的图像，以获取BAT区域内的影像学指标。一名受试者的代表性数值见表1。
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讨论
本研究方案旨在利用热中性状态和冷激活状态下的PET/CT扫描，对受试者个体化的棕色脂肪组织（BAT）储存区域进行自动分割。这些自动生成的兴趣区域可进一步应用于同一受试者的、已与PET/CT扫描图像配准的热中性状态和冷激活状态的MRI扫描。据我们所知，这是首次在同一健康成年志愿者身上，在热中性与冷激活条件下同时进行MRI和PET/CT成像的研究。本方案共需四次访视，每次访视进行一次成像检查。通过该方法的进一步分析，可利用PET确认的兴趣区域，精确确定成人棕色脂肪组织的MRI特征参数。这将使未来的研究有可能仅通过MRI来检测和定量人体内的棕色脂肪组织。与目前作为成像检测BAT事实金标准的PET不同，采用MRI成像可避免辐射暴露。此外，涉及儿科受试者或需长期随访的纵向研究若采用MRI检测BAT，亦不会产生辐射暴露问题。由于棕色脂肪组织更常见于体型较瘦的个体，且与其他代谢综合征指标呈负相关，因此增加BAT的质量或活性可能有助于对抗肥胖3,6,8,9,11,48,50,51。因此，无创性地检测和定量BAT的能力，将有助于更深入理解BAT在肥胖和代谢中的作用。未来的基于MRI的方法可用于纵向研究，以评估旨在增加BAT数量或活性.......
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披露
作者声明不存在相互竞争的经济利益或其他利益冲突。
致谢
我们感谢范德堡大学影像科学研究所的 MRI 技术人员 David Pennell、Leslie McIntosh 和 Kristen George-Durrett，以及由 Martha D. Shone 领导的范德堡大学医学中心 PET/CT 技术人员团队。本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）以下资助项目的支持：NCATS/NIH UL1 RR024975、NIDDK/NIH R21DK096282、NCI/NIH R25CA136440 和 NIBIB/NIH T32EB014841。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| MRI | Philips | Achieva 3T | |
| MRI 胸部 XL 线圈 | Philips | Philips SENSE XL 胸部线圈 16 通道 | |
| MRI X-tend 检查床 | X-Tend | X-tend 检查床，适用于 Achieva 3T | |
| X-tend 手臂支撑架 | X-Tend | X-tend 配件 | |
| X-tend 织物吊带 | X-Tend | X-tend 配件 | |
| PET/CT | GE | Discovery STE | |
| 便携式空调机组 | Soleus Air | XL-140，14000 BTU | |
| 落地风扇 | Lasko 落地扇 | 2527 | |
| 便携式加热器 | Lasko 陶瓷空气加热器 | 5536 | |
| 座椅 | Winco Lifecare 可躺式座椅 | 585 | |
| 舌下体温计 | WelchAllyn | SureTemp Plus 690 | |
| 降温背心 | Polar Products | Cool58 #PCVZ | |
| 热成像红外相机 | FLUKE | TIR-125 |
参考文献
- Eckel, R. H., Alberti, K. G. M. M., Grundy, S. M., Zimmet, P. Z. The metabolic syndrome. Lancet. 375 (9710), 181-183 (2010).
- Cinti, S. Between brown and white: novel aspects of adipocyte differentiation. Annals of Medicine. 43 (2), 104-115 (2011).
- Stephens, M., Ludgate, M., Rees, D. A. ....
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重印与许可
