方法文章

分析 18FDG PET/CT 成像作为研究工具 结核分枝杆菌 非人灵长类动物的感染与治疗

DOI：

10.3791/56375

⸱

2017年9月5日

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Microbiology and Molecular Genetics, University of Pittsburgh School of Medicine, 2Department of Pediatrics, Children's Hospital of Pittsburgh, University of Pittsburgh Medical Center

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本文介绍了一种用于分析感染结核分枝杆菌（M. tuberculosis）的非人灵长类动物的18F-FDG PET/CT影像的实验方案，以研究疾病进程、药物治疗及疾病再激活过程。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mycobacterium tuberculosis 目前仍是全球头号传染性病原体。随着耐药菌株的出现，亟需开发新的、具有临床相关性的方法，以评估疾病进程并筛选潜在的抗生素和疫苗治疗方案。正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）已被确立为研究多种疾病（如癌症、阿尔茨海默病以及炎症/感染）的重要工具。本文概述了若干已用于评估经支气管低剂量感染M. tuberculosis的食蟹猴PET/CT图像的策略。通过分析CT图像中病灶的大小以及PET图像中病灶和淋巴结对18F-氟脱氧葡萄糖（FDG）的摄取情况，这些方法表明，PET/CT成像可预测活动性结核病与潜伏性结核病的未来发展，以及从潜伏感染状态发生再激活的可能性。此外，通过分析肺部整体炎症水平，这些方法可在目前最具临床相关性的动物模型中评估抗M. tuberculosis药物的抗生素疗效。这些影像分析方法是抗击该疾病最强大的工具之一，不仅能够评估感染和药物治疗的多种特征，还可直接转化应用于临床，服务于人类研究。

引言

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mycobacterium tuberculosis 已困扰人类数千年，目前仍是全球导致死亡人数最多的单一传染性病原体。2015年，全球报告的结核病（TB）新发病例达1050万例1，其中大多数病例来自印度、印度尼西亚、中国、尼日利亚、巴基斯坦和南非。据估计，同期全球因结核病死亡人数约为140万，这一数值比100年前的死亡率下降了近25%。尽管药物敏感型结核病可治愈，但治疗方案疗程长，需联合使用多种药物，患者依从性成为一大问题。2015年，耐多药（MDR）结核分枝杆菌株导致的新发结核病例约达58万例。目前对M. tuberculosis耐多药菌株感染患者的治疗成功率估计仅为50%左右。更令人担忧的是广泛耐药（XDR）M. tuberculosis菌株的出现，其对几乎所有可用药物均产生耐药性。因此，结核病研究领域亟需开发新技术，以提升结核病的诊断能力，加深对疾病过程免疫学机制的理解，并推动新型治疗方法和预防策略（包括抗生素治疗方案和疫苗有效性研究）的筛选。

M. tuberculosis 是一种需氧的抗酸杆菌，其物理特征为具有非常复杂的外层细胞壁和缓慢的生长动力学。感染通常通过吸入含有细菌的气溶胶液滴而发生，这些液滴由有症状的感染者在咳嗽、打喷嚏或唱歌时排出。在暴露后发生感染的个体中，仅有 5 - 10% 会发展为活动性临床结核病。其余约 90% 的感染者则表现为一系列无症状感染，其范围从亚临床感染到完全无疾病状态，临床上均归类为潜伏性结核感染（LTBI）2,3。在患有此类无症状感染的人群中，约有 10% 在其一生中会因体内潜伏感染的再激活而发展为活动性结核病。如果无症状感染者同时感染 HIV 或接受免疫抑制药物（如 TNF 抑制剂）治疗，其再激活风险将显著增加4,5,6。活动性结核病同样呈现为一个连续的临床谱，大多数患者表现为肺结核，主要影响肺部和胸内淋巴结。然而，M. tuberculosis 可感染任何器官，因此感染也可能出现在肺外部位。

M. tuberculosis 感染的病理学特征是一种由宿主细胞构成的有序球形结构，称为肉芽肿。巨噬细胞、T细胞和B细胞是肉芽肿的主要组成成分，其中还含有数量不等的中性粒细胞7。肉芽肿的中心通常发生坏死。因此，肉芽肿作为免疫微环境，可杀灭或限制结核杆菌，防止其扩散至肺部其他区域。然而，M. tuberculosis 能够逃避肉芽肿的杀灭作用，并可在这些结构中持续存活数十年。在新近感染或潜伏性结核感染（LTBI）再激活后，对活动性结核病的发生进行持续而规律的监测，既不切实际，又在科学上具有挑战性且耗时。能够在人体及类人动物模型中对这些过程进行纵向研究的技术，对于科学界深入理解 M. tuberculosis 感染与疾病的各种复杂机制极为重要。

PET/CT 是一种极为有用的成像技术，已被用于研究人类和动物模型中的多种疾病状态8正电子发射断层扫描（PET）是一种功能成像技术，利用发射正电子的放射性化合物作为示踪剂。这些放射性同位素通常被修饰至代谢物（如葡萄糖）或靶向基团上，后者设计用于结合特定目标受体。由于PET同位素发射的辐射具有足够强的组织穿透能力，因此可使用极低浓度的示踪剂，从而能够在受体靶向化合物未达到饱和水平时进行研究，并在使用如2-脱氧-2-(18F)氟代-D-葡萄糖（FDG）等示踪剂时，保持足够低的浓度以避免对代谢过程产生影响。18F）氟代脱氧葡萄糖（FDG）。CT 是一种三维X射线成像技术，通过不同水平的X射线衰减来识别体内器官的物理特征9当与PET联合使用时，CT被用作定位图，以确定显示PET放射性示踪剂摄取的具体位置和结构。PET/CT是一种强大的工具，用于 体内 对感染的人类和动物模型进行成像 M. tuberculosis 感染，已为发病机制、药物治疗反应、疾病谱等方面的研究提供了许多重要见解6,10,11,12本研究描述了利用PET/CT对非人灵长类动物模型中的结核病进行纵向分析的特定方法，所用参数包括肉芽肿大小、单个病灶的FDG摄取、全肺及淋巴结的FDG亲和力，以及肺外病变的检出。6,10,11,12.

本文描述了在非人灵长类动物（NHPs），特别是食蟹猕猴中进行成像分析的方法学，用于在感染后纵向评估疾病进展和药物治疗效果 M. tuberculosis非人灵长类动物是一种有价值的动物模型，因为当接种低剂量时 M. tuberculosis Erdman 菌株感染后，动物表现出多种疾病结局，约 50% 发展为活动性结核病，其余动物则呈现无症状感染（即 控制感染，潜伏性结核感染（LTBI），提供了最接近人类临床疾病谱的模型3,13,14,15,16. 活动性结核潜伏感染（LTBI）在猕猴中的再激活由与人类再激活相同的诱因引发，例如人类免疫缺陷病毒（HIV，使用猴免疫缺陷病毒（SIV）作为猕猴中的HIV模型）、CD4+细胞耗竭或肿瘤坏死因子（TNF）中和13,16此外，猕猴表现出的病理特征与人类极为相似，包括在肺部或其他器官中形成的结构化肉芽肿17因此，该模型为深入了解宿主与病原体之间的基本相互作用提供了重要线索 M. tuberculosis 感染，以及关于结核病药物治疗方案和疫苗的宝贵知识14,18,19,20,21.

PET/CT成像能够追踪单个肉芽肿的出现、分布及进展过程。该研究主要采用氟脱氧葡萄糖（FDG）作为示踪剂，作为一种葡萄糖类似物，FDG可被代谢活跃的宿主细胞（如巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞）摄取8，均位于肉芽肿内。因此，FDG可作为宿主炎症的替代指标。本文详述的分析流程使用OsiriX软件，这是一款广泛使用的DICOM图像查看器，可购买并用于图像分析。所描述的图像分析方法可追踪病灶的形态、大小及代谢活性（通过 随时间推移对单个肉芽肿的FDG摄取进行成像分析，并利用影像作为动物尸检时定位特定病灶的参考图谱。此外，已开发出另一种方法，用于量化肺部FDG摄取总和（以标准摄取值SUV ≥ 2.3为阈值），并利用该数值评估从疫苗试验到共感染模型等不同研究中对照组与实验组之间的差异。这些数据表明，肺部FDG摄取的总体测量值与细菌负荷相关，因而可反映疾病状态。类似分析亦可用于胸腔淋巴结的FDG摄取，以研究疾病的进展过程。以下方案详细描述了从动物感染到影像分析的完整实验流程。

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方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究中概述的所有方法均已获得匹兹堡大学机构动物照护与使用委员会的批准。所有操作均遵循机构的生物安全和辐射安全要求。进行CT扫描时需穿戴铅围裙和颈部防护罩。操作非人灵长类动物时，必须根据机构指南遵守生物安全三级（BSL3）防护装备要求和操作规程。所有扫描均在生物安全三级（BSL3）设施内完成。

1. 动物感染程序

  1. 使用氯胺酮（10 mg/kg，肌内注射）对动物进行镇静；若动物对氯胺酮有不良反应，则使用替拉唑（5–8 mg/kg，肌内注射）。
  2. 使用喉镜观察会厌及声带。用氯乙烷喷雾对声带喷洒约1秒（不超过2秒）进行麻醉。
  3. 使用喉镜引导支气管镜（外径 2.5 mm）进入气管 通过 直接观察右后肺叶。
  4. 准备一支注射器，其中含有约5 - 20个（根据研究而定）菌落形成单位 M. tuberculosis 在2 mL无菌生理盐水中混悬后，经支气管镜通道注入该溶液。另准备一支含有2 mL无菌生理盐水的注射器，经支气管镜通道注入生理盐水，随后注入5 mL空气，以确保细菌完全沉积22.
  5. 撤出支气管镜，并观察猴子直至完全清醒且警觉。

2. 成像采集、直方图与重建流程

  1. 准备动物以进行成像。
    1. 若动物对氯胺酮有不良反应，则使用氯胺酮（10 mg/kg，肌内注射）或替拉唑（5 - 8 mg/kg，肌内注射）对动物进行镇静。
      注意：动物需禁食过夜，以降低成像过程中呕吐的风险，并确保FDG PET扫描结果的一致性。
    2. 在任一侧后肢的隐静脉处插入静脉（IV）导管，并用布胶带固定。
    3. 将约5毫居里的FDG剂量用无菌生理盐水稀释，总体积为5 mL，装入塑料注射器中。
    4. 使用剂量校准仪记录注射前注射器中的放射性活度，记录时间，并将注射器放入铅制注射器屏蔽容器中。
    5. 通过静脉导管缓慢注射放射性药物，随后推注5 mL无菌生理盐水。记录注射时间。注射时间应安排在PET成像前约45分钟至1小时。
    6. 使用剂量校准仪记录注射后注射器中的放射性活度，并记录时间。将注射器丢弃至适当的放射性废物容器中。
    7. 使用喉镜观察会厌和声带，并用Cetacaine喷雾进行局部麻醉。
    8. 将气管插管（根据猴的大小选择3.5 mm - 4.5 mm）插入气管，并充胀插管末端的气囊。
    9. 使用一条长而窄的无菌纱布条固定气管插管：将纱布条缠绕在插管上，穿过动物的每颗犬齿，然后用剩余纱布在鼻梁处打结，最后绕至头后部固定。
    10. 用人工泪液覆盖眼睛，防止成像过程中角膜干燥。
  2. 进行CT和PET扫描。
    1. 将动物放置于扫描床上。
    2. 将气管插管连接至呼吸机，设置如下：呼吸频率 = 15，峰压 = 15 - 17，氧气浓度% = 40，PEEP（呼气末正压）= 3，潮气量 = 60，Ti（吸气时间）= 0.4，I:E（吸气与呼气时间比）= 1:3.4，Tplateau（呼气前吸气暂停时间）= 0.5，峰流速 = 9.0（这些参数可根据动物个体肺顺应性或实验需求进行调整）。
    3. 通过呼吸机开始吸入麻醉（2%异氟烷），持续至动物对物理刺激无反应。
    4. 将动物置于俯卧位，头部和四肢予以支撑。
    5. 将动物置于CT扫描视野内，进行预扫描，以确保完整肺容积均包含在正式扫描范围内。
    6. 在呼吸机屏气状态下，以以下参数获取CT扫描图像（螺旋扫描，轴向视野 = 250 mm，电压 = 140 kV，电流 = 2.0 mA，层厚 = 1.25 mm，锐度 = 超锐利）。
      注意：增强CT为可选步骤。若进行增强扫描，需在注射造影剂后延迟一段时间再进行图像采集，因为造影剂在心脏内积聚会干扰PET图像中肺部空间的正确重建，并在CT图像中造成肺部伪影。
    7. 扫描过程中务必降低异氟烷浓度至0.7 - 0.8%。
    8. 将动物置于PET扫描视野内。
      注意：本研究所用系统为集成式系统，配备独立的CT和PET扫描仪。PET定位坐标需根据CT坐标手动计算。
    9. 每个床位位置采集600秒的PET图像。
      注意：Focus 220系统的轴向视野为7.6 cm。本研究采用四个床位位置，后期通过手动拼接完成图像处理。
    10. 关闭异氟烷，逐步将动物脱离呼吸机，抽出气管插管气囊内的空气，并在动物恢复咳嗽反射且自主呼吸正常后拔除插管。拔除静脉导管，并在注射部位施压直至出血停止。
  3. 进行PET图像直方图处理与重建。
    1. 使用以下参数进行PET图像直方图处理：三维直方图，无平滑处理，span：3，环差：47，全局平均死时间校正。
    2. 使用以下参数进行PET图像重建：OSEM3D（有序子集最大期望值三维）算法，结合基于CT的衰减校正、斜坡投影滤波和散射校正，生成284层图像。
  4. 对PET与CT图像进行配准。
  5. 将配准后的PET和CT DICOM图像导出至软件（例如，OsiriX）中。

3. 鉴别与分析单个病灶

  1. 从 OsiriX 数据库中以轴向视图打开 PET 和 CT 的 DICOM 图像（CT 图像将与 PET 图像融合，同时会有一个独立的 PET 图像窗口）。
  2. 将扫描（或连续扫描）设置为轴向方向。
  3. 在 CT 扫描图像上任意位置单击，并在顶部菜单栏中将 "WL/WW" 更改为 "CT – Pulmonary "。
  4. 滚动扫描图像以确定肺叶的起始和终止位置。（识别肺裂。）
    1. 逐层滚动整个扫描图像，每次集中观察肺部的一小片区域。
    2. 注意正常肺组织呈暗色，解剖结构则根据密度不同呈现较亮的影像。气道呈黑色，而血管结构几乎呈白色。
    3. 在滚动轴向切片时，追踪血管和气道的连续走行。
    4. 肺裂可识别为无血管或气道穿行的区域（这些区域在肺内仅表现为均匀暗色，无其他解剖结构）。
  5. 使用融合的 PET/CT 图像识别病灶。
    1. 逐层滚动整个扫描图像，每次集中观察肺部的一小片区域。
      注：为识别和计数病灶，建议每次专注于一个肺叶。
    2. 在肺内识别具有 FDG 摄取的病灶。它们在图像上表现为“热球”状，与肺背景明显不同。较小的冷性病灶则不明显且较难识别。它们在扫描图像上表现为致密结构，在滚动切片时位置固定（不像血管那样移动）。
      注：小病灶与血管影像非常相似。一种简便的区分方法是将光标悬停在可疑结构上，并上下滚动一至两个切片。若该结构始终位于光标下方，则为病灶；若该结构随切片滚动而移出光标位置，则极可能为血管或气道。
    3. 为便于识别，使用 "Arrow" 工具在扫描图像上指向每个病灶。
    4. 为定位病灶，使用 "Point" 工具点击病灶，使感兴趣区域（ROI）精确位于肉芽肿的中心。该 ROI 所包含的信息将包括病灶所在位置的笛卡尔坐标（XYZ 坐标）。
  6. 使用 "Length" 和 "Oval" 工具测量每个病灶的大小（mm）和 FDG 摄取程度（SUV）。
    1. 为测量病灶大小，先去除 PET 信号，仅保留可见的 CT 图像。
    2. 选择 "Length" 工具。
    3. 滚动切片，找到包含病灶最大截面的层面（即病灶显示最大的层面）。
    4. 在病灶最长径上画一条直线。该 ROI 所包含的信息将代表病灶直径的长度（单位为 mm）。
    5. 为测量病灶的 FDG 摄取程度，首先单击 PET 图像并调亮 PET 信号。进入屏幕顶部的 OsiriX 菜单 "WL/WW & CLUT"，在 WL/WW 下拉菜单中选择 "Set WL/WW Manually"。在弹出的对话框中，将 "From" 输入为 0，"To" 输入为 20，以将显示窗宽限制在 SUV 0 至 20 范围内。
    6. 从 "Mouse button function" 工具下拉菜单中选择 "Oval" 工具。
    7. 在病灶所在层面滚动观察，评估病灶最“热”的部分。围绕病灶绘制一个椭圆形。该 "Oval" 工具 ROI 所提供的信息包括该区域内所有体素 SUV 值的描述性统计。记录该区域内 最大 SUV 值。
    8. 由于每个 "Oval" ROI 仅代表病灶特定轴向层面的 SUV 值，而典型病灶呈球形，因此应在多个切片上绘制椭圆，以确保捕捉到病灶的真实最大 SUV 值。
      注：若 PET/CT 扫描为手动重建，PET 与 CT 图像可能未完全对齐。在此情况下，所有 SUV 分析和 ROI 应在 PET 图像上进行，而非融合的 PET/CT 图像。由于许多病灶小于 PET 探测器晶体的分辨率，所有单个病灶测得的 SUV 值需输入至校正系数计算器表格中，该表格将对每个病灶进行部分容积校正23。

4. 测定全肺炎症的全肺FDG摄取测量方法

  1. 在轴向视图下从 OsiriX 数据库中打开 PET 和 CT 的 DICOM 图像（CT 图像将与 PET 图像融合，同时会有一个独立的 PET 图像窗口）。
  2. 在 CT 图像上对肺体积进行分割。
    1. 点击 CT 扫描图像上的任意位置，确保其为当前活动窗口。
    2. 进入 ROI 下拉菜单，选择 "Grow Region (2D/3D) Segmentation…"。
    3. 为了捕捉正常肺组织的密度，将下限阈值设为 -1024，上限阈值设为 -200。这些数值代表 Hounsfield 单位，尽管分割对话框中未明确标注。
    4. 设置好上下限阈值后，点击肺部内部任意位置。整个肺部应以绿色高亮显示。
    5. 接着，在“分割参数”对话框中点击 "Compute"。这将使生长区域从单个切片扩展至整个肺体积。
  3. 将肺部的 "grow region" 从 CT 扫描复制到 PET 扫描。
    1. 点击 CT 扫描名称左侧的小图标，并将其拖动至 PET 扫描窗口。
    2. 选择 "Copy ROIs"。此时 PET 扫描上应出现肺部的叠加区域。
  4. 从 CT 扫描中删除 ROI（可选）。
    注意：为确保肺部所有病变区域均被包含，建议在 CT 扫描上观察无 ROI 覆盖的完整肺部图像。为此，可删除 ROI。确保 CT 窗口处于活动状态（点击 CT 扫描图像），选择 ROI 下拉菜单，然后选择 "Delete All ROIs in this Series."
  5. 填补 PET 扫描中显示为空白区域的肺部高密度区。
    注意：在许多情况下，PET 扫描上的 ROI 中会出现空洞，这是由于肺组织在 CT 扫描上的密度高于 -200 HU 所致（若未出现此情况，可跳过此步骤）。
    1. 高亮 ROI 下拉菜单，选择 "Brush ROIs" → "Closing."。当对话框出现时，将滑块移至 3，使对话框顶部显示为 "Structuring Element Radius: 3"，并勾选 "Apply to all ROIs with the same name."
      注意：当存在较大范围的病变（如密度高于周围肺组织的实变区）时，仅使用闭合操作可能不足以完全填充肺部 ROI。若如此，则需手动填补空缺区域。
    2. 前往顶部菜单的 "Mouse button function" 区域，点击右侧的小箭头。
    3. 选择 "Brush" 工具。
    4. 选中该工具后，手动在 ROI 内绘制以填补空洞。
  6. 在 PET 扫描上分离肺部 ROI。
    1. 现在 PET 扫描上已完整显示整个肺部，删除肺部 ROI 外的所有像素。
    2. 高亮 ROI 下拉菜单，选择 "Set Pixel Values to…"。
    3. 勾选 Outside ROI 复选框，将 ROI 外的所有像素值设为 0。
  7. 分离 "hot" 病变区域。
    1. 使用任意设定的阈值来定义 "hot" 区域。根据结核病灶的文献值，SUV 大于 2.3 的区域被视为 "hot"24。
    2. 选择 ROI 下拉菜单，然后选择 "Set Pixel Values to…"。
    3. 勾选 Inside ROI 复选框。务必勾选 "and" 选项，使所有介于 0 与 2.3 之间的像素值均设为 0。
  8. 确保 ROI 中仅包含病变组织。
    1. 注意，某些区域（如肝脏）的 SUV 值可能高于 2.3。通过删除 ROI 并重新创建生长区域，确保仅保留目标区域。此时可能造成干扰的其他常见组织包括心脏、纵隔淋巴结、椎体和肋骨。
    2. 高亮 ROI 下拉菜单，选择 "Delete All ROIs in this Series."。接着进入 ROI 菜单，选择 "Grow Region (2D/3D) Segmentation…"。
    3. 将阈值更改为下限 2.3，上限 100。
    4. 在整个 PET 窗口中逐层滚动，点击病变区域并点击 "Compute."。对每一处高代谢病变重复此操作。务必使用 ROI 菜单中的 "Save ROIs" 功能保存完整的肺部 ROI。
  9. 将原始数据导出至电子表格。
    1. 在下拉菜单栏中进入 2D Viewer，选择 "Revert Series."
    2. 接着，进入 Plugins 下拉菜单栏。
    3. 选择 "ROI Tools" → " Export ROIs."。为导出的原始数据文件命名并保存。请确保在对话框底部选择 "CSV" 格式。
  10. 根据原始数据计算总 FDG 摄取活性。该电子表格中的每一行代表扫描中的一个切片。关注的列为 "RoiTotal."
    1. 为计算 "Total FDG avidity,"，将所有切片的 "RoiTotal" 值相加。计算 F 列（RoiTotal）的总和。该总和即为总 FDG 摄取活性的测量值。
    2. 若 OsiriX 未安装 Export ROI 插件，请进入下拉菜单中的 Plugins，选择 "Plugins Manager…"。点击对话框顶部的 "Download…" 选项卡。在 "Available plugins" 下拉菜单中选择 "ExportROIs"，然后选择 "Download & Install."

5. 确定FDG摄取的分析步骤 "热" 淋巴结

  1. 从 OsiriX 数据库中以轴向视图打开 PET 和 CT 的 DICOM 图像（CT 图像将与 PET 图像融合，同时将有一个独立的 PET 图像窗口）。
  2. 确保在对PET图像进行手动ROI分析时，图像的强度窗宽保持一致。
    1. 单击 PET 图像窗口以确保其为活动窗口。
    2. 在 OsiriX 菜单中，单击 "WL/WW" 下拉菜单，然后点击 "手动设置窗宽/窗位".
    3. 当活动的 PET 窗口中出现下拉框时，在其中填入所需的最小强度值 "从" 场强与期望的最大强度值 "至" 领域例如 将PET图像的显示范围设为0到20 SUV，需在窗口中输入0 "从" 野外和20进入 "到" 领域。
    4. 或者，如果希望始终以相同的强度值加载图像，在顶部菜单中选中 Osirix - > 正电子发射断层扫描 - > 然后在下方 "窗宽窗位 & 宽度" 部分，点击 使用固定水平 气泡并插入所需的数值 "从" 和 "为了" 领域。
  3. 确定目标淋巴结后，手动在淋巴结边缘周围绘制感兴趣区域（ROI）。
    1. 高亮显示PET/CT融合图像，以确保其为当前活动窗口。
    2. 由于此分析使用多色颜色查找表较为有利，如需更改此设置：请点击 "CLUT" 在 OsiriX 主工具栏的下拉框中选择所需的查找表设置（UCLA 推荐）。
    3. 手动围绕淋巴结绘制感兴趣区域（ROI）时，点击右侧的下拉菜单 "鼠标按钮功能" 在主工具栏中并选择 "闭合多边形"根据PET窗宽查找表，点击淋巴结边缘以确定感兴趣区域（ROI）的第一个点。
    4. 点击淋巴结外缘的另一点，继续描记，直至几乎完全包围淋巴结。
    5. 要确定感兴趣区域（ROI）的最终位置，双击以闭合该区域。
    6. 在多个切片上重复此过程，以确保确定淋巴结内的最大SUV值。
    7. 在另一个电子表格中记录所需的SUV数据。

6. 确定用于数值标准化的肌肉FDG本底摄取

注意：为了在多个成像时间点上保持FDG摄取以及动物在不同时间代谢活性变化的一致性，所有PET分析均应以肌肉为参照进行标准化，并以此方式呈现。本研究中所有定量PET数据均表示为SUVCMR（标准摄取值圆柱肌肉比率）。

  1. 从 OsiriX 数据库中以轴向视图打开 PET 和 CT 的 DICOM 图像（CT 图像将与 PET 图像融合，同时将有一个独立的 PET 图像窗口）。
  2. 单击配准的PET和CT图像，确保其为当前活动窗口。
  3. 滚动图像，直至找到主支气管汇合处（隆突）所在的切片。
  4. 在背部肌肉上绘制感兴趣区域以获取背景SUV值。
    1. 选择右侧的 ROI 下拉工具 "鼠标按钮选项" 在 OsiriX 主菜单中。
    2. 重点 "椭圆形" 作为ROI工具。
    3. 在脊柱后侧和外侧的肌肉上绘制大小相近的感兴趣区域（ROI）。
    4. 单击配准的PET/CT扫描图像左侧的图标，并将该图标拖动到PET窗口中。
    5. 选择 "复制感兴趣区域"此时，PET扫描窗口中应可见感兴趣区域。
    6. 在主菜单中，选择 "模式" 复选框并确保 "MIP – 最大强度投影" 在右侧的下拉菜单中进行选择。
    7. 确保 "厚层扫描" 滑动比例尺设置为 10这表明10个切片在PET图像上以最大强度投影的方式进行合并，形成一个 "圆柱体" 感兴趣区域（圆柱体肌肉比率的原点）。
  5. 在电子表格中记录两个ROI的平均SUV值。
  6. 取这两个值的平均值，以获得背景FDG肌肉摄取值。该值用于计算目标部位摄取值与基础代谢摄取值之间的比值。

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结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

单个病灶的鉴定与分析

可通过定性观察单个肉芽肿的数量、大小及FDG摄取情况，以了解感染过程的整体范围（图1）。利用这些图像，随时间推移对肉芽肿进行计数可作为疾病扩散的定量指标。图2展示了10只动物随时间变化的单个肉芽肿计数结果。在这10只动物中，3只发展为活动性结核病，6只发展为潜伏感染。1只动物未表现出活动性疾病的迹象，但在胃抽吸物和/或支气管肺泡灌洗样本中偶尔培养出M. tuberculosis，属于介于活动性与潜伏性之间的疾病谱，因此在本实验分析中被剔除。在3只活动性疾病的动物中，有1只在感染后12周发展为粟粒性结核病并被实施安乐死（在图2中标识为TNTC [Too Numerous To Count]）。自感染后6周起，最终发展为活...

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讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

通过 PET/CT 获取的数据可作为结核分枝杆菌（M. tuberculosis）感染多个方面的替代性测量指标，这些指标若无此类技术将无法直接观察。PET/CT 的敏感性远高于常用于猕猴研究的 X 射线技术，能够提供结构、空间和功能信息。上述分析方法具有多种实际应用，例如监测疾病进展、评估药物治疗效果，以及识别复燃的风险因素6,10,11,13。

通过比较对照组和实验组中肉芽肿的扩散情况以及各病灶的氟脱氧葡萄糖（FDG）摄取水平，不仅可确定感染的具体位置，还可追踪疾病的播散过程25例如，在Coleman等人描述食蟹猴早期感染的研究中，通过追踪感染进展，可以判断动物体内的感染是会持续活跃并恶化，还是会被免疫系统控制即 潜伏性结核感染（LTBI）

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披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者希望感谢 Mark Rodgers 提供感染实验流程的框架，以及 L. Eoin Carney 和 Brian Lopresti 在建立这些成像流程方面的指导。本研究的经费由比尔和梅琳达·盖茨基金会（J.L.F.、P.L.L.）、美国国立卫生研究院、美国国家过敏与传染病研究所 R01 AI111871（P.L.L.）、美国国家心肺血液研究所 R01 HL106804（J.L.F.）和 R01 HL110811 提供。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
氯胺酮Henry Schein23061Henry Schein
替拉唑尔Zoetis4866Henry Schein
塞他卡因Patterson Vet Generics07-892-6862Patterson
无菌生理盐水Hospira07-800-9721Patterson
7H11 琼脂BD283810BD Biosciences
静脉导管Surflash07-806-7659Patterson
18F-FDGZevacorN/A
气管插管Jorgensen Labs Inc07-887-0284Patterson
人工泪液Patterson Vet Generics07-888-1663Patterson
异氟烷Zoetis07-806-3204Patterson
Neurologica Ceretom CTSamsung NeurologicaN/A
西门子 Focus 220 microPETSiemens Molecular Imaging SystemsN/A
Inveon 研究软件Siemens Molecular Imaging SystemsN/A
OsiriXPixmeoN/A

参考文献

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  1. World Health Organization. Global Tuberculosis Report 2016. , Available from: http://www.who.int/tb/publications/global_report/en/ (2017).
  2. Barry, C. E. 3rd, et al. The spectrum of latent tuberculosis: rethinking the biology and intervention strategies. Nat Rev Microbiol. 7 (12), 845-855 (2009).
  3. Lin, P. L., Flynn, J. L. Understanding latent tuberculosis: a moving target. J Immunol. 185 (1), 15-22 (2010).
  4. Pawlowski, A., Jansson, M., Skold, M., Rottenberg, M. E., Kallenius, G. Tuberculosis and HIV co-infection. PLoS Pathog. 8 (2), e1002464(2012).
  5. Keane, J. TNF-blocking agents and tuberculosis: new drugs illuminate an old topic. Rheumatology (Oxford). 44 (6), 714-720 (2005).
  6. Lin, P. L., et al. PET CT Identifies Reactivation Risk in Cynomolgus Macaques with Latent M. tuberculosis. PLoS Pathog. 12 (7), e1005739(2016).
  7. Flynn, J. L., Klein, E. A color atlas of comparative pulmonary tuberculosis histopathology. Dick, T., Leong, V. D. J. , CRC. 83-106 (2011).
  8. Signore, A., Mather, S. J., Piaggio, G., Malviya, G., Dierckx, R. A. Molecular imaging of inflammation/infection: nuclear medicine and optical imaging agents and methods. Chem Rev. 110 (5), 3112-3145 (2010).
  9. James, M. L., Gambhir, S. S. A molecular imaging primer: modalities, imaging agents, and applications. Physiol Rev. 92 (2), 897-965 (2012).
  10. Coleman, M. T., et al. PET/CT imaging reveals a therapeutic response to oxazolidinones in macaques and humans with tuberculosis. Sci Transl Med. 6 (265), (2014).
  11. Coleman, M. T., et al. Early Changes by (18)Fluorodeoxyglucose positron emission tomography coregistered with computed tomography predict outcome after Mycobacterium tuberculosis infection in cynomolgus macaques. Infect Immun. 82 (6), 2400-2404 (2014).
  12. Lin, P. L., et al. Radiologic Responses in Cynomolgus Macaques for Assessing Tuberculosis Chemotherapy Regimens. Antimicrob Agents Chemother. 57 (9), 4237-4244 (2013).
  13. Diedrich, C. R., et al. Reactivation of latent tuberculosis in cynomolgus macaques infected with SIV is associated with early peripheral T cell depletion and not virus load. PLoS One. 5 (3), e9611(2010).
  14. Lin, P. L., et al. The multistage vaccine H56 boosts the effects of BCG to protect cynomolgus macaques against active tuberculosis and reactivation of latent Mycobacterium tuberculosis infection. J Clin Invest. 122 (1), 303-314 (2012).
  15. Lin, P. L., et al. CD4 T cell depletion exacerbates acute Mycobacterium tuberculosis while reactivation of latent infection is dependent on severity of tissue depletion in cynomolgus macaques. AIDS Res Hum Retroviruses. 28 (12), 1693-1702 (2012).
  16. Mattila, J. T., Diedrich, C. R., Lin, P. L., Phuah, J., Flynn, J. L. Simian immunodeficiency virus-induced changes in T cell cytokine responses in cynomolgus macaques with latent Mycobacterium tuberculosis infection are associated with timing of reactivation. J Immunol. 186 (6), 3527-3537 (2011).
  17. Scanga, C. A., Flynn, J. A. Tuberculosis. Kaufmann, S. H. E., Rubin, E. J., Zumla, A. , Cold Spring Harbor Laboratory Press. 243-258 (2015).
  18. Kita, Y., et al. Development of therapeutic and prophylactic vaccine against Tuberculosis using monkey and transgenic mice models. Hum Vaccin. , Suppl 7. 108-114 (2011).
  19. Langermans, J. A., et al. Divergent effect of bacillus Calmette-Guerin (BCG) vaccination on Mycobacterium tuberculosis infection in highly related macaque species: implications for primate models in tuberculosis vaccine research. Proc Natl Acad Sci U S A. 98 (20), 11497-11502 (2001).
  20. Okada, M., et al. Novel prophylactic and therapeutic vaccine against tuberculosis. Vaccine. 27 (25-26), 3267-3270 (2009).
  21. Reed, S. G., et al. Defined tuberculosis vaccine, Mtb72F/AS02A, evidence of protection in cynomolgus monkeys. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (7), 2301-2306 (2009).
  22. Capuano, S. V. 3rd, et al. Experimental Mycobacterium tuberculosis infection of cynomolgus macaques closely resembles the various manifestations of human M. tuberculosis infection. Infect Immun. 71 (10), 5831-5844 (2003).
  23. Srinivas, S. M., et al. A recovery coefficient method for partial volume correction of PET images. Ann Nucl Med. 23 (4), 341-348 (2009).
  24. Kumar, R., et al. Role of modern imaging techniques for diagnosis of infection in the era of 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography. Clin Microbiol Rev. 21 (1), 209-224 (2008).
  25. Martin, C. J., et al. Digitally Barcoding Mycobacterium tuberculosis Reveals In Vivo Infection Dynamics in the Macaque Model of Tuberculosis. MBio. 8 (3), (2017).
  26. Lin, P. L., et al. Metronidazole prevents reactivation of latent Mycobacterium tuberculosis infection in macaques. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (35), 14188-14193 (2012).
  27. Lin, P. L., et al. Tumor necrosis factor neutralization results in disseminated disease in acute and latent Mycobacterium tuberculosis infection with normal granuloma structure in a cynomolgus macaque model. Arthritis Rheum. 62 (2), 340-350 (2010).
  28. Phuah, J., et al. Effects of B Cell Depletion on Early Mycobacterium tuberculosis Infection in Cynomolgus Macaques. Infect Immun. 84 (5), 1301-1311 (2016).
  29. Martinez, V., Castilla-Lievre, M. A., Guillet-Caruba, C., Grenier, G., Fior, R., Desarnaud, S., Doucet-Populaire, F., Boue, F. (18)F-FDG PET/CT in tuberculosis: an early non-invasive marker of therapeutic response. Int J Tuberc Lung Dis. 16 (9), 1180-1185 (2012).
  30. Malherbe, S. T., et al. Persisting positron emission tomography lesion activity and Mycobacterium tuberculosis mRNA after tuberculosis cure. Nat Med. 22 (10), 1094-1100 (2016).
  31. Chen, R. Y., et al. PET/CT imaging correlates with treatment outcome in patients with multidrug-resistant tuberculosis. Sci Transl Med. 6 (265), (2014).

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