能够反映动态骨转换的成像技术可能有助于表征多种骨病变。本文以腰椎小关节作为典型的感兴趣区域，介绍了一例小关节源性腰痛患者进行动态[18F]-NaF-PET-MRI数据采集与分析的详细方法。
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摘要
摘要
能够反映骨动态转换的成像技术有助于表征多种骨病理状态。骨是一种动态组织，持续经历着由成骨细胞（负责生成新的骨基质）和破骨细胞（负责清除矿化骨）相互竞争活动所驱动的重塑过程。[18F]-NaF 是一种正电子发射断层扫描（PET）放射性示踪剂，可用于可视化骨代谢过程。[18F]-NaF 可被成骨细胞化学吸附至骨基质中的羟基磷灰石中，从而无创地检测出传统成像技术难以发现的成骨细胞活性。对动态 [18F]-NaF-PET 数据进行动力学建模，可提供骨代谢的详细定量指标。传统的半定量 PET 数据采用标准化摄取值（SUV）作为示踪剂活性的衡量标准，因其仅反映某一时间点的示踪剂摄取情况，被称为静态技术。 而动力学建模则利用动态图像数据，连续采集示踪剂水平，从而实现示踪剂摄取的时间分辨率。通过对动态数据进行动力学建模，可提取诸如血流量和代谢率等定量参数（即可能具有信息价值的示踪剂动力学指标），所有这些均基于图像数据中测得的放射性活性。当与双模态 PET-MRI 结合时，区域特异性的动力学数据可与 MRI 提供的解剖学配准的高分辨率结构和病理信息相关联。本方法学论文旨在概述执行和分析动态 [18F]-NaF-PET-MRI 数据的详细技术。腰椎小关节是退行性关节疾病常见的受累部位，也是轴向下腰痛的常见病因。 最近的研究表明，[18F]-NaF-PET 可能作为疼痛性小关节源性疾病的有用生物标志物。 因此，在本文中，人类腰椎小关节将作为动态 [18F]-NaF-PET-MRI 分析的一个典型感兴趣区域。
引言
骨病变的标准临床影像学技术主要局限于描述结构变化，而这些变化可能缺乏特异性。例如，与正常衰老相关的无症状形态学异常可能难以与导致严重疼痛和功能障碍的退行性改变相区分1。骨是一种动态组织，持续经历重塑过程，其中成骨细胞负责生成新的骨基质，破骨细胞则负责降解矿化骨组织，二者活动相互抗衡2。[18F]-NaF 是一种正电子发射断层扫描（PET）放射性示踪剂，可实现对骨组织代谢的可视化成像。[18F]-NaF 可通过成骨细胞被化学吸附至骨基质中的羟基磷灰石，因此能够无创地检测成骨细胞活性，进而揭示传统影像学技术无法发现的代谢过程。因此，[18F]-NaF 已被越来越多地用于表征多种骨系统疾病的骨病变，包括骨肿瘤、炎症性疾病以及骨与关节的退行性疾病3,4,5。
PET 数据最常以半定量方式进行分析，这种方法在临床常规实践中可通过标准化摄取值（SUV）轻松实现。作为一种度量指标，SUV 对临床医生具有实用价值，因为它反映了组织相对于全身的示踪剂摄取水平6。后续扫描得到的数值可用于观察治疗或疾病进展....
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方案
本项前瞻性可行性研究在获得人类研究IRB批准并遵守HIPAA法规后招募了受试者。
1. 模体
- 将一个带有插入物的中空圆柱体模体填充含有不同直径（5 - 38 mm）中空圆柱体的结构，并注入 185 MBq 的 [18F]-NaF。
- 使用 CT 或为此模体预先生成的模板，生成该模体的衰减图。
- 将模体置于 PET/MR 扫描仪中心，采集 5–10 分钟的 PET 数据，并通过成像控制台记录所得图像。
- 使用成像控制台及基于 CT 的衰减图，采用与人体受试者成像相同的重建算法进行图像重建。
- 使用免费软件 AMIDE，计算所有相同尺寸圆柱体（左侧和右侧）的平均活度。
- 将平均活度与圆柱体尺寸列表整理成表。
- 通过将每个圆柱体的平均活度除以参考圆柱体的平均活度，计算部分容积效应误差（PVE）。
- 以圆柱体尺寸为横坐标，绘制 PVE 曲线。
- 在校正患者数据中的 PVE 时，使用两个圆柱体尺寸之间的线性方程。
2. 患者准备
- 在招募患者之前，须获得必要的人体研究伦理审查委员会（IRB）批准，并遵守 HIPAA 法规。
- 为研究目的建立适当的纳入与排除标准。
-
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结果
18NaF-PET 摄取值在一位具有轴向下腰痛的代表性患者中，于 L1-L2 至 L5-S1 椎体水平的双侧小关节共 10 个感兴趣区域（ROI）进行测量。图 2展示了该患者 L3-L4 小关节层面的代表性[18F]-NaF-PET、轴位 T2 脂肪抑制及轴位 T1 增强后脂肪抑制 MRI 图像。 该代表性患者 10 个取样小关节各自的 Ki_Patlak、SUVmean、SUVmax 及 MRI 小关节退变分级汇总于表 1。Ki_Patlak 流入率在图 3中分别与 SUVmean 及基于 MRI 的小关节退变分级进行对比绘图。 在此代表性病例中，MRI 退变分级最高的小关节（左侧 L3-L4）具有最高的 Ki_Patlak 和 SUVmean 值。
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讨论
在本方法学论文中，我们介绍了动态[18F]-NaF-PET-MRI在评估多种骨病变方面的潜在应用价值，并以人体腰椎小关节作为典型的感兴趣区域，概述了动态[18F]-NaF-PET-MRI图像采集与分析的技术流程。双模态PET-MRI可在与单独进行MRI数据采集相近的时间段内获取动态PET数据，从而最大程度地实现扫描时间的重叠。MRI可提供脊柱的高分辨率结构成像，能够清晰识别多种骨病变；而结合定量动态PET与混合型PET-MRI，则有望作为活跃骨转换的功能性生物标志物，提供额外的临床价值。尽管本文描述的是双模态PET-MRI技术，但这些方法亦可轻松适用于单独的PET或PET-CT联合数据集。
SUV 值基于放射性示踪剂在整个体内均匀分布的假设，并以瘦体重系数为基础进行测量。而放射性示踪剂摄取的动力学指标（例如 Patlak 图法计算的 Ki_Patlak）则测量在扫描时间段内通过动脉系统到达靶组织的示踪剂特异性浓度。这些额外的信息可能揭示示踪剂向感兴趣区域流动的细微变化，而这些变化在常规方法中可能被遗漏。&.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露
致谢
本研究由美国国立卫生研究院（NIH）P50AR060752项目和通用电气医疗集团（GE Healthcare）提供资助。我们谨此感谢 Vahid Ravanfar 提供的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 钆对比剂（Gadovist） | Bayer | na | 1.0 mmol/ml 静脉注射溶液。 |
| [18F]-NaF 放射性示踪剂 | na | na | 2.96 MBq/kg |
| GE Signa PET-MRI 扫描仪 | General Electric | na | 3.0 特斯拉 60 厘米孔径 PET-MRI 扫描仪 |
| PMOD 动力学建模软件 | PMOD Technologies, LLC | na | 版本 3.8 |
参考文献
- Brinjikji, W., et al. Systematic literature review of imaging features of spinal degeneration in asymptomatic populations. AJNR American Journal of Neuroradiology. 36 (4), 811-816 (2015).
- Binder, D. S., Nampiaparampil, D. E.
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重印与许可
![定量 [18F]-Naf-PET-MRI 分析用于评估椎源性腰痛患者的动态骨转换](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F58491.jpg&w=3840&q=75)