通过正电子发射断层扫描/计算机断层扫描及配准磁共振图像自动分割的人类棕色脂肪组织库

本实验的目的是利用热中性状态和冷激活状态下的正电子发射断层扫描-计算机断层扫描（PET-CT），自动分割棕色脂肪组织的储存区域，并将其应用于同一受试者的配准磁共振成像（MRI）扫描。该目标通过以下步骤实现：首先，对同一受试者采集热中性状态和冷激活状态下的MRI及PET-CT扫描图像；第二步，对同一受试者的全部四组扫描图像进行空间配准。

由于全身图像配准存在困难，应重点关注锁骨上区域的精确配准。接下来，利用同一受试者的冷激活状态和热中性状态的配准后PET-CT扫描图像，定义该受试者特异性的棕色脂肪组织（BAT）区域。最后一步是将所定义的BAT感兴趣区域应用于已与该受试者PET-CT扫描图像配准的MRI扫描图像上。

最终，该方法通过自动生成的棕色脂肪组织感兴趣区域，而非手动定义的区域，提供棕色脂肪组织的定量 MRI 指标。该技术相较于现有用于人体棕色脂肪组织研究的方法，其主要优势在于能够在同一受试者身上，在热中性条件和冷刺激条件下，分别获取并融合 MRI 与 PET-CT 扫描数据。利用该方法所得的 MRI 指标，未来或许仅通过 MRI 即可回答有关人体棕色脂肪组织的分布频率与空间分布等关键科学问题。为准备温度可控的实验环境。

进行 MRI 检查时，应使用较小的房间以保持较低温度，并使用便携式空调设备和旋转式落地风扇维持室温，确保冷空气持续循环。当需要较高温度时，可使用可编程的便携式加热器，通过摆动方式使暖空气在房间内均匀分布。在进入温控房间前，应让受试者更换为标准医用短裤和标准医用上衣。

脱掉袜子和鞋子。受试者换上标准服装后，测量其身高、体重和腰围。同时使用舌下体温计测量受试者的体温。

然后指导受试者进入温度受控的房间。要求受试者安静就坐，避免进行任何可能改变体温的活动，例如运动、打字或入睡。在房间内静坐一小时后，使用舌下体温计再次测量体温。

在温控房间内静坐两小时后，使用舌下体温计第三次测量体温。若进行冷刺激 MRI 扫描，则在受试者离开温控房间前，为其穿上冷刺激背心。在温控房间内静坐两小时后，用轮椅将受试者转运至 MRI 扫描仪。

使用配备双通道并行发射功能的3特斯拉磁共振成像仪获取MRI扫描图像，采用超大型16通道体部接收线圈及改良型桌面悬吊装置。线圈覆盖体部前侧区域。

从扫描仪孔径的顶部接收线圈。使用织物吊索时，应使吊索悬挂至足够低的位置，以便紧贴受试者身体滑动，以最大化信噪比。

将躯干后部的接收线圈放置在滚动线圈推车上，当检查床穿过扫描仪孔径时，线圈位于台面两层之间。通过固定在扫描仪前后盖上的绑带将线圈推车固定在ISO中心位置，以保持后部线圈元件静止不动。让受试者以足先进的方式躺在检查床上进入扫描仪。

首先，在受试者仰卧之前，先取下背心。然后让受试者将双臂放入一个类似枕套的袋子中，并将手臂放于身体两侧。为了尽量减少受试者在 MRI 和 PET-CT 扫描中体位的差异，重要的是让受试者自然地平躺在扫描床面上，每次扫描时在头下使用相同厚度的垫枕，并使用枕套袋来支撑手臂。

在对受试者进行扫描时，所使用的任何支撑物（例如置于膝盖或下背部的枕头）都应始终以相同方式用于该受试者。受试者就位后，采用七组各含20层轴向切片的多层多切片、多回波场回波采集序列，进行水脂MRI扫描。扫描范围从头部顶端至大腿上部，各切片之间连续无间隙，层间间隔为零毫米。

安排一名专业的 CT 技术人员在受试者的手部或臂部静脉中置入静脉输液端口。该静脉输液端口可使放射科技师在受试者坐入温控房间后，能够随后注射放射性示踪剂。按照之前的方法设置好温控房间后，指导受试者进入房间。

要求受试者安静坐好，不要进行任何可能改变体温的活动。在温控房间内静坐一小时后，使用舌下体温计再次测量体温。在温控房间内停留第一小时结束后，由放射科技师通过静脉输液端口注射氟代脱氧葡萄糖。

按每公斤体重0.14毫居里注射F 18 FDG。根据受试者的具体体重计算精确剂量。在温控房间内静坐2小时后，使用舌下体温计再次测量体温。

在温控房间内静置两小时后，使用轮椅将受试者转运至PET CT扫描仪。使用Discovery C型及带铅屏蔽的PET CT扫描仪进行扫描。将受试者以仰卧位、头先进的方式置于扫描床上，送入扫描仪。

受试者平躺后，应将双臂放入一个类似枕套的袋子中，并将手臂放于身体两侧。这有助于确保在磁共振成像（MRI）和正电子发射断层扫描-计算机断层扫描（PET CT）检查期间肩部位置保持一致，从而便于图像配准。PET CT成像的扫描视野范围从头部顶部至大腿中段，根据受试者身高不同，共需7到9个床位位置完成扫描。

使用文本方案中列出的推荐 PET CT 参数获取 PET CT 图像。按照文本方案中的详细步骤进行图像处理与分析。对同一受试者进行 MRI 和 PET CT 扫描，并对所有扫描图像进行配准，可实现对定量 MRI 的可靠测量。

此处显示的BAT指标来自一位受试者未经处理的温暖状态和寒冷状态下的PET-CT与MRI扫描图像。通过获取温暖和寒冷状态下的PET-CT数据，可根据18F-FDG摄取量的增加清晰区分寒冷激活的BAT脂肪库。此处展示的是经过重新配准后的锁骨水平轴向切面图像。

在冷刺激PET扫描中观察到的18F-FDG摄取增加发生在脂肪组织的锁骨上区域。该区域的MRI脂肪信号分数在50%至80%范围内，与先前的研究结果相似。在对全部四次扫描进行共配准后，可利用来自PET-CT图像的标准创建受试者特异性的棕色脂肪组织掩模。

随后可将此掩膜应用于四次配准的扫描图像，以获取肩胛间棕色脂肪组织区域的影像学指标，此处展示了一名受试者的示例。将棕色脂肪组织掩膜应用于配准后的扫描图像，可从获取的数据中得出数值结果，以均值及95%置信区间表示。在实施该流程时，必须始终注意每次四次扫描均以相同体位安置受试者，因为这将显著改善图像的配准效果。遵循此操作流程。

结合其他 MRI 方法，如扩散加权成像、灌注成像和测温技术，将有可能研究人类棕色脂肪组织的空间分布及其发生率。