Name: 定量 =18F_-Naf-PET-MRI 分析,用于评估面部腰痛患者的动态骨质周转率 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-08T11:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 31 s
Description: 了解利用动态¹⁸F-NaF-PET-MRI成像技术评估腰椎小关节病变的方法。该技术通过识别骨转换生理生物标志物，可更准确地诊断面源性腰痛患者的症状性关节，并有望扩展应用于颈椎和胸椎区域。

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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。

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
<ol>
	<li>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 -&#160;38 mm）中空圆柱体的结构，并注入 185 MBq 的 [18F]-NaF。</li>
	<li>使用 CT 或为此模体预先生成的模板，生成该模体的衰减图。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>将平均活度与圆柱体尺寸列表整理成表。</li>
	<li>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）。</li>
	<li>以圆柱体尺寸为横坐标，绘制 PVE 曲线。</li>
	<li>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。</li>
</ol>
2. 患者准备
<ol>
	<li>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。</li>
	<li>为研究目的建立适当的纳入与排除标准。
	<ol>
		<li>纳入标准如下：成年人，年龄至少18岁，具备知情同意能力；有明确的轴性非根性腰痛病史；经脊柱介入放射科医生推荐。</li>
		<li>排除标准如下：有脊柱骨折或肿瘤病史；妊娠或哺乳期女性；存在进行MRI检查或示踪剂/对比剂注射禁忌症；既往接受过腰椎手术或植入器械。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>获取经人体研究委员会批准的患者书面知情同意书。</li>
	<li>收集与研究相关的临床检查和/或患者调查数据。</li>
	<li>让受试者更换检查服，建立静脉通路，若患者为育龄期女性，需进行妊娠检测；检查肌酐/GFR以确保对比剂使用的安全性；取用[18F]-NaF剂量。指导患者在整个检查过程中保持静止的重要性。</li>
	<li>将患者以仰卧位、足先进方式置于PET/MRI设备中。</li>
</ol>
3. 成像方案
<ol>
	<li>使用3.0 T PET/MRI扫描仪进行PET与MR图像的同步采集。</li>
	<li>使用后部阵列中央分子成像阵列线圈进行磁共振成像。</li>
	<li>确保 MR 和 PET 两种成像方式的视野中心对准，覆盖从 T12 到 S3 的下脊柱区域。</li>
	<li>腰椎临床MRI序列方案包括：矢状面T1加权成像（重复时间/回波时间（TR/TE）= 510/8.6 ms，平面内分辨率 = 0.75 mm，层面分辨率 = 4 mm），矢状面T2加权脂肪抑制成像（TR/TE = 4208/86.2 ms，平面内分辨率 = 0.75 mm，层面分辨率 = 4 mm），轴向T2加权快速恢复快速自旋回波（FRFSE）序列，含及不含脂肪抑制（TR/TE）&#160; = 750/9.2 毫秒，平面内分辨率为 0.7 毫米，层面外分辨率为 4 毫米），轴位 T1 加权快速自旋回波（FSE）增强前（TR/TE = 575/8.9 毫秒，平面内分辨率为 0.65 毫米，层面外分辨率为 4 毫米），轴位 T1 加权 FSE 增强后（TR/TE = 562/8.6 毫秒，平面内分辨率为 0.65 毫米，层面外分辨率为 4 毫米）。</li>
	<li>在采集需要对比剂的 MRI 序列前，直接向患者肘前静脉注射 0.1 mm/kg 的钆布醇（1M Gadavist）对比剂。</li>
	<li>在动态PET扫描前，注射放射性剂量的[18F]-NaF，剂量浓度为2.96 MBq/kg18F]-NaF</li>
	<li>使用3个独立的时间相位，对下脊柱（T12至S3）中心区域进行为期60分钟的动态PET扫描。</li>
	<li>以每帧10秒、共12帧的参数采集动态扫描的第一期相。</li>
	<li>获取第二阶段的4组图像，每组曝光30秒。</li>
	<li>获取最后14个阶段，每个阶段4分钟，共14帧。</li>
	<li>使用标准双回波Dixon方法计算腰椎区域的磁共振衰减校正（MRAC）。Dixon方法将脂肪和水的磁共振信号分割为空气、软组织、肺组织和脂肪（但不包括骨骼）。</li>
	<li>确保PET数据与轴向T2压脂FRFSE图像配准。</li>
	<li>在控制台上使用以下参数重建 PET 数据：60 cm 视野（FOV），3 mm 后滤波，标准 Z 轴滤波，256 × 256 矩阵，28 个子集，VPFX（飞行时间-有序子集最大期望法，TOF-OSEM）迭代 4 次。</li>
	<li>确保重建包含后处理步骤，以校正衰变、衰减、散射和死时间。</li>
</ol>
4. 图像分析
<ol>
	<li>由盲法放射科医生解读临床MRI序列。</li>
	<li>评估脂肪抑制T2加权及脂肪抑制T1加权增强后序列，用于对小关节滑膜炎进行分级，方法先前由Czervionke和Fenton描述10.
	<ol>
		<li>使用以下关节突关节分级标准：MRI 1级 = 关节突关节无异常，2级 = 异常强化或T2高信号局限于关节囊内，3级 = 异常关节外强化或T2高信号累及 &#60; 50% 的 FJ 周长，3 = 异常的囊外强化或 T2 高信号累及 &#62;50% 的 FJ 周长，4 = 3 级，水肿扩展至神经孔、黄韧带、椎弓根、横突或椎体。如参考文献所述：Czervionke LF, Fenton DS。脂肪抑制 MRI 在腰椎炎症性小关节关节病（小关节滑膜炎）检测中的应用。10</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 数据分析
<ol>
	<li>将 PET 和 MRI 图像转移至配备有可分析动态 PET 数据软件（如 PMOD）的专用工作站。分析从 L1-L2 到 L5-S1 节段的腰椎小关节。</li>
	<li>确定用于测量 [18F]-NaF 摄取的感兴趣区域：每个节段双侧的小关节。使用解剖学 T2 加权 MR 图像选择感兴趣体积（VOI），然后将其转移至 PET 图像。</li>
	<li>通过在矢状位和轴位 T2 加权 MR 图像上进行视觉三角定位，确定每个腰椎小关节的中心点，并记录近似中心层面的层号。</li>
	<li>在 查看标签页 中打开患者数据后，点击侧边栏中的 VOI 按钮，并选择 球体（对象）。</li>
	<li>在弹出的预定义窗口中，输入半径为 7.5 mm，并点击 创建新 VOI。</li>
	<li>通过在小关节处左键单击，在每个小关节中心放置一个球形 VOI（直径 7.5 mm）。通过左键单击并拖动调整球体位置，直至其在视觉上居中小关节。</li>
	<li>如有必要，对所有感兴趣的小关节重复操作：点击 创建新 VOI，并执行第 5.5 步。</li>
	<li>在右侧髂嵴中央骨髓腔内（以排除皮质骨影响）放置一个球形 VOI（直径 5 mm），作为参考区域。点击 创建新 VOI，并在右侧髂骨骨髓内左键单击。</li>
	<li>调整 VOI 位置，使其边缘完全位于骨髓腔内。</li>
	<li>确保 VOI 的放置方式与 图 2 中所示椎体小关节（FJ）VOI 图像一致，即 VOI 应包绕小关节的中心区域。</li>
</ol>
6. SUV 计算与动力学数据
<ol>
	<li>为计算动脉输入函数，在腹主动脉的两个轴向切片上放置一个圆柱形感兴趣体积（VOI），确保其直径等于主动脉的直径。</li>
	<li>在轴向图像上右键单击，选择数据检查。</li>
	<li>测量腹主动脉分叉前近端的直径。</li>
	<li>在主动脉壁右侧左键单击，将光标移动至主动脉壁左侧。</li>
	<li>在数据检查器窗口中记录主动脉壁直径的距离，该数值将用于计算部分容积校正（PVC）系数。</li>
	<li>从侧边栏左键单击 VOI 按钮，选择圆形（ROI）。</li>
	<li>创建一个圆形 ROI，其指定半径为第 6.5 步中先前测得直径的一半。</li>
	<li>单击创建新 VOI，并在主动脉中心左键单击，必要时重新定位，以确保圆形与主动脉壁位置相近。</li>
	<li>在轴向平面上向下移动一个切片，并重复步骤 6.7–6.9，从而由两个圆形 ROI 构成一个圆柱体。</li>
</ol>
7. PET 部分容积校正
注意：由于部分容积效应（PVE），示踪剂活性的测量值会相对于目标物体的尺寸被低估。因此，需采取步骤对PVE进行校正。
<ol>
	<li>利用先前通过PET/CT模体实验获得的恢复系数，绘制圆柱体直径与恢复活性和真实活性比值之间的关系曲线。</li>
	<li>将该恢复系数应用于降主动脉区域的图像测量结果，以生成部分容积校正后的动脉输入函数。</li>
	<li>将此部分容积校正后的动脉输入函数代入PMOD软件，用于动力学建模及示踪剂动力学的精确量化分析。</li>
</ol>
8. SUV 计算与动力学数据
注意：用于计算标准摄取值（Standard Uptake Value，SUV）的算法（公式1）假设示踪剂在体内均匀分布，且瘦体重能够准确代表全身体积。因此，SUV 被称为一种半定量测量指标。 
公式1：标准摄取值 
<img alt="公式1" src="/files/ftp_upload/58491/58491eq1.jpg" />
<ol>
	<li>使用60分钟时间点计算每个亚位点的SUVmax和SUVmean值。 
	注意：用于动力学建模的双组织隔室模型如图1所示。Cp表示血浆中示踪剂的浓度，Ce和Ct分别表示未结合示踪剂在细胞外间隙的浓度和在靶向骨基质中结合的示踪剂浓度。K1、k2、k3、k4是描述示踪剂进出及结合过程的4个动力学参数。</li>
	<li>在动力学分析过程中，对Patlak线性模型和非线性回归模型使用双组织不可逆隔室模型。 
	注意：采用双组织不可逆隔室模型计算[18F]-NaF11的区域特异性流入速率常数（单位为min-1）。</li>
	<li>使用Patlak动力学模型时，确保设定达到平衡的时间为24分钟。</li>
	<li>使用非线性回归模型计算Ki_NonLinear流入速率时，输入k4 = 0。</li>
	<li>分别使用公式2和公式3计算示踪剂从血池到骨基质的流入速率，以获得Ki_Patlak和Ki_NonLinear。Ki_Patlak和Ki_NonLinear分别表示[18F]-NaF通过两种模型从动脉血池离开并不可逆结合至亚位点骨基质的速率。
	<ol>
		<li>公式2：Patlak图解动力学模型 
		<img alt="公式2" src="/files/ftp_upload/58491/58491eq2.jpg" /> + 截距</li>
		<li>公式3：非线性回归动力学模型 
		<img alt="公式3" src="/files/ftp_upload/58491/58491eq3.jpg" /></li>
	</ol>
	</li>
</ol>
9. 统计分析
<ol>
	<li>采用线性回归分析评估 [18F]-NaF Ki_Patlak 摄取速率是否与以下指标相关：SUVmean、SUVmax、Ki_NonLinear 以及本研究特定的任何临床评分等级。</li>
	<li>采用双尾 t 检验和 Pearson 相关性分析，检验上述相关性的统计学显著性。</li>
</ol>

<ol><li>Brinjikji, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+literature+review+of+imaging+features+of+spinal+degeneration+in+asymptomatic+populations%5BTitle%5D)+AND+%22AJNR+American+Journal+of+Neuroradiology%22%5BJournal%5D)">Systematic literature review of imaging features of spinal degeneration in asymptomatic populations.</a> AJNR American Journal of Neuroradiology. 36 (4), 811-816 (2015).</li>
<li>Binder, D. S., Nampiaparampil, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+provocative+lumbar+facet+joint%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Reviews+in+Musculoskeletal+Medicine%22%5BJournal%5D)">The provocative lumbar facet joint.</a> Current Reviews in Musculoskeletal Medicine. 2 (1), 15-24 (2009).</li>
<li>Spick, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+Bone+Metastases+Using+11C-Acetate+PET+in+Patients+with+Prostate+Cancer+with+Biochemical+Recurrence%5BTitle%5D)+AND+%22Anticancer+Research%22%5BJournal%5D)">Detection of Bone Metastases Using 11C-Acetate PET in Patients with Prostate Cancer with Biochemical Recurrence.</a> Anticancer Research. 35 (12), 6787-6791 (2015).</li>
<li>Brans, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+bone+graft+incorporation+by+18+F-fluoride+positron-emission+tomography%2Fcomputed+tomography+in+patients+with+persisting+symptoms+after+posterior+lumbar+interbody+fusion%5BTitle%5D)+AND+%22EJNMMI+Research%22%5BJournal%5D)">Assessment of bone graft incorporation by 18 F-fluoride positron-emission tomography/computed tomography in patients with persisting symptoms after posterior lumbar interbody fusion.</a> EJNMMI Research. 2 (1), 42(2012).</li>
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<li>Kinahan, P. E., Fletcher, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positron+emission+tomography-computed+tomography+standardized+uptake+values+in+clinical+practice+and+assessing+response+to+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Seminars+in+Ultrasound%2C+CT%2C+and+MR%22%5BJournal%5D)">Positron emission tomography-computed tomography standardized uptake values in clinical practice and assessing response to therapy.</a> Seminars in Ultrasound, CT, and MR. 31 (6), 496-505 (2010).</li>
<li>Hawkins, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+the+skeletal+kinetics+of+fluorine-18-fluoride+ion+with+PET%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Medicine%3A+Official+Publication%2C+Society+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Evaluation of the skeletal kinetics of fluorine-18-fluoride ion with PET.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 33 (5), 633-642 (1992).</li>
<li>Hancock, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+review+of+tests+to+identify+the+disc%2C+SIJ+or+facet+joint+as+the+source+of+low+back+pain%5BTitle%5D)+AND+%22European+Spine+Journal%3A+Official+Publication+of+the+European+Spine+Society%2C+the+European+Spinal+Deformity+Society%2C+and+the+European+Section+of+the+Cervical+Spine+Research+Society%22%5BJournal%5D)">Systematic review of tests to identify the disc, SIJ or facet joint as the source of low back pain.</a> European Spine Journal: Official Publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 16 (10), 1539-1550 (2007).</li>
<li>Jenkins, N. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%5B18%29F%5D-Sodium+Fluoride+PET+MR-Based+Localization+and+Quantification+of+Bone+Turnover+as+a+Biomarker+for+Facet+Joint-Induced+Disability%5BTitle%5D)+AND+%22AJNR+American+Journal+of+Neuroradiology%22%5BJournal%5D)">[18)F]-Sodium Fluoride PET MR-Based Localization and Quantification of Bone Turnover as a Biomarker for Facet Joint-Induced Disability.</a> AJNR American Journal of Neuroradiology. 38 (10), 2028-2031 (2017).</li>
<li>Czervionke, L. F., Fenton, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fat-saturated+MR+imaging+in+the+detection+of+inflammatory+facet+arthropathy+%28facet+synovitis%29+in+the+lumbar+spine%5BTitle%5D)+AND+%22Pain+Medicine%22%5BJournal%5D)">Fat-saturated MR imaging in the detection of inflammatory facet arthropathy (facet synovitis) in the lumbar spine.</a> Pain Medicine. 9 (4), 400-406 (2008).</li>
<li>Phelps, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tomographic+measurement+of+local+cerebral+glucose+metabolic+rate+in+humans+with+%28F-18%292-fluoro-2-deoxy-D-glucose%3A+validation+of+method%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Neurology%22%5BJournal%5D)">Tomographic measurement of local cerebral glucose metabolic rate in humans with (F-18)2-fluoro-2-deoxy-D-glucose: validation of method.</a> Annals of Neurology. 6 (5), 371-388 (1979).</li>
<li>Brenner, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+different+quantitative+approaches+to+18F-fluoride+PET+scans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Medicine%3A+Official+Publication%2C+Society+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Comparison of different quantitative approaches to 18F-fluoride PET scans.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 45 (9), 1493-1500 (2004).</li>
<li>Schellinger, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facet+joint+disorders+and+their+role+in+the+production+of+back+pain+and+sciatica%5BTitle%5D)+AND+%22Radiographics%3A+A+Review+Publication+of+the+Radiological+Society+of+North+America%2C+Inc%22%5BJournal%5D)">Facet joint disorders and their role in the production of back pain and sciatica.</a> Radiographics: A Review Publication of the Radiological Society of North America, Inc. 7 (5), 923-944 (1987).</li>
<li>Schett, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Joint+remodelling+in+inflammatory+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+the+Rheumatic+Diseases%22%5BJournal%5D)">Joint remodelling in inflammatory disease.</a> Annals of the Rheumatic Diseases. 66, Suppl 3 42-44 (2007).</li>
<li>Baum, R., Gravallese, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+inflammation+on+the+osteoblast+in+rheumatic+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Osteoporosis+Reports%22%5BJournal%5D)">Impact of inflammation on the osteoblast in rheumatic diseases.</a> Current Osteoporosis Reports. 12 (1), 9-16 (2014).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露

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。&#160;
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。&...

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引起的摄取变化。SUV 的数值特性也有助于不同患者之间以及同一患者连续扫描之间的比较。用于计算 SUV 的算法，即公式 1，假设示踪剂在体内均匀分布，并且瘦体重能够准确代表总体积。因此，SUV 是一种半定量测量指标。在给定的兴趣区域（ROI）中，SUVmax（ROI 内的最大 SUV 值）和 SUVmean（ROI 内所有采样 SUV 值的平均值）是临床实践中常用的 SUV 指标6。
动态PET数据的动力学建模也可用于更详细的定量分析。虽然SUV数据采集是静态的，但动力学建模利用的是动态图像数据，其中示踪剂水平被持续采集，从而提供了时间维度。&#160; 通过对更复杂的动态数据进行动力学建模，可以提取出与图像数据中测得的放射性活度相关的定量值和具有信息意义的动力学参数指标。图17展示了一个用于动态动力学建模的双组织隔室模型示例。&#160;Cp表示血液血浆中的示踪剂浓度，而Ce和Ct分别表示非结合间质空间和靶向骨基质中结合态示踪剂的浓度。K1, k2、k3、k4是描述示踪剂流入/流出及结合过程的动力学模型的4个速率参数。K1描述示踪剂从动脉血浆进入间质空间（Ct）的过程，k2描述示踪剂从间质空间扩散回血浆的比例，k3描述示踪剂从间质空间（Ce）转移到骨组织（Ct）的过程，k4描述示踪剂从骨组织（Ct）返回间质空间（Ce）的过程。
<img alt="图1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58491/58491fig1.jpg" /> 
图1．动态动力学建模中的双组织隔室模型示例。 Cp 表示血浆隔室中的示踪剂浓度，Ce 表示组织中游离及非特异性结合的示踪剂浓度，Ct 表示组织中特异性结合的示踪剂浓度。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58491/58491fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
Patlak 动力学模型生成 Ki_Patlak，作为放射性示踪剂从血池进入骨基质的流入速率（mL/ccm/min，立方厘米 = ccm）的度量指标。随后可使用公式2和公式3分别计算 Ki_Patlak 和 Ki_NonLinear 所对应的示踪剂从血池到骨基质的流入速率。Ki_Patlak 和 Ki_NonLinear 分别表示在两种模型下，[18F]-NaF 从动脉血池离开并不可逆地结合至骨基质亚位点的速率。Patlak 模型与非线性动力学模型之间的差异在于它们对动态数据的利用方式。Patlak 模型要求达到平衡状态，然后根据建立的线性斜率计算流入速率。Patlak 动力学模型通过使用血浆池 Cp 与游离池 Cu 达到平衡所需的时间（24 分钟）来生成 Ki_Patlak 流入速率。&#160; 该 24 分钟的时间可根据样本中所有亚位点与血浆池达到平衡所需的实际时间而调整。计算上更为严格的非线性模型则利用全部时间序列数据来拟合曲线。
本方法学论文的目的是概述进行动态[18F]-NaF-PET-MRI的详细技术。&#160; 腰椎小关节是退行性关节炎疾病的常见部位，也是轴向下背痛的常见原因8。&#160; 最近的研究表明，[18F]-NaF-PET-MRI可能作为疼痛性小关节源性疾病的有用生物标志物9。&#160; 因此，将对一名患有小关节源性下背痛患者的腰椎小关节进行分析，作为动态[18F]-NaF-PET-MRI分析的典型感兴趣区域（ROI）。

<table><tbody><tr><td>钆对比剂（Gadovist）</td><td>Bayer</td><td>na</td><td>1.0 mmol/ml 静脉注射溶液。</td></tr><tr><td>[18F]-NaF 放射性示踪剂</td><td>na</td><td>na</td><td>2.96 MBq/kg</td></tr><tr><td>GE Signa PET-MRI 扫描仪</td><td>General Electric</td><td>na</td><td>3.0 特斯拉 60 厘米孔径 PET-MRI 扫描仪</td></tr><tr><td>PMOD 动力学建模软件</td><td>PMOD Technologies, LLC</td><td>na</td><td>版本 3.8</td></tr></tbody></table>

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

Quantitative [18F]-Naf-PET-MRI Analysis for the Evaluation of Dynamic Bone Turnover in a Patient with Facetogenic Low Back Pain

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。&#160; 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。&#160; 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。&#160; 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。

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。&#160; 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。&#160; 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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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。

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

能够反映骨动态转换的成像技术可能有助于表征多种骨病理状态。骨是一种持续进行动态更新的组织，经历着……

通过该技术，我们采用PET-MRI来识别骨转换的生理生物标志物。我们认为，这些生理生物标志物可能比CT和MRI静态图像更准确地反映小关节病变。我们相信该技术可能有助于识别腰椎中引起疼痛和症状的关节。我们还希望该技术可应用于脊柱的其他区域，例如颈椎和胸椎，以识别有症状的关节突关节，甚至用于退行性椎间盘疾病的诊断。对于正电子发射断层扫描（PET）与磁共振成像（MRI）的同步采集，需使用后部阵列中心分子成像阵列线圈及3.0 PET与MR成像仪，将两种成像模式的视野中心对准下段脊柱区域（从T-12至S-3）。针对PET采集以及腰椎MRI临床序列，设置相应的成像参数。在采集MRI序列前，立即经静脉向患者肘前窝注射0.1 mmol/kg的钆布醇对比剂以及2.96 MBq/kg的氟化钠F-18放射性剂量。接下来，以腰椎为中心，采用三个独立的时间相位，进行为期60分钟的动态PET扫描：第一相位采集12帧，每帧10秒；第二相位采集4帧，每帧30秒；第三相位采集14帧，每帧4分钟。然后，在控制台上设置PET数据重建参数：视野为60 cm，滤波截止值为3 mm，采用标准Z轴滤波器，不使用心脏3D滤波器，子集数为28，采用飞行时间技术的有序子集最大期望值法（Time-of-Flight ordered subsets expectation maximization），迭代次数为4次。为分析采集的PET和MR图像，将图像传输至配备有动态PET数据分析功能的专用工作站。从L-1至L-2以及L-5至S-1节段定位双侧腰椎小关节。结合矢状面和轴状面T-2加权MR图像进行视觉三角定位，并记录大致中心层面的层号，以确定每个腰椎小关节的中心点。在视图选项卡中打开患者数据后，点击“感兴趣区域”按钮并选择球体对象。在预定义的弹出窗口中，输入 7.5 毫米作为半径，然后点击“创建新感兴趣区域”。通过左键单击，在每个小关节的中心放置一个直径为 7.5 毫米的球形感兴趣区域，并通过左键单击并拖动调整球体位置，直至该区域在视觉上与小关节中心对齐。在每个层面放置感兴趣区域后，将一个直径为五毫米的球形感兴趣区域置于右侧髂嵴的中央骨髓腔内，以排除皮质受累作为参考区域。然后调整感兴趣区域的位置，使其边缘完全位于骨髓内部。在轴向图像上单击右键，选择数据检测，以测量腹主动脉分叉近端的直径。为计算部分容积校正系数，用鼠标左键单击主动脉壁右侧，然后将光标移至主动脉壁左侧，在数据检查窗口中记录主动脉壁直径的距离。接着，左键单击“感兴趣体积”按钮，选择圆形感兴趣区域，创建一个半径为主动脉直径一半的圆形感兴趣区域。单击“创建新的感兴趣体积”，并在主动脉中心处左键单击，根据需要重新定位该区域，以确保圆圈尽可能贴近主动脉壁的位置。然后在轴向平面上下移一个层面，创建第二个圆形感兴趣区域，由两个重叠的圆形感兴趣区域构成一个圆柱形感兴趣区域。为了创建经过部分容积校正的动脉输入函数，使用从PET计算机断层成像体模获得的恢复系数，将恢复系数应用于降主动脉区域的基于图像的测量值。随后将此经过部分容积校正的动脉输入函数代入图像分析软件，用于动力学建模及示踪剂动力学的准确定量分析。此处显示的是氟化钠 F-18 PET、轴位 T-2 脂肪抑制以及轴位 T-1 增强后脂肪抑制 MRI 图像，图像层面经过 L-3 至 L-4 关节突关节。下表总结了一名代表性患者中 10 个取样关节突关节各自的 Patlak 动力学模型参数、平均与最大标准化摄取值（SUV）以及基于 MRI 的关节突关节病分级。当将该患者的 Patlak 动力学模型流入率与标准化摄取值平均值及基于 MRI 的关节突关节病分级进行对比分析时，发现 MRI 分级最高的退行性关节突关节病关节，其 Patlak 动力学模型参数值和标准化摄取值平均值也最高。我们正在进行一项临床试验，以验证我们的技术在腰椎小关节疼痛患者中的应用效果。我们期待尽快发表这些数据。掌握如何使用PET-MR软件进行分析存在较大的学习难度。此外，对于不熟悉脊柱解剖结构的人员而言，可能难以定位小关节。因此，我们认为，对图像处理步骤进行可视化展示将显著提升读者对我们方法的理解。

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