2018年11月9日
[18F]氟代脱氧葡萄糖(FDG)正电子发射断层扫描-计算机断层成像可用于研究与脑功能相关的葡萄糖代谢。本文介绍了一种针对重度创伤性脑损伤患者中与临床表现相关的目标脑区,进行[18F]FDG示踪剂准备及感兴趣区域半定量评估的实验方案。
该列表有助于解答神经康复领域中的关键问题,特别是关于脑外伤后无反应性觉醒综合征和最小意识状态的问题。该技术的主要优势在于,对于存在脑组织变形(如萎缩、肿胀、脑室腔隙扩大或缩小)的患者,可在慢性期提供辅助。
演示该操作的人员包括:我们的药剂师内田智辉(Tomoki Uchida)、技术娴熟的操作员横山一彰(Kazuaki Yokoyama)、护士亀泽瑞穗(Mizuho Kamezawa)、小野寺伸二(Shinji Onodera)以及来自我实验室的放射技师尾崎义博(Yoshihiro Ozaki)。开始制备用于FDG自动化生产的试剂盒,试剂盒需根据所使用的合成仪进行定制。将试剂盒制备用的注射器安装至自动化FDG合成仪中相应的注射泵上。
务必使用自动程序检查抽吸系统的移动性。检查氧-16和氧-18水的体积,以及氦气、氢气和氮气的气体体积。同时确保用于初级冷却的自来水温度低于25摄氏度,用于二级冷却的温度低于22摄氏度。
一小时后,确保试剂盒无空气泄漏。准备好乙腈、甘露糖三氟甲磺酸酯、乙醇和磷酸盐缓冲液的小瓶。开始用回旋加速器对氧-16进行初步辐照。
确保在靶区以最佳条件照射2至3毫升水。随后,在开始照射后90分钟,启动对氧-18水的回旋加速器照射。设定轰击时间最长为20分钟,入射质子能量为16.5兆电子伏特。
确保回旋加速器运行时,指示灯亮起。辐照结束后,使用氦气将2至3毫升的氧-18水从回旋加速器转移至FDG合成仪的聚丙烯接收瓶中。将注射器安装到相应的注射泵及加压试剂瓶上。
然后,将甘露糖三氟甲磺酸酯溶于一管99.5%纯度的乙腈中,再用乙腈冲洗反应盒。将辐照过的氧-18水转移至FDG合成仪。随后,将洗脱液转移至反应容器中,确保其中不含液体并含有氟-18。
让溶剂蒸发至干燥。在干燥过程中,向反应容器中分三次加入80微升乙腈。在95摄氏度下,于氮气流和真空条件下进行蒸发。
将25毫克甘露糖三氟甲磺酸前体溶解于约3.5毫升纯度为99.5%的乙腈中,然后加入干燥残余物中。在FDG合成仪中于85摄氏度下发生亲核取代反应。初步纯化时,将标记溶液与26毫升蒸馏水混合。
然后,将约四毫升稀释后的标记溶液送回反应容器,以回收剩余的放射活性。接着,使溶液通过反相小柱。随后,用蒸馏水洗涤四次捕获了标记前体的小柱。
现在,通过碱性水解在色谱柱中将乙酰化化合物转化为氟代脱氧葡萄糖(FDG)。使用750微升2 N氢氧化钠,在室温下反应90秒。水解完成后,将碱性FDG溶液收集至70毫升水中,并与中和溶液混合。
然后,纯化所得的中和后的FDG溶液。将中和后的FDG溶液通过第二个反相柱,以截留部分水解产物和非两性副产物。接着,将其通过一个Alumina-N柱,以去除残留的微量未反应的F-18氟离子,最后通过0.22微米滤器。
接下来,用 3 毫升水冲洗反应盒、 cartridges 和滤膜,以回收管路中残留的氟代脱氧葡萄糖(FDG)。然后,将 FDG 排入最终的小瓶中,小瓶内液体体积应为 15 至 17 毫升。从开始制备起 2 小时 30 分钟后,通过观察小瓶进行定性分析,确认液体透明且无颗粒物。
同时,使用旋转平衡法测量液体的量。使用放射性同位素活度计测量放射性及半衰期。现在,使用试纸测量pH值以及残留的冠醚-22含量。
同时,通过吸光度测定,使用适当的设备检测内毒素。接着,从西林瓶中取0.5毫升,通过碳水化合物分析进行放射化学纯度检测。采用3.9 × 300毫米的色谱柱进行高效液相色谱分析,以检测放射性峰。
最后,用铅和钨覆盖的样品瓶中加入FDG示踪剂,剂量为每公斤体重5兆贝可(5 megabecquerel)。然后,在开始时间后3小时25分钟,将示踪剂从热室转移至操作室。首先为FDG示踪剂的静脉注射建立静脉通路。
在患者下肢固定一根装有5毫升肝素钠的22至24号针头。患者应在进入放射控制区域前平卧30分钟。随后,通过抽血重新检查静脉通路的通畅性,并测量患者的血糖水平。
然后,通过传递窗将FDG示踪剂从热室转移至操作间。将示踪剂安装至自动分装与注射系统中。在显示器上检查FDG示踪剂从药瓶中的吸取情况。
将管路连接至患者与自动分配注射系统之间。按下底部,将FDG示踪剂注入患者体内。此时,暂停操作以确认示踪剂的用量和批号、预设放射性活度、注射时间、注射速度以及实测放射性活度水平。
现在,记录自动显示与注射系统显示屏上显示的注射前放射性活度自动测量值。随后,在启动后3小时30分钟时,通过静脉途径注射示踪剂。让患者在辐射控制区的候诊室内等待50分钟。
然后,在开始时间后的4小时30分钟,将患者从候诊室转移至PET/CT仪器,并记录10分钟的脑部图像。成像后,检查注射部位是否有渗出。所有数据采集完成后,使用成像软件对所有图像数据进行标准化摄取值测量评估,并将临床评估结果与FDG-PET/CT图像进行比较。
该图显示了一幅具有代表性的氟脱氧葡萄糖-正电子发射断层扫描/计算机断层扫描(FDG-PET/CT)脑部图像。图中展示了在三维图像浏览器中对右侧丘脑葡萄糖代谢的测量结果。此处我们看到的是FDG-PET与CT融合后生成的典型彩色映射图像。
扫描时的血糖水平以红色显示,采用最大标准化摄取值(SUV)50%的阈值。该图板展示了具有代表性的三维脑表面FDG-PET图像。红色区域的葡萄糖代谢高于绿色区域。
扫描时的血糖水平以红色显示。进行该操作时,重要的是应根据患者数量调整轰击时间和能量。此外,应注意冠醚-222管,因其容易因结晶而堵塞。
还需注意,注射器的钩状部分应小心操作,因其容易折断。此外,应意识到脑外伤患者在图像采集过程中有时可能会出现意外动作。遵循此操作流程,可通过多种方式应用各种放射性检测,以回答涉及氨基酸代谢的其他问题。
请注意,操作放射性物质可能具有极高危险性,在进行本实验时,必须始终采取辐射防护等安全预防措施。
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本文介绍了一种利用[18F]-氟脱氧葡萄糖(FDG)正电子发射断层扫描-计算机断层成像技术研究脑内葡萄糖代谢的实验方案,特别针对重度创伤性脑损伤患者。重点在于对与临床表现相关的特定脑区进行半定量评估。
评估大脑中的葡萄糖代谢可为无法可靠自述症状的重度创伤性脑损伤患者提供客观的功能数据。这种半定量的[18F]FDG-PET/CT方法通过将大脑特定区域的活动与意识障碍的临床表现相关联,支持神经康复中的靶点验证。该方法通过随时间定量分析特定脑区的代谢变化,实现对治疗假设的机制性风险评估。
该方法通过提供定量的代谢读出结果,为神经康复中的作用机制研究提供依据,从而整合到从靶点验证到先导化合物鉴定的整个发现流程中。