Dieses Manuskript beschreibt zwei Radiotracer-Verwaltungsprotokolle für FDG-PET (konstante Infusion und Bolus plus Infusion) und vergleicht sie mit der Bolus-Administration. Zeitliche Auflösungen von 16 s sind mit diesen Protokollen erreichbar.
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Methodenartikel
Dieses Manuskript beschreibt zwei Radiotracer-Verwaltungsprotokolle für FDG-PET (konstante Infusion und Bolus plus Infusion) und vergleicht sie mit der Bolus-Administration. Zeitliche Auflösungen von 16 s sind mit diesen Protokollen erreichbar.
Die funktionelle Positronenemissionstomographie (fPET) bietet eine Methode, um molekulare Ziele im menschlichen Gehirn zu verfolgen. Mit einem radioaktiv markierten Glukoseanalog, 18F-Fluordeoxyglucose (FDG-fPET), ist es nun möglich, die Dynamik des Glukosestoffwechsels mit zeitlichen Auflösungen zu messen, die sich denen der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) annähern. Diese direkte Messung der Glukoseaufnahme hat ein enormes Potenzial für das Verständnis normaler und abnormaler Gehirnfunktion und die Untersuchung der Auswirkungen metabolischer und neurodegenerativer Erkrankungen. Darüber hinaus ermöglichen neue Fortschritte bei der hybriden MR-PET-Hardware die gleichzeitige Erfassung von Schwankungen der Glukose- und Blutsauerstoffversorgung mit fMRI und FDG-fPET.
Die zeitliche Auflösung und das Signal-zu-Rauschen der FDG-fPET-Bilder hängen entscheidend von der Verwaltung des Radiotracers ab. Diese Arbeit stellt zwei alternative kontinuierliche Infusionsprotokolle vor und vergleicht sie mit einem traditionellen Bolus-Ansatz. Es stellt eine Methode zum Erwerb von Blutproben, zeitverriegelnden PET, MRT, experimentellen Stimulus, und Die Verabreichung der nicht-traditionellen Tracer-Lieferung. Anhand eines visuellen Stimulus zeigen die Protokollergebnisse kortikale Karten der Glukose-Reaktion auf äußere Reize auf individueller Ebene mit einer zeitlichen Auflösung von 16 s.
Die Positronen-Emissionstomographie (PET) ist eine leistungsstarke molekulare Bildgebungstechnik, die sowohl in klinischen als auch in der Forschung weit verbreitet ist (siehe Heurling et al.1 für eine kürzliche umfassende Überprüfung). Die molekularen Ziele, die mit PET abgebildet werden können, sind nur durch die Verfügbarkeit von Radiotracern begrenzt, und zahlreiche Tracer wurden entwickelt, um neuronale Stoffwechselrezeptoren, Proteine und Enzyme2,3abzubilden. In der Neurowissenschaft ist einer der am häufigsten verwendeten Radiotracer 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG-PET), die Glukoseaufnahme misst, die normalerweise als Index des zerebralen Glukosestoffwechsels interpretiert wird. Das menschliche Gehirn benötigt eine konstante und zuverlässige Versorgung mit Glukose, um seinen Energiebedarf zu decken4,5, und 70-80% des zerebralen Glukosestoffwechsels wird von Neuronen während der synaptischenÜbertragung6 verwendet. Veränderungen des zerebralen Glukosestoffwechsels werden gedacht, um zu initiieren und zu zahlreichen Bedingungen beitragen, einschließlich psychiatrische, neurodegenerative, und ischämische Bedingungen7,8,9. Da die FDG-Aufnahme proportional zur synaptischen Aktivität10,11,12ist, wird sie als direkterer und weniger verwirrter Index der neuronalen Aktivität im Vergleich zum weiter verbreiteten Blut Sauerstoffationsniveauabhängige funktionelle Magnetresonanztomographie (BOLD-fMRI). BOLD-fMRI ist ein indirekter Index der neuronalen Aktivität und misst Veränderungen des deoxygenierten Hämoglobins, die nach einer Kaskade neurovaskulärer Veränderungen nach neuronaler Aktivität auftreten.
Die meisten FDG-PET-Studien des menschlichen Gehirns erfassen statische Bilder der zerebralen Glukoseaufnahme. Der Teilnehmer ruht 10 min still mit offenen Augen in einem abgedunkelten Raum. Die volle Radiotracer-Dosis wird als Bolus über einen Zeitraum von Sekunden verabreicht, und der Teilnehmer ruht dann für weitere 30 min. Nach der Aufnahmezeit werden die Teilnehmer in der Mitte des PET-Scanners platziert, und es wird ein PET-Bild erfasst, das die kumulative FDG-Verteilung im Laufe der Aufnahme- und Scanperioden widerspiegelt. Daher stellt die neuronale Aktivität, die durch das PET-Bild indiziert wird, den kumulativen Durchschnitt aller kognitiven Aktivität über Aufnahme- und Scanperioden dar und ist nicht spezifisch für kognitive Aktivitäten während des Scans. Diese Methode hat einen großen Einblick in den zerebralen Stoffwechsel des Gehirns und die neuronale Funktion gegeben. Die zeitliche Auflösung entspricht jedoch der Scandauer (oft 45 min, was effektiv zu einer statischen Messung der Glukoseaufnahme führt; dies ist ungünstig mit der neuronalen Reaktion während kognitiver Prozesse und gemeinsamen Experimenten in Neuroimaging vergleichbar. Aufgrund der begrenzten zeitlichen Auflösung liefert die Methode einen unspezifischen Index der Glukoseaufnahme (d. h. nicht an eine Aufgabe oder einen kognitiven Prozess gebunden) und kann keine Messgrößen innerhalb des Subjekts liefern, die zu fehlerhaften wissenschaftlichen Schlussfolgerungen führen können, die zu Simpsons Paradox13. Simpsons Paradox ist ein Szenario, in dem zwischen den Probanden berechnete Beziehungen zwischen Gehirnverhalten nicht unbedingt auf dieselben Beziehungen hinweisen, die innerhalb der Probanden getestet wurden. Darüber hinaus können die jüngsten Versuche, funktionale Konnektivitätsmaßnahmen auf FDG-PET anzuwenden, nur die konnektivität zwischen den Themen messen. Daher können Unterschiede in der Konnektivität nur zwischen Gruppen verglichen werden und können nicht für einzelne Probanden berechnet werden. Obwohl es fraglich ist, was genau die themenübergreifende Konnektivität14misst, ist es klar, dass Maßnahmen, die über-, aber nicht innerhalb von Subjekten berechnet werden, nicht als Biomarker für Krankheitszustände verwendet werden können oder verwendet werden, um die Quelle individueller Variationen zu untersuchen.
In den letzten fünf Jahren hat die Entwicklung und breitere Zugänglichkeit von gleichzeitigen MRT-PET-Scannern in klinischer Qualität das Forschungsinteresse an FDG-PET-Bildgebung2 in der kognitiven Neurowissenschaft geweckt. Mit diesen Entwicklungen haben sich die Forscher darauf konzentriert, die zeitliche Auflösung von FDG-PET zu verbessern, um sich den Standards von BOLD-fMRI zu nähern (0,5 bis 2,5 s). Beachten Sie, dass die räumliche Auflösung von BOLD-fMRI Submillimeter-Auflösungen erreichen kann, aber die räumliche Auflösung von FDG-PET aufgrund des Positronenbereichs15grundsätzlich auf etwa 0,54 mm volle Breite bei halber Maximalbreite (FWHM) beschränkt ist. Dynamische FDG-PET-Erfassungen, die häufig klinisch verwendet werden, verwenden die Bolus-Verwaltungsmethode und rekonstruieren die Listenmodusdaten in Behältern. Die bolus dynamische FDG-PET-Methode bietet eine zeitliche Auflösung von ca. 100 s (z.B. Tomasi et al.16). Dies ist im Vergleich zur statischen FDG-PET-Bildgebung deutlich besser, aber nicht mit BOLD-fMRI vergleichbar. Zusätzlich ist das Fenster, in dem die Gehirnfunktion untersucht werden kann, begrenzt, da die Blutplasmakonzentration von FDG kurz nach der Verabreichung des Bolus abnimmt.
Um dieses experimentelle Fenster zu erweitern, haben eine Handvoll Studien17,18,19,20,21 die radiotracer Infusionsmethode angepasst, die zuvor von Carson22vorgeschlagenwurde, 23. Bei dieser Methode, die manchmal als "funktionelles FDG-PET" (FDG-fPET, analog zu BOLD-fMRT) beschrieben wird, wird der Radiotracer als konstante Infusion im Laufe des gesamten PET-Scans verabreicht (ca. 90 min). Das Ziel des Infusionsprotokolls ist es, eine konstante Plasmaversorgung mit FDG aufrechtzuerhalten, um dynamische Veränderungen der Glukoseaufnahme über die Zeit hinweg zu verfolgen. In einer Proof-of-Concept-Studie verwendeten Villien et al.21 ein konstantes Infusionsprotokoll und gleichzeitiges MRT/FDG-fPET, um dynamische Veränderungen der Glukoseaufnahme als Reaktion auf die Schachbrettstimulation mit einer zeitlichen Auflösung von 60 s zu zeigen. Nachfolgende Studien haben diese Methode verwendet, um aufgabengebundene FDG-fPET (d. h. zeitgebunden an einen externen Stimulus19) und aufgabenbezogene FDG-fPET (d. h. nicht zeitgebunden an einen externen Stimulus17, 18) Glukoseaufnahme. Mit diesen Methoden wurden FDG-fPET-Zeitauflösungen von 60 s erreicht, was eine wesentliche Verbesserung gegenüber Bolusmethoden darstellt. Vorläufige Daten zeigen, dass die Infusionsmethode zeitliche Auflösungen von 20 bis 60 s19liefern kann.
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse der konstanten Infusionsmethode zeigen die Plasmaradioaktivitätskurven dieser Studien, dass die Infusionsmethode nicht ausreicht, um innerhalb des Zeitrahmens eines 90-min-Scans19,21einen stabilen Zustand zu erreichen. Zusätzlich zum konstanten Infusionsverfahren schlug Carson22 auch ein hybrides Bolus/Infusionsverfahren vor, bei dem das Ziel darin besteht, zu Beginn des Scans schnell das Gleichgewicht zu erreichen und dann die Plasmaradioaktivität im Gleichgewicht für die Dauer des Scans. Rischka et al.20 haben diese Technik vor kurzem mit einem 20% Bolus plus 80% Infusion angewendet. Wie erwartet stieg die arterielle Eingabefunktion schnell über die Ausgangswerte und wurde über einen längeren Zeitpunkt mit einer höheren Rate aufrechterhalten, verglichen mit Ergebnissen, die ein reines Infusionsverfahren19,21.
Dieses Papier beschreibt die Erfassungsprotokolle für die Erfassung von FDG-fPET-Scans mit hoher zeitlicher Auflösung unter Verwendung der reinen Infusions- und Bolus-/Infusionsradiotracer-Administration. Diese Protokolle wurden für den Einsatz in einer gleichzeitigen MRT-PET-Umgebung mit einer Erfassungszeit von 90 bis 95 min19entwickelt. Im Protokoll werden Blutproben entnommen, um die Radioaktivität des Plasmaserums für die nachfolgende Quantifizierung von PET-Bildern zu quantifizieren. Während der Schwerpunkt des Protokolls auf der Anwendung von Infusionsmethoden für die funktionelle Neuroimaging mit BOLD-fMRT/FDG-fPET liegt, können diese Methoden auf jede FDG-fPET-Studie angewendet werden, unabhängig davon, ob gleichzeitige MRT, BOLD-f MRT, Computertomographie (CT) oder andere Neuroimages werden erfasst. Abbildung 1 zeigt das Flussdiagramm der Prozeduren in diesem Protokoll.
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Dieses Protokoll wurde von der Monash University Human Research Ethics Committee (Zulassungsnummer CF16/1108 - 2016000590) in Übereinstimmung mit der Australian National Statement on Ethical Conduct in Human Research24überprüft und genehmigt. Die Verfahren wurden unter Anleitung eines akkreditierten Medizinphysikers, Nuklearmediziners und klinischen Radiographen entwickelt. Die Forscher sollten sich auf ihre lokalen Experten und Richtlinien für die Verabreichung ionisierender Strahlung beim Menschen beziehen.
1. Erforderliche Ausrüstung und Personal
2. Vorbereitung

3. Scannen Sie den Teilnehmer
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Studienspezifische Methoden
Hier werden studienspezifische Details zu den repräsentativen Ergebnissen berichtet. Diese Details sind für das Verfahren nicht entscheidend und variieren von Studien zu Studien.
Teilnehmer und Aufgabengestaltung
Die Teilnehmer (n = 3, Tabelle 2) wurden einer gleichzeitigen BOLD-fMRT/FDG-fPET-Studie unterzogen. Da sich dieses M...
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FDG-PET ist eine leistungsstarke Bildgebungstechnologie, die die Glukoseaufnahme misst, ein Index des zerebralen Glukosestoffwechsels. Bis heute verwenden die meisten neurowissenschaftlichen Studien mit FDG-PET einen traditionellen Bolus-Verwaltungsansatz mit einer statischen Bildauflösung, die das Integral aller metabolischen Aktivität im Verlauf des Scans2darstellt. Dieses Manuskript beschreibt zwei alternative Radiotracer-Verwaltungsprotokolle: die nur infusionsbasierten Protokolle (z.B. Villie...
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Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt. Die Finanzierungsquelle war nicht an der Studiengestaltung, Sammlung, Analyse und Interpretation von Daten beteiligt.
Jamadar wird vom Australian Council for Research (ARC) Discovery Early Career Researcher Award (DECRA DE150100406) unterstützt. Jamadar, Ward und Egan werden vom ARC Centre of Excellence for Integrative Brain Function (CE114100007) unterstützt. Chen und Li werden von der Reignwood Cultural Foundation unterstützt.
Jamadar, Ward, Carey und McIntyre entwarfen das Protokoll. Carey, McIntyre, Sasan und Fallon sammelten die Daten. Jamadar, Ward, Parkes und Sasan analysierten die Daten. Jamadar, Ward, Carey und McIntyre schrieben den ersten Entwurf des Manuskripts. Alle Autoren haben die endgültige Fassung überprüft und genehmigt.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Blood Sample Equipment | |||
| --12-15 Vacutainer | Becton Dickinson, NJ USA | 364880 | Bleiben Sie in steriler Verpackung, bis das Blut in das Röhrchen gefüllt werden muss |
| --12-15 10 ml LH-Blutentnahmeröhrchen | Becton Dickinson | 367526 | Markiert mit der Probennummer (z. B. S1, S2…) und anschließend mit der Probenzeit (z. B. Zeit 0 + x min [T0+x]) |
| --2-15 10mL Terumo Spritze | Terumo Tokio, Japan | SS+10L | Diese werden am Tag der Studie entnommen und mit der Ampulle verschlossen, die die Kochsalzlösung enthielt |
| -- vorgezogene 0,9%ige Kochsalzlösung Spülungen | Pfizer, NY, USA | 61039117 | |
| --12-15 5-ml-Terumo-Spritzen | Terumo Tokio, Japan | SS+05S | Bleiben Sie in der sterilen Verpackung, bis Sie bereit sind, eine Blutprobe zu entnehmen |
| Sicherheit & Abfall Ausrüstung | Alle Gegenstände sind auf einem Plastikstuhl im Scannerraum auf der gleichen Seite wie der Arm angeordnet, von dem die Blutproben entnommen werden. Zu verwendende Beutel für biologisch und nicht biologisch gefährlich gewordene Abfälle. Handschuhe und Abfallbeutel sollten bei der Vorbereitung der Radioaktivität im Abgabebereich und beim Pipettieren der Plasmaproben leicht zugänglich sein. Zu verwendende Beutel für biologisch und nicht biologisch gefährlich gewordene Abfälle. Alle anfallenden Abfälle werden mit dem Geigerzähler überprüft, um sicherzustellen, dass radioaktiv kontaminierte Abfälle so lange gelagert werden, bis sie gemäß den Richtlinien der Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency (APRANSA) für die Strahlenschutzserie Nr. 6 (2017) sicher entsorgt werden können. | ||
| -- Handschuhe | Westlab, VIC, Australien | 663-219 | |
| -- Abfallsäcke | Austar Packaging, VIC, Australien | YIW6090 | |
| --Cello-Unterlagen ' Blueys" Unterlage 5-lagiges | Halyard Health, NSW, Australien | 2765A | |
| - Blauer Edding-Stift | Sharpie, TN, USA | S30063 | |
| Dosisspritzen | Bleiben bis zur Verwendung in steriler Verpackung. Alle Spritzen, die in dieser Anlage verwendet werden, haben eine zusätzliche Volumenkapazität von 20 % über das auf der Verpackung angegebene Volumen hinaus. Dies ist wichtig für die 50-ml-Spritze, bei der die Gesamtkapazität von 60 ml verwendet wird | ||
| - 5 mL | Terumo Tokyo, Japan | SS+05S | |
| -- 20 mL | Terumo Tokyo, Japan | SS+20L | |
| - 50 mL | Terumo Tokyo, Japan | SS * 50LE | |
| - 1 Terumo 18-Gauge-Nadel | Terumo Tokyo, Japan | NN+1838R | In der sterilen Verpackung aufbewahren, bis sie bereit ist, [18F]FDG in den Kochsalzbeutel zu injizieren |
| - 100 ml 0,9 % Kochsalzbeutel | Baxter Pharmaceutical, IL, USA | AHB1307 | In steriler Verpackung verbleiben, bis sie zur Injektion bereit ist [18F]FDG |
| Radiochemie Laborbedarf | |||
| -Heraeus Megafuge 16 Zentrifuge; Rotor Bioshield 720 | ThermoScientific MA, USA | 75004230 | Relative Zentrifugalkraft = 724 Unsere Einstellungen betragen 2000 U/min für 5 Minuten. Beschleunigungs- und Verzögerungskurven auf 8 eingestellt |
| Einzelbohrlochzähler | Laboratory Technologies, Inc. IL, USA | 630-365-1000 | Vollständige tägliche Qualitätskontrolle (einschließlich Hintergrundzählung) und Protokolleinstellung auf 18F und 4 Minuten. Die Kreuzkalibrierung zwischen dem Well-Zähler, dem Dosiskalibrator und dem Scanner wird alle zwei Monate durchgeführt. |
| --Pipette | ISG Xacto, Wien, Österreich | LI10434 | Wir verwenden eine 100-1000 μ L auf 1000 μm eingestellt. Er wird jährlich kalibriert. |
| --12-15 Plasmazählröhren | Techno PLAS; SA Australia | P10316SU | Gekennzeichnet auf die gleiche Weise wie die LH-Blutröhrchen |
| - 12-15 Pipettenspitzen | Expell Capp, Dänemark | 5130140-1 | |
| --3 Reagenzglas-Racks | Generisch | Überprüft mit einem Geigerzähler, um sicherzustellen, dass sie nicht mit Strahlung kontaminiert sind | |
| - 500 ml Messkolben und destilliertes Wasser | Generisch | Benötigen Sie ca. 500 ml destilliertes Wasser, um die Referenz für die Gammazählung vorzubereiten | |
| - Synchronisierte Uhren im Scannerraum, in der Konsole und im Radiochemielabor | Generische | Synchronisationsprüfungen werden routinemäßig wöchentlich in der Einrichtung durchgeführt | |
| - Hämoglobinmonitor | EKF Diagnostic Cardiff, Großbritannien Haemo Control. | 3000-0810-6801 | Vom Hersteller empfohlene Qualitätskontrolle, die vor der Prüfung am Teilnehmer durchgeführt wird" s Blutprobe. |
| --Das Glukometer | Roche Accu-Chek | 6870252001 | Accu-Chek Performa wird verwendet, um den Blutzuckerspiegel der Teilnehmer in mmol/L zu messen. Die Qualitätskontrolle wird täglich mit einem Kontrolltest mit hoher und niedriger Konzentration durchgeführt. |
| Kanülenausrüstung | Überprüfen Sie die Verfallsdaten und trainieren Sie NMT, um sich aseptisch auf die Kanülierung vorzubereiten. | ||
| --Regulation Tourniquet | CBC Classic Kimetec GmBH | K5020 | |
| --20, 22 und 24 Gauge Kanülen | Braun, Melsungen Deutschland | 4251644-03; 4251628-03; 4251601-03 | |
| --Tegaderm Verbände | 3M, MN USA | 1624W | |
| --Alkohol und Chlorhexidin Tupfer | Reynard Health Supplies, NSW Australien | RHS408 | |
| -- 0,9% Kochsalzlösung 10mL Ampullen; für Spülungen | Pfizer, NY, USA | 61039117 | |
| --10-ml-Spritzen | Terumo Tokio, Japan | SS+10L | |
| --3-Wege-Hahn | Becton Dickinson Connecta | 394600 | |
| --IV Stopfung | Safsite Braun PA USA | 415068-Optionaler | |
| Verlängerungsschlauch, Microbore-Verlängerungsset | M Devices, Dänemark | IV054000 | |
| Scanner Raumausstattung | |||
| --Siemens Biograph 3T mMR | Siemens, Erlangen, Deutschland | ||
| --Tragbarer Bleibarriereschild | Gammasonics | Speziell angefertigter | MR-bedingter Bleibarriereschild. Positioniert an der 2000 Gauss-Leitung mit arretierten Rollen, um eine zusätzliche Abschirmung der an die Infusionspumpe angeschlossenen Radioaktivität zu gewährleisten. |
| --Infusionspumpe BodyGuard 323 MR-bedingte Infusionspumpe | Caesarea Medical Electronics | 300-040XP | MR-kompatibel. Dieses Modell ist für den Einsatz auf 1,5- und 3-Tonnen-Scannern mit 2000 Gauss und feststehenden Rollen zugelassen. |
| --Schlauch für Infusionspumpe | Caesarea Medical Electronics | 100-163X2YNKS | Der Schlauch ist mit einem Anti-Siphon-Ventil und einem männlichen Luer-Lock (REF 100-163X2YNKS) ausgestattet. |
| --Bleiziegel | Sonderanfertigungen | Getestet auf ferromagnetische Translationskraft | |
| Andere Ausrüstung- | |||
| -Spritzenschilde | Biodex, NY USA | Sonderanfertigungen | Es gibt einen 5-ml-Wolfram-Spritzenschutz, der MR-sicher ist, sowie einen 50-ml-Bleischutz, der vor der Verwendung im MR-PET-Scanner auf ferromagnetische Anziehungskraft getestet wurde. Es wird verwendet, um die radioaktive Dosis aus dem radiochemischen Labor in den Scanner zu transportieren, um die Strahlenbelastung durch den NMT zu minimieren. |
| --Geigerzähler Modell 26-1 Integrierter Frisker | Ludlum Measurements, Inc. TX USA | 48-4007 | Dieser wird jährlich kalibriert und zur Überwachung potenzieller Kontaminationen und Abfälle verwendet. Es wird nicht in den MR-PET-Scanner mitgenommen. |
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