Analyse der ¹⁸FDG PET/CT Imaging als Werkzeug für Studium Mycobacterium-Tuberkulose -Infektion und Behandlung bei nicht-menschlichen Primaten

Das übergeordnete Ziel dieses Positronen-Emissions-Tomographie-, Computertomographie- oder PET/CT-Bildanalyseverfahrens ist es, den Krankheitsverlauf und mögliche Behandlungsmethoden von Mycobacterium tuberculosis-Infektionen bei nicht-menschlichen Primaten zu untersuchen. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen bei der Erforschung der Tuberkulose zu beantworten, einschließlich der Lokalisation der Infektion im Laufe der Zeit, der Reaktivierung nach der Latenz und des Ergebnisses spezifischer Behandlungsregimenter. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die Infektion und Behandlung von Mycobacterium tuberculosis in Echtzeit verfolgt werden kann, ohne dass periodische Tierautopsien erforderlich sind.

Exportieren Sie zunächst die mitregistrierten PET/CT-Bilder in die entsprechende Software und öffnen Sie die Bilder aus der Software-Datenbank in Achsausrichtung. Klicken Sie auf den CT-Scan und ändern Sie die Fensterebene, die Fensterbreite in CT pulmonal. Das Lungengewebe wird dunkel und die anatomischen Merkmale erscheinen heller, wobei die Atemwege schwarz und die Gefäße weiß sind.

Konzentrieren Sie sich auf jeweils einen Lappen und scrollen Sie durch das fusionierte PET/CT-Bild, um die Läsionen zu identifizieren. Kleine Läsionen können von den Gefäßen unterschieden werden, indem man mit dem Mauszeiger über die betreffende Struktur fährt und ein oder zwei Schichten auf und ab scrollt. Wenn die Struktur unter dem Cursor verbleibt, handelt es sich um eine Läsion.

Um eine interessierende Läsion zu messen, entfernen Sie das PET-Signal, so dass nur der CT sichtbar ist, und wählen Sie das Längenwerkzeug aus. Scrollen Sie, bis das Segment mit dem größten Teil der Läsion sichtbar ist, und ziehen Sie eine lange Linie über die längste Länge der Läsion. Die Daten, die in diesem interessierenden Bereich enthalten sind, stellen die Länge des Durchmessers der Läsion in Millimetern dar.

Wählen Sie im Menü Fensterebene, Fensterbreite und Farbnachschlagetabelle die Option Fensterebene und Fensterbreite manuell festlegen im Dropdown-Menü Fensterebene, Fensterbreite aus und geben Sie im Dialogfeld Null für von und 20 für bis ein. Wählen Sie das ovale Werkzeug aus dem Dropdown-Menü des Maustastenfunktionswerkzeugs aus und scrollen Sie über die Läsion, um den härtesten Teil des Gewebes zu beurteilen. Zeichnen Sie dann ein Oval um die Läsion, um deskriptive Statistiken für alle spezifischen Schwellenwerte innerhalb der Region in Voxeln zu erhalten.

Um die gesamte FDG-Avidität der Lunge zu messen, klicken Sie auf eine beliebige Stelle auf dem CT-Scan. Wählen Sie im Dropdown-Menü "Bereich of Interest" die Option "2D-3D-Segmentierung des erweiterten Bereichs" aus, und legen Sie den unteren Schwellenwert auf 1024 und den oberen Schwellenwert auf 200 fest. Wenn die Schwellenwerte festgelegt wurden, klicken Sie auf eine beliebige Stelle in der Lunge, um die gesamte Scheibe grün zu markieren.

Klicken Sie im Dialogfeld Segmentierungsparameter auf Berechnen, um den gewachsenen Bereich von einer Folie auf das gesamte Lungenvolumen zu erweitern. Klicken Sie anschließend auf das kleine Symbol links neben dem Namen des CT-Scans und ziehen Sie das Symbol auf den PET-Scan. Wählen Sie dann die Option "Regionen von Interesse kopieren" aus, um die Lunge auf dem PET-Scan zu überlagern.

Zum Ausfüllen der Bereiche der Lunge mit hoher Dichte, die auf dem PET-Scan als Lücken erscheinen. Wählen Sie im Dropdown-Menü "Interessenbereich" die Option "Pinselbereiche von Interesse" und "Schließen" aus. Schieben Sie im Popup-Fenster den Pfeil auf drei, so dass am oberen Rand des Felds der Elementradius 3 strukturiert ist, und aktivieren Sie die Option Auf alle Interessenbereiche mit demselben Namen anwenden.

Schließen Sie verbleibende Lücken bei Bedarf manuell. Wenn die gesamte Lunge auf dem PET-Scan sichtbar ist, löschen Sie alle Pixel außerhalb der Lunge, öffnen Sie das Menü "Bereich of Interest" und wählen Sie "Pixelwerte" aus, stellen Sie sie ein, klicken Sie auf das Kontrollkästchen "Outside Region of Interest" und setzen Sie alle Pixel außerhalb des Bereichs of Interest auf Null. Um die heiße Pathologie zu isolieren, wählen Sie erneut "Pixelwerte festlegen auf" und klicken Sie auf das Kontrollkästchen "Innere Interessenbereiche" und klicken Sie auf das Endfeld, sodass alle Werte zwischen Null und 2,3 auf Null gesetzt werden.

Um sicherzustellen, dass nur die Krankheitspathologie gemessen wird, wählen Sie im Menü "Region of Interest" die Option "Alle "Regions of Interest" in dieser Reihe löschen und "Region vergrößern 2D-3D-Segmentierung" aus. Ändern Sie den unteren Schwellenwert auf 2.3 und den oberen Schwellenwert auf 100 und scrollen Sie durch das gesamte PET-Fenster, indem Sie auf eine beliebige Krankheitspathologie klicken und berechnen. Nachdem Sie die Wiederholung für jeden Bereich einer Herzerkrankung durchgeführt haben, öffnen Sie das Menü "Regionen von Interesse" und wählen Sie "Regionen von Interesse speichern", um die gesamte interessierende Lungenregion zu speichern.

Exportieren Sie dann die Rohdatenwerte in eine Tabelle. Um die FDG-Aufnahme in den heißen Lymphknoten zu bestimmen, markieren Sie das PET/CT-Fusionsbild, öffnen Sie das Dropdown-Feld für die Farbnachschlagetabelle in der Symbolleiste und wählen Sie die Einstellung UCLA-Nachschlagetabelle aus. Um einen manuellen Interessenbereich um den interessierenden Lymphknoten zu zeichnen, klicken Sie auf das Dropdown-Menü auf der rechten Seite der Maustastenfunktion in der Hauptsymbolleiste und wählen Sie geschlossenes Polygon aus.

Klicken Sie auf den Rand des Lymphknotens, um den ersten Punkt der interessierenden Region zu bestimmen, und klicken Sie weiter und verfolgen Sie das Gewebesegment, bis der gesamte Lymphknoten fast umschlossen ist. Doppelklicken Sie dann, um den interessierenden Bereich zu schließen und die spezifischen Schwellenwerte in einer separaten Tabelle zu notieren. Um die FDG-Datenwerte der Krankheitspathologie zu normalisieren, klicken Sie auf das gleichzeitig registrierte PET- und CT-Bild und scrollen Sie durch das Bild, bis die Schicht erreicht ist, die den Treffpunkt des Hauptbronchiums enthält.

Verwenden Sie das ovale Werkzeug, um interessante Bereiche von ungefähr gleicher Größe auf dem Rückenmuskel und dem Muskel posterior und lateral der Wirbelsäule zu zeichnen, um hintergrundspezifische Schwellenwerte zu erhalten. Verfolgen Sie das Symbol links neben dem mitregistrierten PET/CT-Scan zum PET-Fenster und wählen Sie die gewünschten Bereiche aus. Die interessierenden Bereiche sollten im PET-Scan-Fenster angezeigt werden.

Aktivieren Sie im Hauptmenü das Kontrollkästchen "Modus" und stellen Sie sicher, dass im Dropdown-Menü die Option "Maximale Intensitätsprojektion" ausgewählt ist. Vergewissern Sie sich dann, dass die Gleitskala für dicke Platten auf 10 eingestellt ist, und notieren Sie die mittleren spezifischen Schwellenwerte der beiden interessierenden Muskelregionen in einer neuen Tabelle. Einzelne Granulome können hinsichtlich Anzahl, Größe und FDG-Aufnahme qualitativ visualisiert werden, um das allgemeine Ausmaß des Infektionsprozesses zu verstehen.

Das Zählen von Granulomen aus den Bildern im Laufe der Zeit ermöglicht eine quantitative Messung der Krankheitsausbreitung. Von den 10 Tieren in diesem repräsentativen Versuch entwickelten beispielsweise drei eine aktive Krankheit und sechs eine latente Infektion. Ab sechs Wochen nach der Infektion und danach zeigten Tiere, die später eine aktive Krankheit entwickelten, statistisch eine höhere Anzahl von Granulomen als die Tiere, die eine latente Infektion entwickelten.

Bei allen aktiven infektionierten Tieren wurde bei jedem Granulom drei bis sechs Wochen nach der Infektion ein Anstieg der FDG-Aufnahme gemessen. Während die Tiere, die zur Latenz übergingen, eine Variation in der FDG-Aufnahme aufwiesen. Mit einigen Läsionen, die im gleichen Zeitraum zunehmen, abnehmen oder die gleiche Aufnahme zeigen.

Während die FDG-Aufnahme in den mediastinalen Lymphknoten zwischen aktiven und latenten Tieren nach drei Wochen ähnlich ist. Die Lymphknoten von aktiven Tieren weisen nach sechs, acht und 12 Wochen eine signifikant höhere Aufnahme auf. In der Tat ist es bei Tieren mit einer höheren Gesamt-Lungen-FDG-Avidität insgesamt wahrscheinlicher, dass sie reaktiviert werden, wobei über 90% der Tiere eine mehr als 1 x 10 bis drei Lungen-FDG-Avidität aufweisen oder mit mindestens einem Scan sichtbaren extrapulmonalen Infektionsherd nach Tumornekrosevektor-Neutralisation in diesem Experiment reaktiviert werden.

Einmal gemeistert, kann diese Technik je nach Schwere der Erkrankung in ein bis drei Stunden pro Tier abgeschlossen werden, wenn sie richtig durchgeführt wird. Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, auf die Details zu achten und immer Ihre Interessenbereiche zu speichern. Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Beurteilungen, wie z. B. die Bestimmung der immunologischen und bakteriellen logischen Parameter, durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen über die Beziehung zwischen Größe und SUV von Granulomen und dem Infektionsergebnis zu beantworten.

Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Tuberkulose, um spezifische Behandlungen und Impfstoffe für eine Vielzahl von nichtmenschlichen Primatenarten zu evaluieren. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie PET/CT-Scans von M-Tuberkulose-infizierten nicht-menschlichen Primaten qualitativ und quantitativ ausgewertet werden können. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Mycobacterium tuberculosis äußerst gefährlich sein kann und Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen der entsprechenden PSA der Biosicherheitsstufe 3 und das Befolgen genehmigter Protokolle immer getroffen werden sollten, wenn Bildgebung an infizierten nichtmenschlichen Primaten durchgeführt wird.