Estudios multitrazador del metabolismo del oxígeno y la glucosa en el cerebro mediante un escáner de tomografía computarizada por emisión de positrones durante el tiempo de vuelo

Resumen

Las mediciones cuantitativas del metabolismo del oxígeno y la glucosa mediante PET son tecnologías establecidas, pero los detalles de los protocolos prácticos están escasamente descritos en la literatura. Este artículo presenta un protocolo práctico implementado con éxito en un escáner de tomografía computarizada por emisión de positrones de última generación.

Resumen

Los autores han desarrollado un paradigma que utiliza la tomografía por emisión de positrones (PET) con múltiples trazadores radiofarmacéuticos que combina mediciones de la tasa metabólica cerebral de glucosa (CMRGlc), la tasa metabólica cerebral de oxígeno (CMRO₂), el flujo sanguíneo cerebral (CBF) y el volumen sanguíneo cerebral (CBV), culminando en estimaciones de la glucólisis aeróbica cerebral (AG). Estas estimaciones in vivo del metabolismo oxidativo y no oxidativo de la glucosa son pertinentes para el estudio del cerebro humano en la salud y la enfermedad. Los últimos escáneres de tomografía computarizada por emisión de positrones (PET-CT) proporcionan imágenes de tiempo de vuelo (TOF) y mejoras críticas en la resolución espacial y la reducción de artefactos. Esto ha llevado a una mejora significativa de las imágenes con dosis más bajas de radiotrazadores.

Los métodos optimizados para los escáneres PET-CT más recientes implican la administración de una secuencia de monóxido de carbono (CO) y oxígeno (_O2) marcados con ¹⁵O inhalados, agua intravenosa marcada con ¹⁵O (_H2O) y ¹⁸F-desoxiglucosa (FDG), todo dentro de sesiones de exploración de 2 o 3 horas que producen mediciones cuantitativas de alta resolución de CMRGlc, CMRO₂, CBF, CBV y AG. Este documento de métodos describe los aspectos prácticos de la exploración diseñada para cuantificar el metabolismo cerebral con modelos cinéticos de trazadores y muestras de sangre arterial, y proporciona ejemplos de mediciones de imágenes del metabolismo cerebral humano.

Introducción

El cerebro humano es un gran consumidor de oxígeno y glucosa para el metabolismo. Una proporción del metabolismo de la glucosa en el cerebro humano sano ocurre fuera del uso de oxígeno, conocida como glucólisis aeróbica cerebral (AG), cuyos propósitos están bajo intensa investigación 1,2,3,4,5. Estudios previos en modelos animales y humanos reportan una asociación entre el AG y el desarrollo y el envejecimiento, el desarrollo sináptico y de neuritas, la memoria, la deposición de amiloide en la enfermedad de Alzheimer y la función y enfermedad de la materia blanca 1,6,7,8,9,10,11,12,13 . Por lo tanto, existe un interés continuo en el estudio de la AG y otros aspectos del metabolismo cerebral para comprender mejor el cerebro humano a medida que envejece e incurre en lesiones y enfermedades.

En la actualidad, los métodos para evaluar la AG del cerebro humano in vivo requieren imágenes PET con múltiples radiotrazadores de oxígeno y glucosa para medir la tasa metabólica cerebral de glucosa (CMRGlc)¹⁴, la tasa metabólica cerebral de oxígeno (CMRO₂)¹⁵, el flujo sanguíneo cerebral (CBF)¹⁶ y el volumen sanguíneo cerebral (CBV)¹⁷. Más allá de las imágenes, la medición cuantitativa del metabolismo cerebral con PET requiere otras complejidades, incluida la evaluación de la función de entrada arterial, generalmente a través de canulación y muestreo arterial invasivos; asegurarse de que los participantes sigan con precisión las instrucciones para la inhalación de radiosondas mientras se restringe el movimiento de la cabeza; manipulación segura y eficaz de radiotrazadores con vidas medias muy cortas (2 min); gestión de grandes conjuntos de datos; y la realización de métodos analíticos avanzados para calcular los parámetros metabólicos con precisión. También son notables las limitaciones del uso de [¹⁸F]FDG para la estimación de CMRGlc ^5,14.

Este protocolo aborda los asuntos prácticos más relevantes para las mediciones exitosas del metabolismo cerebral cuantitativo en nuestra experiencia. Este protocolo incluye una descripción de los procedimientos esenciales y notas de precaución para evitar errores comunes. Aplaza la discusión cuidadosa de los principios más generales del metabolismo, la neurociencia, las imágenes, la cinética de los trazadores y los métodos de inferencia de las imágenes PET con radiotrazadores. El público objetivo incluye principiantes en las mediciones metabólicas con PET, así como investigadores y médicos más experimentados en PET interesados en emplear radiotrazadores de ¹⁵O. Este protocolo supone estar familiarizado con los estudios de imágenes humanas, los procedimientos médicos invasivos, los radiotrazadores y los métodos cuantitativos de inferencia. Existen numerosas y excelentes referencias sobre la PET cerebral en general¹⁸, y para la PET con oxígeno ¹⁵más específicamente¹⁹. Para [¹⁸F]FDG, así como para otros asuntos prácticos de la realización de PET, el Centro de PET de Turku proporciona valiosos materiales de referencia, así como enlaces a la extensa literatura de investigación primaria²⁰.

Las secciones del protocolo comienzan con consideraciones relevantes con respecto a la selección de participantes que son esenciales para el cumplimiento y el escaneo exitoso. A continuación, el protocolo describe los aspectos relacionados con la exploración de apoyo con resonancia magnética para la neuroanatomía. A continuación, el protocolo describe las órdenes de laboratorio clínico que incluyen medidas importantes para la cuantificación del metabolismo del oxígeno y la glucosa. A continuación, el protocolo enumera los asuntos relacionados con el ciclotrón y la administración de radiofármacos. Las descripciones simplemente toman la perspectiva de los investigadores que trabajan en el punto de atención en la instalación de imágenes, omitiendo las consideraciones requeridas de las instalaciones y el personal del ciclotrón. A continuación, se detalla el protocolo en la preparación y gestión de las vías arteriales. El establecimiento y mantenimiento de las líneas arteriales requiere cumplir con los criterios de cumplimiento específicos de las instituciones, y el protocolo describe los flujos de trabajo exitosos. A continuación, el protocolo proporciona los procedimientos operativos esenciales para la exploración con PET, incluidos los detalles de la posición de los participantes, la TC para la corrección de la atenuación, la administración de radiofármacos y la realización de mediciones arteriales. La toma de muestras venosas analiza las posibles alternativas a la toma de muestras arteriales en las mediciones de CMRGlc con [¹⁸F]FDG. Una sección sobre la reconstrucción de imágenes PET y el almacenamiento de datos detalla los parámetros del software y cuestiones prácticas de tecnología de la información. La sección sobre el alta y el seguimiento de los participantes señala las comunicaciones esenciales para la seguridad de los participantes. También se discuten importantes actividades de calibración. Muchos métodos de análisis y modelos cinéticos adecuados están bien descritos en los informes científicos publicados y sus numerosos antecedentes; Por lo tanto, este protocolo dirige en gran medida al lector a las referencias de los enfoques publicados. Los resultados representativos ilustran la implementación exitosa de los protocolos. En la sección de discusión se detallan los aspectos ventajosos y las limitaciones del protocolo, su potencial en la neurociencia humana y cuestiones relacionadas con la seguridad.

Protocolo

NOTA: La Junta de Revisión Institucional y el Comité de Investigación de Medicamentos Radiactivos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington aprobaron todos los estudios basados en el protocolo que se describe a continuación. Todos los participantes humanos dieron su consentimiento informado por escrito antes de participar en los estudios de investigación según el protocolo que se indica a continuación. Consulte la Tabla de materiales para obtener detalles relacionados con todos los equipos, materiales y reactivos utilizados en este protocolo.

1. Selección de participantes

1. Criterios de inclusión
   1. Incluya solo participantes adultos. Asegurarse de que los participantes puedan seguir los procedimientos del estudio, incluidas las instrucciones para la inhalación de gases radiofarmacéuticos, y que sean capaces de dar su consentimiento informado o dar su consentimiento con el consentimiento sustituto adecuado. Asegúrese de que los participantes puedan someterse a imágenes en posición supina durante un máximo de 2-3 horas con descansos, y de forma continua durante 60 minutos sin descansos.
2. Criterios de exclusión
   1. Excluir a los participantes que tengan contraindicaciones para la investigación con medicamentos radiactivos, como el embarazo en el momento de la PET. Excluir a los participantes con contraindicaciones para la resonancia magnética, ya que la resonancia magnética es necesaria para el registro de imágenes anatómicas, la normalización espacial y la corrección parcial del volumen.
   2. Excluir a los participantes con cualquier contraindicación para la canulación de la arteria radial cuando se vaya a realizar la canulación de la arteria radial. Excluir a los participantes con anemia significativa o que hayan donado recientemente productos sanguíneos, ya que la toma de muestras arteriales invasivas da como resultado una pérdida total de volumen sanguíneo que puede exceder los 100 mL.
   3. Excluir a los participantes con enfermedades pulmonares significativas, ya que su capacidad para inhalar e intercambiar con éxito [¹⁵O]_O2 y [¹⁵O]CO en los pulmones puede verse afectada. Excluir a las personas con enfermedades médicas en curso más allá de las de interés, que se espera que alteren significativamente el metabolismo cerebral y el flujo sanguíneo.
      NOTA: Esto depende de los objetivos y metas específicos de un proyecto en particular, por ejemplo, si el proyecto se centra en el envejecimiento saludable, los accidentes cerebrovasculares grandes o la anemia de células falciformes pueden estar entre los criterios de exclusión.
   4. Excluir a los participantes que no puedan alcanzar un nivel de glucosa en sangre inferior a 165 mg/dL antes de la administración de [¹⁸F]FDG.

2. Resonancia magnética para neuroanatomía

1. Programe una resonancia magnética antes de la tomografía por emisión de positrones. Asegurar un protocolo de resonancia magnética para un escáner 3T que incluya una secuencia de pulsos de eco de gradiente rápido (MPRAGE) preparada para magnetización con una resolución isotrópica de 0,8-1,0 mm e, idealmente, métodos prospectivos para la corrección de movimiento²¹.
   NOTA: La corrección de movimiento prospectiva proporciona una optimización adicional de la anatomía de T1w para su uso en fusión con imágenes PET, pero es poco probable que la omisión de la corrección de movimiento prospectiva tenga muchas consecuencias para las imágenes PET actuales en participantes que se adhieren a evitar el movimiento de la cabeza. La anatomía T1w de alta calidad es importante para la corrección parcial del volumen de la PET^22,23.
2. Adquiera resonancias magnéticas neuroanatómicas para parcelaciones y segmentaciones regionales, registros de atlas y correcciones parciales de volumen. Verifique que la resonancia magnética neuroanatómica haya sido exitosa antes de programar y someter a un participante a vías arteriales invasivas y radiofármacos.

3. Pedidos de laboratorio

1. Solicite gases arteriales, hemoglobina, hematocrito y glucosa plasmática de laboratorios clínicamente certificados. Ordene oxihemoglobina, carboxihemoglobina y metahemoglobina cuantitativas para fumadores y aquellos con afecciones médicas asociadas con hemoglobinas alteradas.
2. Mida la oximetría de pulso con dispositivos validados, como los diseñados para cuidados médicos críticos.

4. Entrega de radiofármacos

NOTA: La medición del metabolismo del oxígeno cerebral y el AG con PET requiere una instalación de ciclotrón capaz de producir y administrar radiofármacos de ¹⁵O, que tienen vidas medias de 122 s. El transporte de radiofármacos entre la instalación del ciclotrón y el escáner PET debe ser lo suficientemente rápido y fiable como para proporcionar una dosis adecuada en el momento de la administración del radiotrazador.

1. Asegúrese de que todos los calibradores de dosis de radiactividad tengan energía y deje tiempo para un calentamiento suficiente del instrumento (por lo general, al menos 60 minutos).
2. En el caso de los radiofármacos gaseosos, coloque un recipiente de gas blindado y su calibrador de dosis de picoamperímetro incorporado cerca del pórtico PET del escáner PET. Garantice los accesorios seguros de los fuelles expandibles esterilizados, el filtro de partículas, el tubo de polímero plástico de gran diámetro, la abrazadera y la boquilla desechable. Véase la figura 1.
3. Procedimientos completos de aseguramiento de la calidad para líneas de gas de nylon, de 1/8 de pulgada de diámetro interior, debajo del escape, del ciclotrón para la entrega de [¹⁵O]CO y [¹⁵O]O₂. Aseguramiento completo de la calidad de las fuentes de hidrógeno purificado y de las unidades de procesamiento para la generación de radiofármacos [¹⁵O]_{H 2}O como derivado de [¹⁵O]_O2, para su posterior inyección. Véase la figura 1.

5. Vías arteriales

1. Colocación y gestión
   1. Cánula de la arteria radial mediante consulta con un médico con formación especializada para la colocación rutinaria de vías arteriales, por ejemplo, radiología intervencionista, anestesiología o medicina de cuidados intensivos.
      1. Ponga a disposición un dispositivo de ultrasonido con una sonda apropiada para obtener imágenes de la arteria radial.
      2. Proporcionar al médico intervencionista sus consumibles preferidos para la colocación de vías arteriales, más comúnmente, un kit con una guía que implemente la técnica de Seldinger.
      3. Haga todo lo posible para insertar el angiocatéter en la mano no dominante del participante.
   2. Evaluar y manejar al participante durante la canulación de la arteria radial utilizando los servicios de una enfermera experimentada o un profesional de la salud equivalente.
      1. Asegurar la circulación arterial colateral de la mano mediante ecografía.
      2. Preparar y manejar el campo estéril durante la canulación arterial.
      3. Ayudar al médico intervencionista con los procedimientos de canulación estéril.
      4. Cebe las líneas de presión rígidas y suministre solución salina normal presurizada a 300 mm Hg.
   3. Realizar el manejo continuo de la vía arterial durante el protocolo de 2-3 h, incluida la monitorización rutinaria de las formas de onda de la presión arterial y la manipulación de los circuitos de la vía arterial. Para el muestreo arterial continuo, cambie las llaves de paso en línea de suministrar contrapresión para la arteria radial a la extracción de sangre arterial mediante bombeo peristáltico a lavar y mantener el acceso a la arteria radial. Al cebar segmentos de línea que nunca fluyen hacia la arteria radial, enjuague con soluciones heparinizadas (hasta 10 U/mL) para ayudar a mantener la permeabilidad.
      NOTA: Minimice el uso de heparina cuando sea posible para mantener el catéter de la arteria radial dada la evidencia incierta de su eficacia y para evitar el riesgo de provocar trombocitopenia inducida por heparina.
   4. Use una tabla de brazo moldeable, pero rígida, para ayudar a asegurar el catéter y las vías de la arteria radial. Asegúrese de que las manipulaciones repetidas de las llaves de paso no alteren el catéter de la arteria radial.
   5. Confirme las formas de onda normales de la presión arterial antes de cada administración de radiosonda para asegurar la permeabilidad del catéter de la arteria radial.
2. Detectores gamma para muestras arteriales
   NOTA: Utilice un dispositivo de sonda de detección de rayos gamma y una bomba peristáltica para la medición de la función de entrada arterial. Aunque las muestras extraídas a mano son factibles para [¹⁸F]FDG y otros radiotrazadores de vida media más larga, el empleo de una secuencia de cuatro exploraciones rápidas de ¹⁵O se ve facilitado en gran medida por el muestreo automatizado que utiliza una bomba peristáltica y un detector gamma lo suficientemente compacto como para colocarlo junto a la mano del participante.
   1. Coloque los conjuntos de la línea arterial lo más cerca posible del catéter de la arteria radial para realizar mediciones con una dispersión y un retraso mínimos en la sonda de detección gamma. Asegúrese de que la ruta desde el sitio de canulación a través de los ensamblajes de línea hasta la sonda de detección gamma sea coherente con los datos de calibración disponibles para el ensamblaje de línea.
   2. Suministre energía continua a través de una fuente de alimentación ininterrumpida para garantizar la estabilidad de los fotomultiplicadores para detectores gamma de coincidencia. Para la detección de coincidencias, utilice ventanas de temporización de 100 ns y asegúrese de que la sensibilidad de detección nominal sea de al menos 2,4 cps ^{kBq-1 mL-1} con una linealidad del <1% a través de 10 kcps.
      NOTA: Las guías de onda llenas de líquido para la detección de coincidencias son frágiles y requieren cuidado al manipularlas y transportarlas desde las áreas de almacenamiento hasta la suite de PET.

6. Escaneo

1. Minimice los movimientos de la cabeza
   1. Antes de la exploración, eduque al participante sobre la importancia de evitar los movimientos de la cabeza durante la exploración.
2. Posicionamiento de los participantes en el estudio
   1. Asegúrese de que las configuraciones de hardware y software de PET-CT permitan el escaneo con la posición de cabeza o pies primero del participante del estudio. Siempre que sea posible, prefiera la posición de los pies primero para la PET, de modo que las extremidades y el torso del participante queden más allá del pórtico de la TEP, la cabeza del participante permanezca centrada dentro del pórtico de la TEP y el pórtico de la TC permanezca desocupado (Figura 1).
   2. Guíe y coloque al participante para que se acueste en la mesa de pórtico rebajada de acuerdo con todos los protocolos preexistentes para la exploración PET-CT humana, como garantizar la micción urinaria reciente, usar prendas adecuadas y quitarse las gafas, joyas o adornos para el cabello incompatibles con el escáner.
   3. Garantice la integridad de todas las vías arteriales y venosas a medida que la mesa de pórtico se desplaza hacia el orificio del escáner. Asegurar la conexión continua de las vías arteriales con fuentes de solución salina presurizada. Asegúrese de desconectar las bombas peristálticas, las sondas de detección gamma y cualquier otro dispositivo que no pueda pasar a través del orificio del escáner y reconectarlo posteriormente.
   4. Asegurar la comodidad del participante, especialmente cojines adecuados para la posición de la cabeza, el cuello, la columna vertebral, las caderas y la flexión de las piernas. Asegure una posición cómoda de la cabeza sobre los reposacabezas de espuma que se colocan libremente, y luego asegure la frente del participante a la mesa de pórtico con una envoltura elástica, autoadhesiva y autoextraíble como recordatorio para que el participante evite el movimiento de la cabeza. Asegúrese de que haya suficientes mantas para el confort térmico. Confirmar la comprensión del participante de la necesidad de evitar el movimiento de la cabeza durante la TC y la PET.
      NOTA: Los reposacabezas y la envoltura elástica limitan sustancialmente el movimiento de la cabeza, incluso en participantes con discapacidad cognitiva.
   5. Asegúrese de que la mesa de pórtico pase a través del orificio del escáner hasta que las extremidades y el torso del participante queden más allá del pórtico de TC y la cabeza del participante esté centrada en el pórtico de TC. Alinee la línea cantular del participante con marcadores láser verticales al ingresar al pórtico de la TC, luego incline el mentón ligeramente hacia abajo. Realice la TC como se describe a continuación. Confirme en la TC que este posicionamiento captura todo el cerebro y el cerebelo dentro del campo de visión de la PET.
   6. Asegúrese de que la mesa de pórtico continúe a través del orificio del escáner hasta que la cabeza del participante esté centrada en el pórtico de PET. Asegure un acceso adecuado a las vías arteriales y venosas, así como una extensión adecuada de la muñeca para acomodar la canulación de la arteria radial. Asegúrese de que las rejillas de ventilación del techo puedan eliminar eficazmente los gases radiotrazadores exhalados inadvertidamente cerca del borde del pórtico de PET. Realice la TC y la PET como se describe a continuación en los pasos 6.3-6.5.
   7. Monitorear rutinariamente al participante durante la PET, evaluando la comodidad del participante con una comunicación verbal mínima durante la exploración.
      NOTA: La colocación de los pies primero facilita la administración de gases radiotrazadores con mejores comunicaciones y manipulaciones mejoradas de los tubos de inhalación. Sin embargo, para la mayoría de las mesas de pórtico, la colocación de los pies primero puede ser incompatible con el uso de máscaras termoplásticas de retención de la cabeza. La posición de los pies primero también puede ser incompatible con dispositivos que protegen la cabeza de las emisiones originadas por el cuerpo inferior a la cabeza. De lo contrario, dichos escudos pueden reducir los aleatorios que se originan en el cuerpo.
3. TC para la corrección de la atenuación
   1. Obtener una TC de cabeza de baja dosis de radiación apropiada para la corrección de la atenuación. Si el participante requiere un descanso durante la exploración y abandona el escáner, repita la tomografía computarizada antes de reanudar la sesión de PET para permitir la reconstrucción basada en consola de las imágenes PET posteriores. Los parámetros útiles del TC incluyen corriente del tubo de 75 mA, tiempo de rotación de 0,5 s, paso en espiral de 1,5 y voltaje del tubo de 120 kVp, con núcleos de convolución recomendados por el proveedor y reconstrucción a una matriz de 512 x 512 x 88, resolución de 0,98 x 0,98 x 3,00 mm³.
4. Administración de radiofármacos gaseosos
   1. Instruya a los participantes sobre el procedimiento de inhalación antes de la primera administración de gas, con énfasis en inhalar y exhalar a través del tubo y no respirar por la nariz.
   2. Prepare el recipiente de almacenamiento de gas blindado equipado con un calibrador de dosis de picoamperímetro. Dentro del recipiente de gas, conecte fuelles expandibles a la línea rígida de nailon de diámetro estrecho del ciclotrón, así como a un tubo de polímero plástico semirrígido de gran diámetro que se mantiene sujeta excepto durante la administración. Coloque un filtro de partículas capturador de virus en línea con el tubo de gran diámetro de acuerdo con los requisitos de control de infecciones formulados para la pandemia de Covid-19. Coloque una boquilla de plástico desechable en el extremo del tubo.
   3. Solicitar que la instalación del ciclotrón entregue radiofármacos gaseosos al contenedor de gas.
   4. Prepárese para administrar todos los radiofármacos gaseosos en forma de bolos. El procedimiento de inhalación es idéntico en todos los casos.
      1. Monitoree la actividad de cada gas entregado a los fuelles expandibles hasta la actividad máxima, y luego espere a que la actividad caiga por debajo de la dosis máxima permitida por el Comité de Investigación de Medicamentos Radiactivos (55 mCi). Monitoree las actividades utilizando calibradores de dosis de picoamperímetro. Inicie la adquisición de emisiones por escáner.
      2. Comience la exploración inmediatamente antes del inicio de la inhalación para asegurar la adquisición del inicio de la curva de actividad temporal. Obtenga de 6 a 7 minutos de emisiones con fotogramas de 3 s x 23, fotogramas de 5 s x 6, fotogramas de 10 s x 20 y, a continuación, fotogramas de 30 s para el resto del escaneo.
      3. Indique al participante que exhale completamente y baje la mascarilla del participante.
      4. Coloque la boquilla en la boca del participante. Pida al participante que forme un sello hermético alrededor de la boquilla con los labios y luego inhale tanto como sea posible. Pida al participante que contenga la respiración durante unos segundos para facilitar que sus pulmones absorban el radiofármaco gaseoso.
      5. Pida al participante que exhale de nuevo a través del tubo, soplando el radiofármaco gaseoso residual de vuelta en el fuelle. Vuelva a sujetar el tubo y retírelo del participante.
      6. Controle la actividad del gas en el fuelle desde el inicio de la inhalación hasta el final de la exhalación. Calcule la dosis total administrada por la diferencia en las actividades. Procure que la dosis total administrada supere los 20 mCi.
   5. Administre una dosis de [¹⁵O]CO. Monitoree las mediciones arteriales para las curvas de actividad en el tiempo nominal. Si las mediciones arteriales son técnicamente insuficientes, administre una dosis de reemplazo de [¹⁵O]CO. Permita que el [¹⁵O]CO intravascular alcance un estado estacionario, lo que requiere aproximadamente 1-2 min¹⁷.
   6. Administrar dos dosis secuenciales de [¹⁵O]O₂. Monitoree las mediciones arteriales para las curvas de actividad en el tiempo nominal.
      NOTA: Este procedimiento es robusto incluso con participantes con deterioro cognitivo leve. Sin embargo, se excluye a los participantes incapaces de realizar este procedimiento, debido a un deterioro cognitivo grave o debilidad facial, para minimizar el riesgo de administración inadecuada de radiotrazador y fuga de gas al aire ambiente durante la exhalación. Para la administración continua y el uso de mascarillas para la eliminación de radiotrazadores gaseosos, consulte los métodos alternativos reportados y referenciados por Iguchi et ^al.24 Se recomienda la repetición de la dosis de [¹⁵O]_{O 2} por duplicado debido a las menores relaciones señal-ruido (recuentos de equivalentes de ruido desfavorables) que se obtienen típicamente con [¹⁵O]_{O 2}.
5. Administración de radiofármacos inyectados
   1. Solicitar que la instalación del ciclotrón entregue radiofármacos intravenosos a la bahía del escáner.
   2. Prepararse para administrar todos los radiofármacos intravenosos en forma de bolos. El procedimiento para la inyección intravenosa es similar para todos los casos.
      1. Controle la dosis en un dosímetro de mostrador de pocillos hasta que caiga por debajo del máximo permitido (25 mCi para [¹⁵O]H,₂O y 6 mCi para [¹⁸F]FDG).
      2. Comience la exploración inmediatamente antes de la inyección intravenosa para asegurar la adquisición del inicio de la curva de actividad temporal. Para [¹⁵O]H₂O, obtenga 6-7 minutos de emisiones con fotogramas de 3 s x 23, fotogramas de 5 s x 6, fotogramas de 10 s x 20 y, a continuación, fotogramas de 30 s para el resto de la exploración. Para [¹⁸F]FDG, obtenga 60 minutos de emisiones con fotogramas de 3 s x 23, fotogramas de 5 s x 24, fotogramas de 20 s x 9, fotogramas de 60 s x 13, fotogramas de 300 s x 7 y un fotograma de 351 s x 1.
      3. Inyecte de inmediato la dosis intravenosa. Mida la radiactividad residual en la jeringa para calcular la dosis administrada por diferencias. Asegúrese de que la dosis total administrada no esté por debajo de la dosis mínima permitida (15 mCi para [¹⁵O]H,₂O y 4 mCi para [¹⁸F]FDG).
      4. Monitoree las mediciones arteriales para las curvas de actividad en el tiempo nominal. Para [¹⁵O]H₂O, si las mediciones arteriales son técnicamente insuficientes, administre una dosis de reemplazo.
         NOTA: La administración de [¹⁵O]H₂O es, en algunos aspectos, más sencilla que la administración de gases, ya que la primera puede inyectarse por vía intravenosa. Sin embargo, debido a la corta vida media de [¹⁵O]H₂O, esto aún requiere una orquestación cuidadosa, dependiendo de la ubicación del escáner PET y de dónde se produce y obtiene [¹⁵O]H₂O.

7. Mediciones arteriales

1. Después de colocar al participante del estudio en el escáner, prepare todos los dispositivos necesarios para las mediciones arteriales de las actividades radiofarmacéuticas.
   1. Garantice la integridad de las conexiones entre el angiocatéter de la arteria radial, las líneas de presión rígidas, las llaves de paso, la bolsa presurizada para el suministro de solución salina normal, los juegos de catéteres de extensión para detectores gamma y los juegos de catéteres de extensión para bombas peristálticas. Asegúrese de que el cebado sea correcto para que no se puedan introducir burbujas de aire en la arteria radial y que no interfieran con el bombeo peristáltico para extraer la sangre arterial.
      1. Para el detector gamma, utilice juegos de extensión de catéter de microdiámetro con no más de 48 cm de longitud y no más de 0,6 mL de volumen de cebado.
      2. Para la bomba peristáltica, establezca el límite máximo permitido de presión de oclusión.
      3. Si la bomba peristáltica es una bomba de infusión que funciona con direcciones de flujo invertidas, seleccione el caudal mínimo para mantener el recipiente abierto (KVO).
2. Inmediatamente antes de administrar radiofármacos, cierre la llave de paso a la bolsa de presión y al monitor de presión, y opere la bomba a 300 mL/h. Confirmar la extracción de sangre de la arteria radial y su paso a través de los juegos de catéteres de extensión para los detectores gamma y los juegos de catéteres de extensión para la bomba. Confirmar las mediciones continuas de la actividad radiofarmacéutica en los detectores gamma a lo largo del paso del bolo de radiofármacos a través de la circulación arterial²⁵.
3. Verifique la adquisición simultánea de curvas de actividad de tiempo desde el escáner PET.
4. Continúe bombeando a 300 mL/h y verifique las mediciones de la actividad radiofarmacéutica en los detectores gamma durante al menos 300 s después de la inhalación de [¹⁵O]CO, 120 s después de la inhalación de [¹⁵O]O₂, 120 s después de la inyección de [¹⁵O]H₂O, y 300 s después de la inyección de [¹⁸F]FDG.
   1. Para [¹⁸F]FDG, continúe bombeando sangre a velocidades de bombeo reducidas no inferiores a 20 mL/h hasta el final de la exploración PET.
5. Después de cada medición arterial, reconfigure las líneas arteriales para enjuagar el catéter de la arteria radial; A continuación, enjuague el circuito de línea que alimenta los detectores gamma y la bomba. Para el circuito aislado a través de la bomba, ajuste las tasas de bombeo a 300 mL/h. Opcionalmente, use una segunda bolsa de solución salina heparinizada bajo gravedad para proporcionar flujos adicionales para eliminar la sangre de la bomba.
   NOTA: Dado el protocolo de imágenes prolongado y la toma repetida de muestras de sangre arterial, el riesgo de oclusión de la vía puede ser alto, lo que requiere una vigilancia continua por parte del equipo de investigadores y la enfermera. Utilice estrictas medidas de esterilidad y mantenga un circuito cerrado que esté configurado solo por llaves de paso.

8. Toma de muestras venosas

1. Antes de la exploración, establecer dos sitios para el acceso intravenoso, la canulación contralateral a la arteria radial para la inyección de radiofármaco y la canulación ipsilateral a la arteria radial para la toma de muestras venosas. Prefiera el acceso antecubital.
2. Antes de la exploración, prepare las jeringas y las tapas de las jeringas; Marque de forma indeleble las jeringas y los tapones, tape todas las jeringas y pese las jeringas tapadas con una balanza analítica con una precisión de 0,0001 g. Registre los tiempos de la toma de muestras venosas al inicio y al final de la extracción de al menos 2 mL de sangre. A temperatura ambiente (20-25 °C), centrifugar 1 mL de sangre a un RCF de 3.300 × g durante al menos 60 s para extraer el plasma. Cuente las actividades en sangre total y plasma utilizando un contador de pocillos calibrado para 68 Ge.
   NOTA: La toma de muestras venosas es la más apropiada para mediciones de [¹⁸F]FDG 30-60 min después de la inyección. Las muestras venosas obtenidas durante la exploración con ¹⁵O son técnicamente muy desafiantes y difíciles de controlar, y no se correlacionan bien con las muestras arteriales.

9. Reconstrucción de imágenes PET y almacenamiento de datos

1. Reconstruya las imágenes a partir del PET-CT, prefiriendo subconjuntos ordenados de Poisson ordinarios en 3D de maximización de expectativas (OSEM) con 4-8 iteraciones de cinco subconjuntos, TOF, aleatorios retardados, escalado de dispersión absoluta basado en modelos, corrección de atenuación, filtrado de paso completo (sin filtrado), sin modelos de función de dispersión de puntos, corrección de decaimiento al inicio del escaneo, reescalado a Bq mL-1, tamaño de matriz de 220, zoom 2 y vóxeles isotrópicos de 1,65 mm largura.
   NOTA: El zoom 2 reduce el campo de visión transversal de la reconstrucción de la imagen a la mitad, ignorando así el espacio ambiental entre la cabeza del participante y los anillos detectores de PET. Los parámetros indicados son valores iniciales para el gas [¹⁵O]_O2 , que es muy susceptible a la variabilidad de la dispersión y requiere un escalado de dispersión absoluta basado en modelos; históricamente, la elección de modelos para la dispersión ha tenido un fuerte impacto en la calidad de la reconstrucción de los trazadores de ¹⁵O. Además, las interacciones de los modelos de dispersión implementados por el proveedor con otros modelos, como los modelos de función de punto y dispersión, son actualmente poco conocidas. En consecuencia, este protocolo implementa solo modelos de dispersión sin modelos de dispersión puntual.
2. Revise los datos de PET reconstruidos en la consola del escáner para garantizar una administración adecuada de la radiosonda y un movimiento mínimo.
   1. Guarde los archivos DICOM para los datos PET, CT, normas y modo de lista reconstruidos.
      NOTA: Los datos del modo de lista son esenciales para las reconstrucciones optimizadas, que son costosas desde el punto de vista computacional y, por lo general, no se pueden realizar en la consola del escáner. Los datos del modo de lista son muy grandes (>40 GB por sesión de PET) y se deben reservar dispositivos de almacenamiento adecuados.

10. Alta y seguimiento de los participantes

1. Eliminación de la línea
   1. Retire el catéter arterial radial mediante una técnica estéril y aplique manualmente presión directa en la arteria radial (esto debe ser realizado por un profesional de la salud calificado).
   2. Aplique presión durante 15 minutos utilizando la técnica de hemostasia patentada para minimizar el riesgo de oclusión de la arteria radial.
   3. Inspeccione la punta del catéter en busca de coágulos o roturas.
   4. Después de asegurarse de que se ha logrado una hemostasia adecuada, aplique un apósito de presión con gasa estéril y envoltura elástica autoadhesiva. Inspeccione la mano para detectar cualquier cambio en el color, la temperatura, la sensación o la función.
2. Instrucciones para el cuidado en el hogar
   1. Indique a los participantes que mantengan los vendajes de presión durante 2 horas después del alta.
      1. Indique a los participantes que examinen el sitio de la canulación en busca de sangrado o hematomas a las 2 horas, y luego coloquen vendajes de venta libre.
      2. Indique a los participantes que eviten doblar o mojar la muñeca/brazo afectado durante 24 horas y que eviten actividades extenuantes que involucren la muñeca/brazo durante 48 horas.
   2. Indique a los participantes que inspeccionen su muñeca/brazo afectado en busca de indicios de infección, lesión o sangrado durante las 48 horas posteriores al alta.
   3. Proporcione múltiples métodos para comunicarse con el equipo del estudio según sea necesario.
   4. Brinde tranquilidad para las complicaciones comunes de moretones leves y molestias transitorias.
   5. Póngase en contacto con el participante del estudio 24-48 h después del alta para asegurarse de que no han surgido complicaciones adicionales.

11. Calibraciones

1. Calibración cruzada
   1. Utilice fuentes de referencia de varilla de ⁶⁸Ge o ²²Na para la calibración absoluta de los contadores de pozos.
   2. A continuación, calibrar de forma cruzada utilizando soluciones de 10-37 MBq de [¹⁸F]FDG en 30-670 mL de agua con acetonitrilo al 2% o disolvente orgánico similar. Utilice botellas de medios rígidos (tereftalato de polietileno o polietileno de alta densidad) que proporcionen contención de radiactividad con una atenuación gamma insignificante. Utilice botellas de menor volumen para acomodar menos actividad para la calibración cruzada en el orificio del escáner. Calibración cruzada de todos los demás instrumentos de detección gamma utilizando alícuotas extraídas de la botella.
2. Calibración del catéter
   1. Realizar estudios de calibración de dispersión y retardo derivados del uso de catéteres y líneas entre la arteria radial y la sonda de detección gamma.
      1. Use productos sanguíneos vencidos del banco de sangre local, un baño de temperatura controlada y una variación controlada del hematocrito de los productos sanguíneos.
      2. Ensamble dispositivos compartimentarios para alternar rápidamente entre productos sanguíneos no marcados y marcados con [¹⁸F]FDG, que se entregan al ensamblaje de catéteres, tuberías, sonda detectora de rayos gamma y bomba peristáltica. Suministre entradas de "función escalonada" de Heaviside al conjunto y mida la radiactividad a lo largo del tiempo.
      3. Estime el kernel de convolución para la dispersión y el retraso. Parametrizar los granos para que varíen con el hematocrito. Realice todas las calibraciones con la fuente de hemoderivados a 37 °C. Reutilice el kernel para todos los estudios en humanos que empleen el mismo ensamblaje.
         NOTA: Estas calibraciones solo tienen en cuenta la dispersión y el retraso a través de los ensamblajes de líneas externas, no la anatomía interna.

Resultados

Algunos de los aspectos técnicamente más desafiantes de este protocolo implican la configuración, la gestión y la recopilación exitosa de datos de las vías arteriales y, al mismo tiempo, la administración de radiotrazadores de vida media corta y la ejecución del escáner. La Figura 1 proporciona un punto de vista general de la configuración actual que resume la organización y los flujos de trabajo operativos requeridos por los coordinadores de estudios, intervencionistas, enfermeros, tecnólogos e investigadores. Los radiofármacos descritos anteriormente se incorporan fácilmente a los mapas no cuantitativos de actividades específicas (Figura 2), incluido el cálculo de las proporciones del valor de absorción estandarizado (SUVR). Las curvas de actividad en el tiempo de todo el cerebro (Figura 3) ayudan a identificar movimientos significativos de la cabeza, que producirían discontinuidades de la curva de actividad, y proporcionan rasgos característicos de los trazadores, después de la corrección de la descomposición, como la meseta esperada de [¹⁵O]CO a 120 s y su consiguiente excreción renal, la meseta de [¹⁵O]O₂ después del paso del bolo a medida que es extraído por el tejido cerebral y metabolizado a [¹⁵O]H₂ radiomarcadoO, la disminución monótona de [¹⁵O]H₂O inyectado a medida que aumenta el volumen de distribución en todo el cuerpo, y la absorción y fosforilación progresiva de [¹⁸F]FDG a través de la hexoquinasa en el cerebro durante la vida útil de ¹⁸F. Las estimaciones detalladas del modelo de [¹⁵O]H₂O metabólicas fueron descritas originalmente por Mintun et al¹⁵.

Herscovitch et al^26,27 defendieron una fenomenología polinómica más simple, que omite las consideraciones de dispersión intravascular y enfatiza las características robustas en los datos de emisiones. Los ejemplos de este trabajo hacen uso sólo de esta última fenomenología para el metabolismo del oxígeno. Las funciones de entrada arterial registradas por detección gamma de catéteres que canulan la arteria radial distal presentan una dispersión y un retraso sustanciales que deben ser desconvolucionados. Hemos favorecido los métodos bayesianos para la estimación de parámetros de modelos de series de distribuciones gamma y términos estables exponencialmente crecientes²⁸. La Figura 4 muestra los resultados para [¹⁵O]CO, [¹⁵O]O₂, [¹⁵O]H₂O y [¹⁸F]FDG. Los resultados para [¹⁵O]O₂ también ilustran la aparición de [¹⁵O]H₂O del metabolismo. En la Figura 5 se muestran los mapas de parámetros estadísticos de CBV, CBF, CMRO₂, CMRGlc y AG, que definimos como el balance molar de la glucólisis clásica: CMRGlc - CMRO₂/6.

Figura 1: Resumen de los flujos de trabajo operativos y de configuración. (A) Ilustración esquemática de los instrumentos y piezas esenciales necesarios en la bahía del escáner. En el caso de los escáneres PET-CT con orificios largos, la colocación de los participantes con los pies por delante mejora la administración de radiofármacos gaseosos al aumentar la maniobrabilidad de los dispositivos de administración de gas y mejorar las comunicaciones verbales y no verbales con el participante. El sistema de suministro de gas (cian y azul) comprende un tubo de nailon de diámetro estrecho desde el ciclotrón, debajo del escape para el transporte de radiofármacos gaseosos; una cámara de almacenamiento de gas blindada que contiene fuelles expandibles y un calibrador de dosis de picoamperímetro; un filtro de partículas adecuado para capturar partículas virales; y un tubo terminal de polímero plástico de gran diámetro equipado con abrazadera y boquilla de plástico. Todas las piezas expuestas a gotitas respiratorias son desechables o compatibles con los procedimientos de esterilización. Los instrumentos y piezas para las mediciones de sangre arterial (rojo y gris oscuro) proporcionan solución salina a presión para mantener la canulación de la arteria radial, detección gamma compacta para la coincidencia de fotones de aniquilación de 511 keV, una bomba peristáltica para la extracción de sangre arterial y un recipiente para la recolección de sangre extraída. Los radiofármacos para inyección intravenosa requieren módulos de síntesis para la generación de [¹⁵O]H₂O a partir de gas [¹⁵O]_O2 suministrado por ciclotrón, o la administración de tubos neumáticos desde la radiofarmacia del ciclotrón (verde). La administración intravenosa de radiofármacos requiere dosimetría de grado clínico (magenta). Las mediciones de la actividad en sangre total y plasma requieren un contador de pozos, una balanza analítica y una microcentrífuga (rojo). (B) Vistas anotadas y detalladas del sistema de suministro de gas. Abreviatura: PET-CT = tomografía por emisión de positrones-tomografía computarizada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Imágenes estáticas representativas para [¹⁵O]CO, [¹⁵O]O₂, [¹⁵O]H₂O y [¹⁸F]FDG, superpuestas con ~25% de transparencia en la TC con ventana para el hueso temporal. Las exploraciones de radiotrazadores de ¹⁵O colocaron al participante con los pies por delante con solo una envoltura elástica autoadhesiva que aseguraba la cabeza a la mesa de pórtico. La exploración de [¹⁸F]FDG siguió a una pausa de la exploración, y luego devolvió al participante aproximadamente a la posición original de los pies primero. Abreviaturas: CO = monóxido de carbono; FDG = fludesoxiglucosa; TC = tomografía computarizada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Curvas representativas de actividad de trazadores de todo el cerebro. (A) [¹⁵O]CO, (B) [¹⁵O]O₂, (C) [¹⁵O]H₂O y (D) [¹⁸F]FDG. Todo el cerebro se definía por el enmascaramiento de la MPRAGA anatómica. La llegada de un bolo de trazador administrado precede o coincide con el momento de los primeros cuadros PET en los paneles A y B. Abreviaturas: CO = monóxido de carbono; FDG = fludesoxiglucosa; PET = tomografía por emisión de positrones; MPRAGE = eco de gradiente de adquisición rápida preparado para magnetización. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Curvas representativas de actividad de trazadores, muestreadas continuamente desde la arteria radial y deconvoluciones de dispersiones y retrasos en ensamblajes de líneas. Los ejemplos describen (A) [¹⁵O]CO, (B) [¹⁵O]O₂, (C) [¹⁵O]H₂O y (D) [¹⁸F]FDG. Los círculos azules son datos medidos por una sonda de detección de coincidencias que rodea un catéter de bucle estrecho que expulsa la sangre arterial. El conteo de coincidencias de la sonda incluye el centelleo de referencia de los cristales LYSO que responden a los fotones ambientales (aleatorios de amplio espectro que se encuentran dentro de la ventana de tiempo del dispositivo de 100 ns). La sangre arterial pasa desde la arteria radial a través de la sonda por acción distal de una bomba peristáltica. La línea discontinua púrpura es la estimación empírica del kernel para la dispersión y el retraso descritos en la sección 11.2 del protocolo. La línea amarilla describe la curva de actividad del trazador corregida por dispersión y retraso. El recocido simulado estima los parámetros de una distribución gamma generalizada para la línea amarilla de acuerdo con el kernel estimado y los datos de la detección de coincidencias. Los datos ajustados aparecen como una línea roja. El panel (B) también indica [¹⁵O]H₂O del metabolismo de [¹⁵O]O₂ que se supone que tiene características lineales descritas por Mintun et ^al.15. Abreviaturas: CO = monóxido de carbono; FDG = fludesoxiglucosa; PET = tomografía por emisión de positrones; LYSO = oxiortosilicato de lutecio-itrio. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Mapas de CBV, CBF, CMRO₂, CMRGlc y AG. El CBV es necesario para la estimación cuantitativa de CMRO2, CMRGlc y AG. Sin embargo, la actividad de los senos venosos es confusa para CMRGlc y AG. En consecuencia, los senos venosos se han extirpado de CMRO₂ y CMRGlc mediante enmascaramiento. El contraste entre el cerebelo y el neocórtex es consistente con estudios previos de AG. Abreviaturas: CBV = volumen sanguíneo cerebral; CBF = flujo sanguíneo cerebral; CMRO₂ = tasa metabólica cerebral de oxígeno; CMRGlc = tasa metabólica cerebral de la glucosa; AG = glucólisis aeróbica. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Ejemplos de emisiones estáticas de [¹⁵O]H₂O de participantes sanos del estudio de control escaneados en tres generaciones de escáneres PET. Todas las reconstrucciones utilizaron 3D OP-OSEM con aleatorios retardados, corrección de atenuación y filtrado de paso completo (sin filtrado). Todas las reconstrucciones se realizan desde consolas de escáner con parámetros adecuados para flujos de trabajo clínicos eficientes. No se utilizaron procesamiento numérico adicional, correcciones ni desenfoques. Para fines de comparabilidad, todos los resultados del escáner se muestran siguiendo la transformación de cuerpo rígido y la interpolación trilineal en el atlas MNI152 con una resolución de 1,0^mm3 . (A) Un escáner solo PET con centelleadores de cristal BGO, OP-OSEM con 4 iteraciones y 16 subconjuntos,^2,0 x 2,0 x 2,4 mm 3 vóxeles, 6 min de emisiones, escaneo de transmisión con Ge/Ga para mapeo de atenuación y simulaciones de dispersión única. (B) Un escáner PET-MR con centelleadores de cristal LYSO, OP-OSEM con 4 iteraciones y 16 subconjuntos,^2,1 x 2,1 x 2,0 mm, 3 vóxeles, 10 minutos de emisiones, TC adquirida externamente para el mapeo de atenuación y escalado de dispersión absoluta basado en modelos. (C) Un escáner PET-CT con centelleadores de cristal LYSO, detección de tiempo de vuelo, OP-OSEM con 8 iteraciones y 5 subconjuntos, 1,65 x 1,65 x 1,65 mm,³ vóxeles, 6 min de emisiones, TC integrado para el mapeo de atenuación y escalado de dispersión absoluta basado en modelos. Abreviaturas: PET = tomografía por emisión de positrones; TC = tomografía computarizada; RM = resonancia magnética; OP-OSEM = subconjuntos ordenados de Poisson ordinarios de maximización de expectativas; BGO = germanato de bismuto; LYSO = oxiortosilicato de lutecio-itrio. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discusión

Las imágenes PET del metabolismo del oxígeno y la glucosa utilizando gases [¹⁵O]CO y [¹⁵O]O₂ inhalados, la inyección intravenosa de [¹⁵O]H₂O y la inyección intravenosa de [¹⁸F]FDG tienen antecedentes históricos significativos basados en imágenes acumuladas de generaciones anteriores de escáneres PET 14,15,16,17,26,27. Estos datos se basaban comúnmente en el escaneo de transmisión con fuentes de germanio/galio para el mapeo de atenuación, matrices de centelleadores de germanato de bismuto limitado por luminiscencia (BGO), dosificación de alta actividad y adquisiciones 2D con tabiques anillados para acomodar la luminiscencia limitada del centelleador y reconstrucciones de retroproyección filtradas que son computacionalmente económicas. Los escáneres más nuevos, incluido el descrito en este protocolo, utilizan TC de alta resolución para la corrección de la atenuación, matrices de centelleadores de oxiortosilicato de lutecio-itrio (LYSO) altamente luminiscentes dispuestas en configuraciones de centelleadores espacialmente densos, adquisiciones 3D que multiplexan la eficiencia de la detección de fotones, electrónica de detección TOF que mejora la localización espacial de eventos de aniquilación y métodos de reconstrucción computacionalmente avanzados con subconjuntos ordenados de Poisson ordinarios en 3D de maximización de expectativas (OP-OSEM). Los nuevos escáneres proporcionan una calidad de imagen superior a una dosis de radiación más baja^29,30. En la Figura 6 se detallan ejemplos comparables de tres generaciones de escáneres PET.

Este protocolo aprovecha varias modificaciones adicionales para mejorar la calidad de la información de la exploración PET de los escáneres más nuevos: posicionamiento con los pies primero, administración de dosis meticulosamente cronometrada y mediciones automatizadas de la función de entrada arterial²⁵. Estos permiten la recopilación de datos de las funciones de entrada arterial y las emisiones cerebrales para cuatro trazadores distintos del metabolismo del oxígeno y la glucosa en una sesión de exploración de 2-3 horas. Estos datos se pueden someter a métodos de modelado cinético tradicionales y novedosos, así como a algoritmos de corrección parcial del volumen, para producir estimaciones cuantitativas de alta resolución y alta precisión del metabolismo cerebral. Es importante destacar que este protocolo no solo permite mediciones cuantitativas del metabolismo del oxígeno y la glucosa en el cerebro, sino también el cálculo de la AG cerebral. En particular, la calidad de imagen superior de los escáneres de última generación permite funciones de entrada arterial derivadas de imágenes más realistas, así como nuevos enfoques analíticos que anteriormente estaban limitados por el ruido o la sensibilidad a las diferencias de tiempo entre el muestreo arterial y las emisiones cerebrales¹⁹.

En particular, la calidad de las imágenes es más difícil de mejorar con radiotrazadores de ¹⁵O que con [¹⁸F]FDG. La vida media efímera de ^{122 s de 15}O provoca una grave pérdida de información. Sin embargo, el uso de radiotrazadores gaseosos también puede ser pertinente, ya que los gases pueden acumularse en el espacio ambiente entre la cabeza del participante y los anillos de detección del PET-CT. Allí, las emisiones de los gases de las radiotrazadoras pueden formar fuentes significativas de aleatorias y dispersión, lo que confunde los métodos de corrección de dispersión implementados por el proveedor que utilizan la escala relativa de las fuentes de dispersión en comparación con las regiones identificadas como aire. Incluso los [¹⁵O]H₂O inyectados por vía intravenosa pueden plantear dificultades si se exhalan cantidades significativas en forma de vapor de [¹⁵O]H₂O. Se han reportado métodos para eliminar radiotrazadores gaseosos²⁴, pero no se han implementado en este trabajo. Los modelos convencionales de corrección de dispersión pueden ser inadecuados para obtener imágenes de radiotrazadores de ¹⁵O, y el mejor rendimiento de estos trazadores ha dependido de modelos de dispersión que tienen en cuenta las fuentes absolutas de fotones de aniquilación en el campo de visión, sin reescalamiento, junto con mapas precisos de atenuación. Incluso las omisiones menores de hardware, como los espejos conectados a las bobinas de los escáneres PET-MR, sobre los que los gases ^{de 15}O suelen formar condensados, pueden producir artefactos sustanciales en las reconstrucciones de emisiones. También se han reportado artefactos relacionados que surgen de mapas de atenuación no coincidentes después del movimiento de los participantes³¹. Dado que las interacciones de los modelos de dispersión con las características de dispersión puntual de los radiotrazadores gaseosos están todavía mal caracterizadas, en este trabajo se han omitido los métodos de modelización de la dispersión puntual que, por lo demás, son esenciales para la PET de alta resolución. La optimización de los parámetros de reconstrucción para listmode para cada rastreador es la mejor práctica, pero este trabajo proporciona ejemplos utilizando simplemente reconstrucciones de consola que se aplicaron de manera idéntica a todos los rastreadores, como se describe en la sección 9.1 del protocolo. Los ejemplos demuestran necesariamente programas de temporización de fotogramas que se han adaptado a la variabilidad de las escalas de tiempo cinéticas de trazadores. Los ejemplos enfatizan la simplicidad, la comparabilidad de las estadísticas de conteo y las resoluciones espaciales efectivas disponibles para cada trazador, y minimizan el sesgo que podría surgir al optimizar los parámetros de reconstrucción para cada trazador. Para la comparabilidad con los estudios existentes de ¹⁵O, los resultados representativos de este trabajo utilizan 8 iteraciones de 5 subconjuntos, previamente reportados como apropiados para el PET-CT moderno con adquisiciones de tiempo de vuelo^30,32. El tiempo de vuelo puede producir una resolución de imagen mejorada con 4 iteraciones de 5 subconjuntos, y estas optimizaciones están bajo investigación activa para los trazadores descritos en este trabajo.

El diámetro más largo del escáner PET-CT moderno dificulta que los investigadores proporcionen gases radiotrazadores. Las geometrías de pórtico confinadas aumentan las dificultades para llegar a la boca del participante cuando se administran gases, comunican instrucciones a los participantes y garantizan que los dispositivos de administración de gases no filtren radiotrazadores en el espacio ambiente. De este modo, la posición de los participantes con los pies por delante demuestra sus ventajas. La mayoría de los equipos de escáner hacen que la posición de los pies primero sea incompatible con la colocación de los dispositivos de neuroprotección, que generalmente colocan un blindaje de plomo que rodea el cuello del participante y separa la cabeza del participante del cuerpo. El neuroblindaje reducirá los aleatorios que entran en el campo de visión desde el cuerpo. Los beneficios relativos del neuroblindaje en comparación con evitar los radiotrazadores de gas ambiental son actualmente poco conocidos.

Cuantificación del metabolismo cerebral
En este trabajo se muestran los resultados de los análisis que utilizan los modelos tradicionales de hemodinámica descritos por Raichle et al. (CBF)¹⁶ y Martin et al. (CBV)¹⁷, y del metabolismo descrito por Mintun et al. (CMRO₂)¹⁵ y Huang et al. (CMRGlc)¹⁴. Estos análisis utilizan las funciones de entrada arterial y los datos de emisiones medidos utilizando el protocolo descrito en este documento. Se están buscando activamente y probando medios alternativos para medir la función de entrada arterial, como un método derivado de imágenes, contra el método invasivo. Los modelos tradicionales también hacen un uso completo de las imágenes dinámicas para estimar los parámetros del modelo cinético. Hemos preferido el uso de representaciones polinómicas de CBF y CMRO₂^26,27. Hemos favorecido los métodos de Huang et al. para la estimación de CMRGlc pero empleando la estimación de parámetros bayesianos^28,33. Más recientemente, el AG se concibió como una medida de la glucosa que entra en las vías glucolíticas pero que contribuye a funciones celulares distintas de la fosforilación oxidativa⁴. El cálculo de la AG cerebral requiere simplemente la conversión de CMRGlc y CMRO₂ a equivalentes molares y la resta de un sexto de este último del primero.

Corrección parcial del volumen
Por lo general, realizamos la corrección de volumen parcial regional en imágenes SUVR utilizando el algoritmo de matriz de transferencia geométrica simétrica (sGTM)³⁴. Esto se basa en los datos de alta resolución obtenidos por la resonancia magnética, que puede incluir solo secuencias anatómicas, aunque el protocolo actual también obtiene secuencias similares al Proyecto Conectoma Humano (HCP) para una parcelación regional más precisa. Hemos utilizado atlas anatómicos (p. ej., Desikan-Killiany³⁵) y funcionales (p. ej., Schaeffer³⁶ o Glasser³⁷). Los atlas anteriores a menudo tienen regiones de interés más grandes que son más apropiadas para imágenes PET obtenidas a una resolución más baja y se han utilizado más ampliamente en investigaciones previas sobre PET. Sin embargo, los atlas más nuevos están funcional y citoarquitectónicamente mejor definidos y ahora pueden ser más aplicables con imágenes PET de mayor resolución, como las obtenidas con el escáner Siemens Vision. Las imágenes SUVR para las exploraciones de ¹⁵O se calculan como se han descrito anteriormente y se hacen referencia a los valores de todo el cerebro⁴. A continuación, se calculan el CMRGlc y el CMRO₂ de todo el cerebro utilizando el modelo cinético indicado anteriormente para convertir las imágenes SUVR en valores cuantitativos absolutos. A partir de esto, se puede calcular el AG regional corregido de volumen parcial. Si bien nuestros ejemplos de imágenes de emisiones dinámicas no demuestran una corrección parcial del volumen para simplificar la presentación, ahora se están investigando activamente los métodos de corrección parcial del volumen que tienen en cuenta las imágenes dinámicas.

Generalizabilidad y adaptabilidad del protocolo
Este protocolo describe los detalles metodológicos pertinentes para adquirir la mayor exactitud, precisión, reproducibilidad e interpretabilidad posible a partir de las mediciones del metabolismo del oxígeno y la glucosa por PET en humanos. La mayor exactitud y precisión conocida de las mediciones pertenece a los análisis basados en los principios y prácticas de la cinética de trazadores, que incluyen mediciones directas de las funciones arteriales de entrada, la determinación de regiones de interés mediante el corregistro con resonancia magnética estructural de alta resolución y el uso altamente exigente de recursos computacionales para modelos estadísticos. En particular, la canulación invasiva de la arteria radial, y su mantenimiento durante las exploraciones de emisión repetidas en serie, es costosa y conlleva riesgos finitos de lesiones graves que exigen la participación de equipos con experiencia clínica. El uso de trazadores basados en ¹⁵O es otro desafío para los ciclotrones y sus equipos de soporte. Estos proporcionan correspondencia con las mediciones metabólicas históricamente reportadas en humanos y aseguran que las interpretaciones de los hallazgos cuantitativos se basen en información acumulada previamente. Sin embargo, estas medidas detalladas e invasivas también proporcionan medios para la validación de métodos menos invasivos y menos exigentes que pueden ser suficientes para muchas cuestiones del metabolismo humano. Después de una validación adecuada, la canulación de la arteria radial puede ser reemplazada adecuadamente por fuentes derivadas de imágenes de funciones de entrada³⁸ para muchos estudios especializados. Evitar la canulación de la arteria radial también impide las mediciones directas del producto metabólico primario de [¹⁵O]_O2, es decir, [¹⁵O]H₂O, que se puede estimar a partir de muestras de arteria radial que se han centrifugado para estimar [¹⁵O]H₂O del metabolismo del plasma y [¹⁵O]_O2 de los glóbulos rojos centrifugados. Sin embargo, se pueden utilizar métodos computacionalmente intensivos para resolver paramétricamente la aparición de [¹⁵O]H₂O metabólica en la circulación arterial, cuyo modelo lineal ha sido propuesto por Mintun et al¹⁵. Muchas metodologías que utilizan SUVR también pueden ser susceptibles de validación tras comparaciones con datos obtenidos de forma invasiva. Actualmente, los programas de investigación activos buscan la validación de las estimaciones de oxigenación basadas en el efecto dependiente del nivel de oxigenación de la sangre, y las mediciones contemporáneas con ¹⁵O pueden proporcionar una validación adicional³⁹. Además, aunque solo se menciona en este protocolo sin ejemplos, es probable que las optimizaciones detalladas de las reconstrucciones de imágenes del modo lista mejoren la calidad de las mediciones del metabolismo. Además, muchos métodos especializados, como la corrección de movimiento de los datos en modo lista y las correcciones parciales de volumen, pueden merecer esfuerzo cuando las preguntas del estudio lo exigen, por ejemplo, cuando los participantes ocasionales tienen movimientos excesivos de la cabeza o los estudios de atrofia cortical se confunden con el promedio de volumen parcial con líquido cefalorraquídeo.

Precauciones para la exploración por PET
Este protocolo expone a los participantes a la radiación gamma ionizante. Las estimaciones actuales de la radiación en los participantes que se han sometido a la sesión total de TEP descrita aquí (que incluye de cuatro a seis exploraciones de ¹⁵O y una gammagrafía con FDG), dan como resultado una dosis efectiva total promedio, incluidas todas las administraciones de radiosondas, de aproximadamente 7 mSv (0,7 rem). Esto es comparable a la dosis de radiación de otros radiotrazadores utilizados en la investigación y la práctica clínica y representa el 14% de la dosis total de radiación permitida a un trabajador de radiación en un año. Todos los participantes (y/o su representante legalmente aceptable) son informados cuidadosamente, tanto por escrito como verbalmente, de los riesgos potenciales de radiación antes de obtener su consentimiento para la inscripción en el estudio.

Precauciones para las vías arteriales
Las complicaciones de la canulación arterial incluyen hematomas (frecuentes), dolor, hinchazón, hematoma (poco frecuentes), sangrado en el sitio de inserción, vasoespasmo, trombosis (poco frecuentes) y reacción a la solución salina heparinizada cuando se usa (muy rara). Empleamos rutinariamente un servicio de radiología intervencionista para colocar líneas arteriales y manejar cualquier complicación si surgiera.

Precauciones para la resonancia magnética
La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés) exige que todos los dispositivos médicos que ingresan al campo magnético de un escáner de resonancia magnética se sometan a pruebas de seguridad estandarizadas. Si el dispositivo de un participante está etiquetado como seguro para resonancia magnética, entonces podemos proceder utilizando las condiciones de escaneo estándar aprobadas por la FDA sin riesgos adicionales para el participante. Si el dispositivo de un participante es condicional para resonancia magnética, revisamos el fabricante, la marca y el modelo del dispositivo, y luego ajustamos los procedimientos de exploración de resonancia magnética en consecuencia. Las imágenes también tienen el riesgo potencial de revelar hallazgos incidentales, lo que puede incurrir en riesgos adicionales como ansiedad, pérdida financiera por exámenes adicionales y, en raras ocasiones, complicaciones que surgen de procedimientos invasivos posteriores clínicamente indicados.

Resumen de limitaciones
Las limitaciones inevitables de la medición del metabolismo del oxígeno y la glucosa son específicas del propio radiotrazador. ¹⁵Los trazadores O-tracer tienen vidas medias cortas que estipulan muchos de los requisitos más exigentes de este protocolo, incluida la presencia de instalaciones de ciclotrón altamente especializadas y accesibles. Los trazadores Gaseous ¹⁵O-tracer introducen la complejidad de la gestión de gases, como la eliminación de gases espirados²⁴ y métodos especializados para correcciones de dispersión. [¹⁸F]FDG intercambia los considerables desafíos del seguimiento de metabolitos en los trazadores de [¹¹C]-glucosa para la confusión mediante estimaciones de constantes agrupadas. Este protocolo también tiene limitaciones derivadas de la geometría de confinamiento de los escáneres PET-CT integrados. Si bien la posición de los pies primero del participante mejora los problemas de confinamiento, puede ser incompatible con el uso de dispositivos de neuroprotección. Por último, el uso de la canulación invasiva de la arteria radial es en sí mismo una limitación importante. La arteria radial es un indicador del suministro arterial primario del cerebro. Sin embargo, la arteria radial puede tener características de flujo discrepantes desde los suministros arteriales hasta el cerebro. Además, los procedimientos invasivos y dolorosos alteran el estado cognitivo de los participantes del estudio, lo que limita el alcance y la generalización de los estudios de neuroimagen que se pueden llevar a cabo con este protocolo.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Tubo de nylaflow de 3/16" de diámetro exterior 1/8" de diámetro interno	Tubo de Nylaflow, Zazareth, PA Gasa
4 x 4 pulgadas	McKesson MedSurg	16-4242
Balanza analítica	Fisher Scientific/OHUAS	Pioneer Exal Modelo Plataforma de 90 mm #PA84
Filtro bacteriano/viral	Hudson RCI, Teleflex, Perak, Malasia	REF 1605 (IPN042652)
Válvula sin aguja BD SmartSite	Becton Dickinson	2000E
Biograph mMR	Siemens, Erlangen, Alemania
Biograph Vision 600 Edge	Siemens, Erlangen, Alemania
Contador de toallitas Caprac	Mirion Medical (Capintec), Florham Park, NJ	de 1991 o más reciente	NaI perforado bien cristal
Coban envoltura autoadhesiva	3M		comúnmente utilizado en unidades de cuidados intensivos
vendaje, tegaderm, 4 x 4"	3M Health Care	#1626
ECAT EXACT HR+	CTI PET Systems, Knoxville, TN
Edwards TruWave 3 cc/84 in (210 cm)	Edwards Lifescience	PX284R
catéter de extensión de 48 cm de longitud, 0,642 ml de volumen de cebado	Braun	V5424
heparina sódica, solución 2 U/ml, 1.000 ml	Hospira Worldwide	#409762059
I.V. Brazo flexible 4 x 9 pulg. adulto	DeRoyal	M8125-A
Keithley pico-amperímetro	Tekronix
Magnetom Prisma ajuste	Siemens, Erlangen, Alemania
Adaptador macho-macho 3T para válvulas Luer	Argon Medical Co.	040184000A
MiniSpin Microcentrífuga personal	Eppendorf, Hamburgo, Alemania	EP-022620151
Boquilla 15 mm ID, 22 mm OD	Hudson RCI, Teleflex, Perak, Malasia	REF 1565 (IPN042595)
MRIdium	Iradmed, Winter Springs, FL	3860+
Nalgene frasco cuadrado de PET con cierre, 650 ml	Thermo Scientific	#3420400650	para bolsa de infusión a presión de calibración cruzada
con bulbo, con capacidad para 1.000 ml	Logi	# 10401
; angiocatetro de 2.5Fr (2.5 cm); alambre de 0.015 "15 cm; aguja de 22G (2 cm)	Cook Medical	C-P MSY-250, G02854
RDS 11 MeV Ciclotrón	Siemens, Erlangen, Alemania		bombardeo de protones de 15N para generar
solución intravenosa de cloruro de sodio 15O al 0.9%, 1,000 ml	B. Braun Medical	E8000
steri-strips (cierre, skin reinf LF 1/2x4")	McKesson MecSurg	#3010
Twilite II	Swisstrace, Zurich, Suiza
Fuente de alimentación ininterrumpida Respaldo de batería y protector contra sobretensiones	APC	BR1500MS2