Tomografia a emissione di positroni del cervello umano con un radiotracciante

Abstract

Fonte: Jamadar, S. et. al. Somministrazione di radiotraccianti per la tomografia a emissione di positroni ad alta risoluzione temporale del cervello umano: applicazione alla FDG-fPET. J. Vis. Exp. (2019)

Questo video mostra la quantificazione del metabolismo del glucosio cerebrale utilizzando la tomografia a emissione di positroni (PET). Durante la scansione, il partecipante viene infuso con il tracciante F-18 fluorodesossiglucosio (FDG). L'FDG si accumula nei neuroni attivi ed emette positroni al decadimento dell'F-18. Questi positroni interagiscono con gli elettroni, producendo fotoni rilevati dallo scanner PET per creare mappe di attività cerebrale ad alta risoluzione.

Protocollo

Tutte le procedure che coinvolgono partecipanti umani sono state eseguite in conformità con le linee guida istituzionali, nazionali e internazionali per il benessere umano e sono state esaminate dal comitato di revisione istituzionale locale.

1. Attrezzatura e personale necessari

1. Consultare la tabella dei materiali per la sala scanner, il laboratorio di radiochimica e i materiali generali. Per il radiotracciante è stato utilizzato un fornitore commerciale.
2. Nell'ambiente simultaneo di Risonanza Magnetica - Tomografia a Emissione di Positroni (MRI-PET), utilizzare quattro persone: un radiologo (RG) per eseguire la scansione, un tecnologo di medicina nucleare (NMT) per supervisionare la somministrazione del radiotracciante e l'acquisizione di campioni di sangue, un assistente di laboratorio (LA) per la centrifuga del sangue e un assistente di ricerca (RA) responsabile della supervisione del disegno sperimentale e della presentazione dello stimolo.

2. Preparazione

1. Preparazione della dose del tracciante da parte del NMT
   1. Calcola il volume di infusione che verrà somministrato nel corso della scansione. In questo protocollo, la velocità di infusione è di 0,01 mL/s per 95 minuti. Quindi, in una scansione di 95 minuti, i partecipanti ricevono 0,01 mL/s x 60 s x 95 min = 57 mL.
   2. Calcolare la dose di tracciante che verrà diluita nella soluzione salina somministrata. In questo protocollo, una dose totale di 260 MBq viene somministrata al partecipante nell'arco di 95 minuti. Questa dose è stata scelta per limitare l'esposizione alle radiazioni a 4,9 mSv, per rimanere all'interno della classificazione di "rischio di basso livello" secondo le linee guida dell'Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency (ARPANSA) per l'esposizione degli esseri umani alle radiazioni ionizzanti. Decadimento corretto 260 MBq dal punto di infusione medio (47,5 min) a T0. Usando l'equazione 1, risolvi per A₀ Dove A_t è la radioattività (MBq) al punto medio dell'infusione, A₀ è la radioattività iniziale e λ è la costante di decadimento radioattivo specifica del tracciante. Per FDG, il valore di è λ ≈ 0,693/T_1/2. T_1/2 è l'emivita di ¹⁸F (110 min).
      NOTA: In questo esempio, A_t = 260 MBq, λ = 0,693/110 e t = -47,5, quindi A₀ = 350,942 MBq.
   3. Calcolare la dose di radiotracciante richiesta per la sacca salina da 100 ml che verrà utilizzata per somministrare la dose al partecipante. Il radiotracciante necessario per la sacca salina viene diluito fino a un volume totale di 5 mL e aspirato in una siringa da 5 mL. Pertanto, per la sacca di soluzione fisiologica da 100 mL, il fattore di diluizione è il volume di soluzione fisiologica (100 mL) in aggiunta al volume di 5 mL della siringa con radiotracciante. Questo volume totale di 105 mL è diviso per il volume di infusione di 57 mL (cioè 105 mL/57 mL = 1,842). Quindi, la radioattività totale in un volume di 5 mL richiesto per l'aggiunta alla sacca da 100 mL è A₀ x il fattore di diluizione (cioè, 350,942 MBq x 1,842 = 646,44 MBq). Aggiungere asetticamente il radiotracciante alla sacca salina.
      NOTA: È importante notare che l'attività calcolata di 646,44 MBq che viene aggiunta alla sacca salina è l'attività richiesta all'inizio dell'infusione. Generalmente, le dosi per questo protocollo vengono preparate tra 15 minuti e 1 ora prima della somministrazione. Pertanto, è importante tenere conto del decadimento del radioisotopo. Equazione 1 in 2.1.2. può essere utilizzato per tenere conto di ciò, dove il tempo (t) è il numero totale di minuti dalla preparazione della dose a quando verrà somministrata l'attività, A_t = 646,44 MBq, risolvendo per A₀.
   4. Preparare la dose di adescamento. Estrarre 20 ml dalla sacca in una siringa e tapparla. Calibrare questa siringa da 20 ml ed etichettarla. La siringa è calibrata come controllo di riferimento per garantire che la radioattività sia uniformemente dispersa all'interno della sacca salina.
   5. Preparare la dose. Utilizzando una siringa da 50 mL, prelevare 60 mL dalla sacca e tapparla con un tappo Combi rosso. Questa siringa non è calibrata, poiché la concentrazione della radioattività è nota dal momento in cui è stata aggiunta alla sacca salina (passaggio 2.1.3). Conservare entrambe le siringhe nel laboratorio di radiochimica fino al momento della scansione.
      NOTA: È possibile prelevare un volume di 60 ml in una siringa da 50 ml perché le siringhe Terumo sono contrassegnate al 20% al di sopra del volume etichettato (ad esempio, una siringa da 50 ml è contrassegnata a 60 ml).
   6. Preparare la dose di riferimento. Riempire un matraccio tarato da 500 mL con circa 480 mL di acqua distillata. Aspirare 10 MBq di ^{fluorodesossiglucosio 18}F (¹⁸F-FDG) in una siringa, correggendo il decadimento in base all'ora di inizio della scansione (utilizzando l'equazione 1), e aggiungerlo al pallone. Rabboccare il volume fino a 500 ml con altra acqua distillata e mescolare accuratamente. Applicare le etichette prima e dopo la calibrazione della siringa.
2. Preparazione della stanza dello scanner da parte dell'NMT
   1. Una volta che il partecipante è posizionato nello scanner, c'è pochissimo spazio per manipolare o salvare la linea per l'infusione o i campioni di sangue se si verifica un blocco. Preparare la sala scanner per ridurre al minimo la possibilità di blocco della linea.
   2. Assicurarsi che tutte le attrezzature per la raccolta del sangue siano facilmente raggiungibili dal luogo di raccolta. Posizionare i sottocuscinetti all'estremità della cannula e su qualsiasi superficie che possa contenere contenitori di sangue. Posizionare i contenitori per i rifiuti normali e i rifiuti a rischio biologico a breve distanza dal sito di raccolta del sangue.
3. Preparazione della pompa di infusione da parte del NMT
   1. Installa la pompa di infusione nella stanza dello scanner sul lato che sarà collegato al partecipante. Costruire mattoni di piombo attorno alla base della pompa e posizionare lo schermo di piombo davanti alla pompa. Collegare il tubo della pompa di infusione che eroga l'infusione al partecipante e assicurarsi che sia stata inserita la velocità di infusione corretta. Per questo protocollo, la velocità è di 0,01 mL/s.
   2. Adescare il tubo prima che sia collegato alla cannula del partecipante. Collegare la dose di adescamento da 20 ml alla pompa per infusione. All'estremità del tubo che verrà collegato al partecipante, collegare un rubinetto a tre vie e una siringa vuota da 20 ml. Assicurarsi che il rubinetto sia posizionato in modo da consentire alla soluzione di ¹⁸F-FDG di fluire dalla dose di adescamento attraverso il tubo e di raccogliersi solo nella siringa vuota.
   3. Preimpostare la pompa di infusione per adescare un volume di 15 mL. Selezionare il pulsante Prime sulla pompa e seguire le istruzioni per adescare la linea.
   4. Collegare la siringa dosatrice da 50 ml alla pompa di infusione al posto della dose di adescamento. La dose innescata da 15 ml sul rubinetto a tre vie può rimanere lì fino a quando il partecipante non è pronto per essere collegato alla pompa.
4. Preparazione dei partecipanti da parte di NMT, RA e RG
   1. Consiglia ai partecipanti di digiunare per 6 ore e di consumare solo acqua (circa due bicchieri), prima della scansione.
   2. Far svolgere alla RA le procedure di consenso e acquisire ulteriori misure (ad esempio, indagini demografiche, batterie cognitive, ecc.). Chiedere a NMT e RG di condurre gli screening di sicurezza, alla revisione NMT della sicurezza per la scansione PET (ad esempio, esclusione per gravidanza, diabete, chemioterapia o radioterapia nelle 8 settimane precedenti e allergie note) e alla revisione RG della sicurezza dei partecipanti per la risonanza magnetica (ad esempio, esclusione per gravidanza, impianti metallici medici o non medici, impianti dentali non rimovibili, claustrofobia).
   3. Incannulare il partecipante.
      1. Usa due cannule: una per la somministrazione della dose e l'altra per il prelievo di sangue. La cannula più appropriata varia da un partecipante all'altro, ma la vena più adatta deve essere riservata al prelievo di sangue. Una cannula da 22 G è la dimensione minima preferita. Raccogliere un campione di sangue di base da 10 ml durante l'incannulamento. Scollegare tutti i getti salini sotto pressione per mantenere la pervietà della linea.
      2. Testare il livello di zucchero nel sangue del partecipante e altre misurazioni del sangue di base (ad es. emoglobina) dal campione di base.
5. Posizionamento dei partecipanti nello scanner da parte dell'RG e dell'NMT
   1. Fai in modo che l'RG posizioni il partecipante nel foro dello scanner. Per le scansioni lunghe, è imperativo garantire il comfort al fine di ridurre il rischio di abbandono del partecipante e gli artefatti da movimento dovuti al disagio. Il partecipante deve essere coperto con una coperta usa e getta per mantenere una temperatura corporea confortevole.
   2. Prima di collegare la linea di infusione, fare in modo che l'NMT lavi la cannula per assicurarsi che sia brevettata e che abbia una resistenza minima. Una volta collegato, il tubo può essere leggermente fissato con nastro adesivo vicino al polso. Chiedi al partecipante di tenere il braccio dritto. Utilizzare supporti come schiuma o cuscini per il massimo comfort. Far controllare all'NMT anche la cannula che verrà utilizzata per i campioni di plasma per assicurarsi che sia in grado di prelevare il sangue con una resistenza minima. Potrebbe essere necessario collegare un tubo di prolunga innescato con soluzione fisiologica normale per rendere la cannula più accessibile mentre il partecipante è nello scanner. Se necessario, è necessario verificare la presenza di perdite.
   3. Una volta che il soggetto si trova nel foro dello scanner, chiedi all'NMT di verificare che abbia un accesso adeguato a entrambe le cannule.
   4. Fare in modo che l'NMT informi l'RG e l'AR in caso di problemi con la cannula di raccolta del sangue, la cannula per infusione o la pompa per infusione (ad es. occlusione, batteria, stravaso) in qualsiasi momento durante la scansione.

3. Scansiona il partecipante

1. Avvio della scansione con NMT, RG e RA
   1. All'inizio della scansione, posizionare l'NMT nella stanza dello scanner per monitorare l'attrezzatura per infusione. Assicurarsi che l'NMT indossi protezioni per l'udito e utilizzi lo schermo barriera per ridurre al minimo l'esposizione alle radiazioni dalla dose, ove possibile.
   2. Mentre l'RG esegue la scansione del localizzatore per assicurarsi che il partecipante si trovi nella posizione corretta, controllare i dettagli per l'acquisizione della PET (ad esempio, durata della scansione, raccolta dei dati in modalità elenco, isotopo corretto).
   3. Progettare il protocollo in modo che l'acquisizione della PET inizi con la prima sequenza di risonanza magnetica. L'RG prepara e avvia la sequenza di risonanza magnetica. L'ora di inizio dell'acquisizione della PET di 95 minuti è bloccata all'inizio della sequenza MRI. Se necessario, l'NMT dovrebbe erogare il bolo al momento dell'acquisizione della PET (Figura 1).
   4. Avviare la pompa di infusione. L'RG dovrebbe segnalare all'NMT (ad esempio, tramite un segno di pollice in su) di avviare la pompa 30 s dopo l'inizio dell'acquisizione del PET. Questo protocollo avvia la pompa di infusione 30 s dopo l'orario di inizio della scansione per fornire un tampone di sicurezza in caso di errore della scansione. Ciò garantisce anche che la prima immagine scattata durante la scansione PET indice il cervello prima della somministrazione del radiotracciante per la raccolta completa dei dati della curva di attività temporale. Chiedere all'NMT di osservare la pompa per assicurarsi che abbia iniziato a infondere il ¹⁸F-FDG e che non vi sia un'occlusione immediata della linea.
   5. Fare in modo che l'AR avvii qualsiasi stimolo esterno all'ora concordata (cioè all'inizio di una corsa funzionale/blocco sperimentale) e calcolare i tempi per i campioni di sangue. Chiedi all'AR di calcolare il tempo previsto di ciascun campione di sangue e di fornirne copie all'NMT e all'assistente di laboratorio (LA). Fare in modo che l'RA si assicuri che l'NMT prelevi i campioni di sangue all'incirca al momento corretto e monitori l'apparecchiatura (ad esempio, pompa per infusione, stimolo) per eventuali segni di errore.

Risultati

Figura 1: Diagramma di flusso delle procedure per esperimenti FDG-fPET. In alto: procedure per il prescreening dei partecipanti prima del reclutamento nello studio. In basso: procedure per i protocolli solo bolo (a sinistra), solo infusione (...

Materiali