Summary
Das hier vorgestellte Verfahren verwendet 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG), Positronenemissionstomographie / Computertomographie (PET-CT) und Fett-Wasser getrennt, Magnetresonanztomographie (MRI), die jeweils folgende 2 h Einwirkung thermo (24 ° C gescannt ) und kalten Bedingungen (17 ° C), um braune Fettgewebe (BAT) bei erwachsenen menschlichen Patienten abzubilden.
Abstract
Zuverlässig differen braunen Fettgewebe (BAT) aus anderen Geweben mit Hilfe eines nicht-invasiven bildgebenden Verfahren ist ein wichtiger Schritt in Richtung Studium BAT beim Menschen. Erfassen BAT wird typischerweise durch die Aufnahme der injizierten radioaktiven Tracer 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) in Fettgewebe Depots bestätigt, wie durch Positronenemissionstomographie / Computertomographie (PET-CT) nach Aussetzen der Gegenstand Kältereiz gemessen . Fett-Wasser getrennt Magnetresonanzbildgebung (MRI) hat die Fähigkeit, BAT, ohne die Verwendung einer radioaktiven Tracer unterscheiden. Bisher MRI von BVT bei erwachsenen Menschen wurde nicht mit Kalt aktiviert PET-CT zusammen registriert. Daher wird in diesem Protokoll 18 F-FDG-PET-CT-Scans, um ein BAT-Maske, die dann zu kooperieren registriert MRI-Scans des gleichen Themas angewendet automatisch zu generieren. Dieser Ansatz ermöglicht die Messung von quantitativen MRT Eigenschaften BAT ohne manuelle Segmentierung. BAT Masken werden aus zwei PE geschaffenT-CT-Scans: nach der Belichtung für 2 h auf entweder thermo (TN) (24 ° C) oder Kälteaktivierte (CA) (17 ° C) Bedingungen. Die TN und CA PET-CT-Scans sind eingetragene und die PET standardisierte Aufnahme und CT Hounsfield-Werte werden verwendet, um eine Maske, die nur BAT erstellen. CA und TN MRI-Scans werden auch zu diesem Thema erworben und an die PET-CT-Scans, um quantitative MRI Eigenschaften innerhalb der automatisch definierten BVT Maske herzustellen registriert. Ein Vorteil dieses Ansatzes ist, dass die Segmentierung ist vollständig automatisiert und wird weithin akzeptierte Verfahren zur Identifizierung der aktivierten BAT (PET-CT) bezogen. Die quantitativen MRT Eigenschaften BAT gegründet mit diesem Protokoll als Grundlage für eine MRT-Untersuchung nur BAT, die die mit PET-CT verbundenen Strahlung vermeidet dienen.
Introduction
Aufgrund der deutlichen Zunahme der Fettleibigkeit weltweit, gibt es ein erhöhtes Interesse an Forschungsbereichen zu verstehen Energiebilanz abzielen. Übergewicht kann zu kostspieligen und verheerende Krankheiten wie Diabetes, Lebererkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs führen, so dass es ein wesentlicher Bereich des Schutzes der öffentlichen Gesundheit ein. Ein Bereich, der Forschung auf das Verständnis der Bilanz von Energieaufnahme im Vergleich zu Energieverbrauch ausgerichtet ist die Lehre von braunem Fettgewebe oder BAT. Obwohl ein Fettgewebe bezeichnet, unterscheidet sich von der BAT häufiger weißen Fettgewebe (WAT) in vielerlei Hinsicht 2. Die Funktion der weißen Fettzellen zu Triglyceriden in einem einzigen großen Lipid Vakuole pro Zelle zu speichern, und um diese Triglyceriden als Energiequelle in den Blutstrom freizusetzen, wenn nötig. In einer ganz anderen Art und Weise, ist die Funktion der braunen Fettzellen, um Wärme zu erzeugen. Ein Mechanismus, durch den dies geschieht, ist durch Einwirkung von Kälte. Dies bewirkt eine Erhöhung sympathetic Aktivität des Nervensystems, die wiederum aktiviert BAT. Wenn aktiviert, braune Fettzellen erzeugen Wärme. Dazu verwenden sie die in den vielen kleinen Lipidvakuolen pro Zelle enthalten Triglyceride, und durch die Anwesenheit von Abkoppeln Protein 1 (UCP1) in der reichlich Mitochondrien, wandeln die Triglyceride zu metabolischen Substrate ohne die Produktion von ATP, was zu entropischen Verlust wie Wärmeerzeugung. Da die in den kleinen Lipidvakuolen gespeicherten Triglyzeride erschöpft sind, nimmt der Adipozyten-up sowohl Glucose und Triglyceride im Blut 3 vorhanden.
9 - Interesse an einem Studium BAT hat sich in den letzten Jahren durch ihren Beitrag zur Nicht Schüttelfrost Thermogenese, seine Rolle bei der Modulation der Energieumsatz des Körpers, und das Potenzial inverse Beziehung zwischen BAT und Adipositas 3 erhöht. Zusätzlich tierexperimentell anzuzeigen BAT spielt eine kritische Rolle bei der Klärung Triglyceride und Glukose from den Blutkreislauf, vor allem nach Einnahme einer fettreichen Mahlzeit 10,11. Allerdings ist das meiste, was wir über BAT wissen ein Ergebnis der Forschung in kleinen Säugetieren, die viele Depots von BAT 4,9,12 enthalten - 15. Trotz ein paar frühen Studien 16-18 wurde das Vorhandensein von BVT beim Menschen weit verbreitet angenommen, dass mit dem Alter abnehmen, bis vor kurzem, als das Interesse an dem Studium der Human BAT wurde erneuert. Jüngste Untersuchungen legen nahe, dass relativ geringe Mengen an BAT bis ins Erwachsenenalter fortbestehen 19-24. Ein weiterer limitierender Faktor zu studieren BAT ist, dass abgesehen von Biopsie und histologischen Färbung, die derzeit akzeptierte eindeutige Verfahren zum Nachweis von BAT ist 18 F-Fluorodesoxyglukose (18F-FDG) Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Moderne PET-Scanner sind in der Regel mit einer Computertomographie (CT) in Kombination. Wenn durch Kälteeinwirkung aktiviert, nimmt das BAT 18 18 F-FDG-Aufnahme bei BAT inaktiv 20,21,23,25. CT-Aufnahmen während einer PET-Untersuchung auf einem PET-CT-Scanner Hilfe erworben, um zwischen Geweben mit hoher 18 F-FDG-Aufnahme durch anatomische Information zu unterscheiden. Diese Verwendung von PET-CT setzt den Gegenstand gegenüber ionisierender Strahlung (vorwiegend aus PET, obwohl die Dosis aus dem CT-Scan nicht vernachlässigbar ist), und ist daher ein unerwünschter Verfahren zur BAT Detektion.
Obwohl die Zahl der Studien zu BVT bei gesunden erwachsenen Menschen steigt, haben neuere Studien der menschlichen BAT hauptsächlich retrospektiven PET-CT beschränkt studiert 19,25, Menschenkind 26,27 Leichen, menschliche Jugendlichen, die bereits zu den Krankenhäusern für zugelassen sind andere Gründe, 27-30, und einige Studien am Menschen von gesunden Erwachsenen31-35. Eine der Herausforderungen, mit beiden Studien von Kindern und retrospektiven Studien ist die Möglichkeit, veränderte Ergebnisse bei der Untersuchung einer Patientenpopulation, der krank ist, die BAT beeinflussen können. Darüber hinaus, da Glukose ist nicht die bevorzugte Energiequelle der BAT 36, PET-Studien nicht immer aktiviert BAT erkennen, und können daher das Vorhandensein von BAT underrepresent. Eine weitere Schwierigkeit bei der Untersuchung BAT mit der biomedizinischen Bildgebung führt man die Bildsegmentierung, die Grenzen der Gewebedepots bezogen ist. Derzeit Segmentierung von BAT in Studien am Menschen stützt sich oft auf ein gewisses Maß an manueller Bildsegmentierung und ist daher anfällig für Fehlidentifizierung des BAT-Depots sowie Inter-Rater Variabilität.
Aufgrund dieser Herausforderungen, zuverlässige räumliche Abbildungsverfahren, die BAT von WAT-Distributionen unterscheiden kann, zusammen mit automatisierter Segmentierungsverfahren würde Ermittler mit einer leistungsfähigen neuen zur Verfügung zu stellenol, mit der BVT zu studieren. Magnetresonanzbildgebung (MRI) hat die Fähigkeit zur Identifizierung, räumliche Zuordnung und volumetrischen Quantifizierung BAT, und im Gegensatz bestehenden Hybrid PET-CT Ansätze, die eine radioaktive Dosis für die abgebildeten Subjektes umfassen, MRI beinhaltet keine ionisierende Strahlung und kann sicher verwendet werden und immer wieder. Die Fähigkeit zur Identifizierung und Quantifizierung von BAT mit MRT kann eine dramatische positive Auswirkungen auf die klinische Endokrinologie und das Streben nach neuen Wegen der Adipositas Forschung haben. Vorherige Fett-Wasser-MRI (FWMRI) Studium der BAT in beiden Mäusen und Menschen zeigen, dass die Fett-Signal-Fraktion (FSF) der BAT ist im Bereich von 40 bis 80% Fett, während WAT ist mehr als 90% Fett 15,26 , 27. Deshalb haben wir die Hypothese auf, dass diese quantitative FWMRI metrisch, in Verbindung mit anderen quantitativen MRT-Metriken können in die künftige Arbeit zur Visualisierung und Quantifizierung von BAT-Depots in den Menschen werden. Dies würde die Forschungsgemeinschaft ein leistungsfähiges Werkzeug, mit dem BAT Einfluss studieren bieten auf getroffenabolism und Energieaufwand, ohne die Verwendung von ionisierender Strahlung.
Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich seit BAT bei erwachsenen Menschen in den vergangenen drei Jahren. Unser erster öffentlicher Vortrag über den Einsatz der MRT zu vermuten BAT in einem erwachsenen menschlichen Patienten zu untersuchen trat im Februar 2012 an der International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM) Fett-Wasser-Trennung Workshop in Long Beach, Kalifornien 37. Zwei Monate später, stellte unsere Gruppe FSF Werte in Verdacht BAT in zwei Erwachsene an der 20. Jahrestagung der ISMRM im April 2012 in Melbourne, Australien 38. Ein Jahr später am 21. Jahrestreffen der ISMRM im April 2013 in Salt Lake City, Utah, wurde die in diesem Manuskript beschriebenen Protokoll für die erste (nach bestem Wissen) öffentliche Präsentation der MRT Quantifizierung von PET-Bestätigung verwendet BAT bei erwachsenen menschlichen Patienten 39. Genauer gesagt, haben wir Beweise dafür, dass der previously Verdacht BAT wurde bestätigt, dass aktivierbare BVT sowohl mit Kalt aktiviert und thermo 18 F-FDG-PET-CT. Seit 2013, unsere Gruppe von gesunden erwachsenen Versuchspersonen mit beiden MRT und PET / CT unter thermoneutralen und kalt aktiviert Bedingungen abgebildet ist auf mehr als 20 Patienten mit Ergebnissen zuletzt im Februar 2014 auf dem Workshop vorgestellt "erweitert Erforschung der Rolle von Brown Fat beim Menschen "durch die NIH NIDDK 40 gefördert. Insbesondere berichteten wir FWMRI FSF und R 2 * Erholung Immobilien in Regionen supraklavikulären BAT durch 18 F-FDG-PET-CT bei erwachsenen Menschen bestätigt, mit den BAT ROIs abgegrenzt mittels automatisierter Segmentierungsalgorithmen auf Basis der Kalt aktiviert und thermo PET-CT Scans. In jüngster Zeit haben wir Ergebnisse von Temperatur Mapping in 18 F-FDG-PET-CT bestätigte BAT bei erwachsenen Menschen mit Hilfe modernster FWMRI Thermometrie 41,42.
Die hier vorgestellten Verfahren zu erwerbens sowohl MRT und 18 F-FDG-PET-CT-Untersuchungen zu diesem Thema, die jeweils nach der Einwirkung von sowohl kalt aktiviert und unter thermoneutralen Bedingungen. Die kalt aktiviert und thermo 18 F-FDG-PET-CT-Scans werden verwendet, um automatisch segmentiert BAT Bereichen (ROIs), zu einem Thema spezifisch erstellen. Diese BVT-ROIs werden dann auf die Zusammenarbeit registriert MRI-Scans zur Messung der MRI Eigenschaften im PET-CT bestätigte BVT angewandt.
Eine Einschränkung dieses Protokolls ist, dass die Lufttemperatur verwendet bei der Belichtung Themen entweder an die Warm- oder Kaltreiz ist konsistent für jedes Thema. Dies ist eine Einschränkung, weil die Temperatur, bei der jeder Gegenstand Erfahrungen Wärmegefühl oder gekühlt können unterschiedlich sein. Daher kann durch Ausführen eines Testsitzung, während der die Lufttemperatur eingestellt wird, um die individuelle Reaktion zu passen und dann mit diesen Temperaturen in den thermo und kaltAktivierungsProtokolle, es möglich sein könnte, um eine bessere Reaktion zu erhalten,aus dem braunen Fettgewebe.
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Protocol
HINWEIS: Die Ethikkommission des Instituts genehmigt diese Studie sowie alle Prüfungsteilnehmer vor der Teilnahme eine schriftliche Einverständniserklärung. Um für die Studie zu können, müssen Themen die folgenden Anforderungen erfüllen: keine bekannten Diabetes mellitus; kein Einsatz von Beta-Blockern oder Angst-Medikamente, die derzeit oder in der Vergangenheit; nicht rauchen oder Tabak kauen Produkte, die derzeit oder in der Vergangenheit; nicht mehr als 4 Tassen Coffein pro Tag; nicht mehr als 2 Gläser Alkohol pro Tag; und wenn weibliche, nicht schwanger sind oder stillen.
HINWEIS: In dieser Studie wurde jeder Teilnehmer durchläuft vier Prüfungen: zwei MRI und zwei PET-CT. Jede Prüfung wird an einem anderen Tag erfasst, wobei jede Bildgebungsmodalität sowohl unter thermoneutralen 24,5 ± 0,7 ° C (76,2 ± 1,3 ° F) durchgeführt, und kaltes 17,4 ± 0,5 ° C (63,4 ± 0,9 ° F) Bedingungen. Die Scans werden nicht in einer bestimmten Reihenfolge vorgesehen und hilft, eine mögliche Vorspannung an die Daten aufgrund von Erwärmung oder Abkühlung zu minimierendas Thema in einer bestimmten Reihenfolge. Die gesamte effektive Strahlendosis für eine PET-CT-Scan ist 6,4 mSv (Millisievert), und der Radiologe auf Personal empfiehlt eine Auswaschung Zeitraum von mindestens 24 Stunden zwischen jedem Scan.
1. Allgemeine MRT-Sicherheit und Bild Anliegen
- Da das Hauptmagnetfeld in MRI-Maschinen ist immer darauf zu achten, um die Sicherheit des Patienten und alle Personen, die in der MR-Bereich zu gewährleisten. Deaktivieren Sie alle magnetischen Gegenstände vom Motiv und alle Personen, die in der Gegend.
- Frag Themen während der Rekrutierungsphase, wenn sie kein Metall im Körper 43 haben. Darüber hinaus haben das Thema abzuschließen einen magnetischen Sicherheits Screening-Prozess 44, um sicherzustellen, dass jedes Metall im Körper ist für MRI genehmigt. Diese erste Überprüfung kann helfen, die Möglichkeit der Zustimmung ein Subjekt, das die MRT-Untersuchung durchführen können zu beseitigen.
- Außerdem, wenn es irgendein Metall in der Testperson Körper, der mit MR kompatibel ist, sicherzustellen tham Metall ist nicht in der Nähe des interessierenden Gewebe. Dies ist, weil Metall Bildverzerrungsartefakte, die die Analyse schwierig, wenn nicht unmöglich machen, bewirkt.
2. Einholung Zustimmung nach Inkenntnissetzung
- Treffen Sie sich mit dem Thema, um eine schriftliche Einverständniserklärung erhalten. Bei diesem Treffen, decken alle Details der Studie, zum Beispiel: die Anzahl der Besuche, der Zeitaufwand je Besuch, was die Anforderungen sind des Themas in Bezug auf Einschränkungen zu bewegen und / oder Nahrung, was das Thema ist und nicht während der tun Besuch (wie Schlaf) und alle anderen Besonderheiten. Verwenden Sie diese Sitzung, um die Besuche für das Scannen zu planen, da es in der Regel einfacher, diese in Person anstatt mehrere E-Mails zu planen.
3. Verfahren vor dem Besuch
- Hinweise für den Fach
- Für 24 Stunden vor der Ankunft für die Studie, haben das Thema unterlassen, Alkohol, Koffein, Medikamente oder eine anstrengende Übung oder handelnduktivität.
- Weisen Sie den Gegenstand schnell und jegliche Kalorienaufnahme während 8 Stunden vor der Ankunft für die Untersuchung zu vermeiden. Themen sind erlaubt, Wasser zu trinken.
- Kontaktaufnahme Volunteer
- Erinnern Sie den Freiwilligen der Anweisungen am Tag vor dem Beginn ihrer 24-Stunden-Vorbereitung. Dies dient sowohl als Erinnerung an die Scan sowie es hilft, um sicherzustellen, dass das Thema, erinnert sich ihre Einschränkungen (dh., Kein Essen, keine Bewegung, kein Alkohol, etc.).
4. Verfahren am Studientag - für MRI
- Temperierten Raum Vorbereitung
- Verwenden Sie einen kleinen Raum wie der temperaturgesteuerten Raum, in dem sich das Motiv auf die gewünschte Temperatur ausgesetzt.
Hinweis: Durch die Verwendung eines kleinen Raum, ist es möglich, Temperaturgradienten im Zimmer zu minimieren. Zum Beispiel die Raumgröße verwendet hier ist 7 'x 6' 8 "x 8 'hoch, (373,33 Kubikfuß). - Bereiten Sie dieRaum mindestens 60 min vor dem Subjekt in den Raum, um eine ausreichende Zeit für den Raum zu lassen, um eine stabile Temperatur zu erreichen.
- Pflegen Sie die RT entweder mit einem tragbaren Klimaanlage und einem rotierenden Boden-Fan zu halten, der kühle Luft zirkulieren, oder unter Verwendung eines programmierbaren tragbares Heizgerät, das die warme Luft durch den Raum zirkulieren schwingt.
- Deaktivieren oder alle vorhandenen Thermostat Steuerung Klimaanlage oder Heizung des Raumes widersprech mit der gewünschten RT Ziel der tragbaren Geräten zu vermeiden, zu minimieren.
- Verwenden Sie einen kleinen Raum wie der temperaturgesteuerten Raum, in dem sich das Motiv auf die gewünschte Temperatur ausgesetzt.
- Vor dem Eintritt in temperierten Raum
- Haben das Thema Wechsel in Standard-medizinische Shorts und T-Shirt. Socken und Schuhe entfernen. Wenn sich das Motiv weiblich, erlauben das Tragen eines Sport-BH, die kein Metall enthält.
- Messen Sie Größe, Gewicht und Taillenumfang des Motivs nach dem Wechsel in den Standard-Kleidung.
- Messen Sie der Person die Körpertemperatur usinga sublingual Thermometer.
- Im klimatisierten Raum
- Richten Sie den Gegenstand, den temperaturgesteuerten Raum betreten. Ersucht den Patienten, still zu sitzen und nicht ausführen alle Aktivitäten, die Körpertemperatur, zB könnte sich ändern., Ausübung, Schreibarbeiten, oder Einschlafen.
- Nach der Sitzung in den Raum für 1 Stunde, messen Sie die Körpertemperatur wieder mit einer sublingualen Thermometer.
- Nach der zweiten Stunde der Sitzung in den klimatisierten Raum, messen Sie die Körpertemperatur wieder mit einer sublingualen Thermometer.
- Auf der MRI Tag, wenn sich das Motiv im Kühlraum sitzt, verwenden Sie eine kalte Weste, ein kalter Umgebung zu halten, während sich das Motiv mit dem MRI-Scanner transportiert. Legen Sie die kalte Weste zu diesem Thema vor der Gegenstand Verlassen des temperierten Raum.
- Nach 2 Stunden im klimatisierten Raum, transportieren das Thema in einem Rollstuhl auf dem MRI-Scanner. Verwenden Sie den Rollstuhl, das Thema in einer wieder haltenentspannte, sitzende Zustand, und jede "Erwärmung", die vom Gehen auftreten können, zu minimieren. Zusätzlich mit dem Rollstuhl hilft, jede Aufnahme der PET-Tracer in der Skelettmuskulatur zu vermeiden, wenn es wahrscheinlich minimal sein.
- MRI Acquisition Protocol
- Erwerben MRI-Scans mit einem 3T-MRT mit Zweikanal parallel Sendefähigkeit ausgestattet, einem besonders großen 16-Kanal-Torso Empfangsspule und eine modifizierte Tischplatte.
- Hängen Sie den vorderen Teil des Rumpfes Empfangsspule von der Oberseite des Scanners Bohrung in einem Stoff-Schlinge. Lassen Sie die Schlinge zu hängen niedrig genug, um gegen den Körper der Person, um die Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) zu maximieren gleiten.
- Zeigen der hintere Teil des Rumpfes Empfangsspule in einer rollenden "Spulenwagen" zwischen zwei Schichten aus der Tischplatte eingeklemmt. Wie die Tabelle durch den Scanner Bohrung bewegt, halten Sie die Spule Wagen am Isozentrum durch Gurte an den Scanner angeschlossenen deckt an der Vorder- und Rückseite des TEr Scanner Bohrung, so dass der hintere Spulenelement stationär bleibt.
- Positionieren Sie das Motiv auf dem Bett, um die Scanner-Füße in Rückenlage zuerst ein.
- Wenn sich das Motiv trägt die kalte Weste, entfernen Sie die Weste vor dem Thema Liegen.
- Nach dem Niederlegen, haben das Thema statt beide Arme in einer Tasche ähnlich wie bei einem Kopfkissenbezug, und senken Sie die Arme auf beiden Seiten des Körpers. Dies hilft sicherzustellen, dass die Schultern sind in ähnlicher Weise sowohl bei der MRI und PET / CT-Untersuchungen, die Bild Coausrichtung erleichtert positioniert.
HINWEIS: Wenn die aufgenommenen Personen auf das Scanner-Bett natürlich hinzulegen, mit der gleichen Menge an Polsterung unter dem Kopf während jeder Abtastung und mit dem Kissenbeutel, um die Armen zu unterstützen, alles trägt dazu bei, Unterschiede zwischen Subjekt Positionierung zwischen den Scans zu minimieren. Jede Unterstützung für das Subjekt während einer Abtastung verwendet wird, beispielsweise ein Kissen unter den Knien oder zurück, sollte immer in gleicher Weise f verwendet werdenam Thema, während sowohl die MRT und PET / CT-Scans. - Erwerben Sie Fett-Wasser-MRI (FWMRI) mit einem Multi Stapel, Mehrschicht, mehrere schnelle Feld echo (MFFE) Erfassung mit 7 Stapel von 20 axiale Schichten und deckt von der Krone des Kopfes zum Oberschenkel. Slices sind zusammenhängend mit einem 0 mm Abstand zwischen Scheiben.
- Sammeln FWMRI scannt mit kundenspezifischer Software, um die Übernahme von 8 Echos als zwei verschachtelte Sätze von vier Echos mit TR = 83 ms, TE 1 = 1,024 ms und effektive & Dgr; TE = 0,779 ms erworben zu ermöglichen. Weitere Akquisitionsprotokoll Angaben enthalten: Flip-Winkel = 20 °, Wasserfettverschiebung = 0,323 Pixel, Anzeige Abtastbandbreite = 1346,1 Hz / Pixel, axiales Feld in der Ebene der Ansicht = 520 mm × 408 mm, erworben Voxelgröße = 2 mm x 2 mm x 7,5 mm, und die Empfindlichkeit Kodierung (SENSE) parallele Bildgebung Faktor = 3 (anterior posterior). Vorbereitungsphasen für jede Station gehören Mittenfrequenz (F 0) Optimierung und erster Ordnung linear Shim. AcquisitiEs ist auf 27,8 sec für 20 Scheiben.
- Führen Sie den Atem hält für Stationen Abdeckung der Becken bis zu den Schultern mit zwei Atem hält pro Station, dh., Keine Atempause länger als 14 sec. An jeder Tischposition zu erwerben eine Doppelwinkel B 1 Kalibrierungsabtastung (Erfassungszeit 15,1 sec) optimiert RF Shimming (relative HF-Amplituden und Phasendifferenzen) der Zweikanal-Übertragungsfähigkeit des Scanners zu ermöglichen.
- Erwerben Sie ein SENSE Referenzscan an jedem Tisch Position mit einer Erfassungszeit von 12,1 sec. Empfohlen FWMRI Parameter sind in Tabelle 1 aufgeführt.
5. Verfahren zum Studientag - für PET-CT
- Temperierten Raum Vorbereitung
- Verwenden Sie einen kleinen Raum wie der temperaturgesteuerten Raum, in dem sich das Motiv auf die gewünschte Temperatur ausgesetzt.
Hinweis: Durch die Verwendung eines kleinen Raum, ist es möglich, Temperaturgradienten im Zimmer zu minimieren. Foder beispielsweise die Zimmergröße verwendet hier ist 7 'x 6' 8 "x 8 'hoch, (373,33 Kubikfuß). - Bereiten Sie den Raum mindestens 60 Minuten vor dem Thema in den Raum, um genügend Zeit für den Raum, um eine stabile Temperatur zu erreichen.
- Pflegen Sie die RT entweder eine tragbare Klimaanlage und einem rotierenden Boden-Fan zu halten, der kühle Luft zirkulieren, um den Kältereiz Temperatur zu erreichen, oder mit einem oscaillating tragbare Heizung, um eine thermo Temperatur zu halten.
- Deaktivieren oder alle vorhandenen Thermostat Steuerung Klimaanlage oder Heizung des Raumes widersprech mit der gewünschten RT Ziel der tragbaren Geräten zu vermeiden, zu minimieren.
- Verwenden Sie einen kleinen Raum wie der temperaturgesteuerten Raum, in dem sich das Motiv auf die gewünschte Temperatur ausgesetzt.
- Betreff Vorbereitung
- Richten Sie die unter der PET-Bildgebung suite, eine IV-Port in einer Hand oder Armvene gelegt haben. Das IV-Port ermöglicht die Radiologie-Techniker, um den Radiotracer später injizieren, wenn sich das Motiv in der temperierten Raum sitzen.
- ICH Af das Thema ist weiblich, führen Sie eine Blutserumschwangerschaftstest, um sicherzustellen, sie nicht schwanger ist.
HINWEIS: Für diese Studie erfordert die interne Überprüfung Bord einen Schwangerschaftstest weniger als 24 Stunden vor der PET / CT-Scan erworben.
- Vor dem Eintritt in temperierten Raum
- Haben das Thema Wechsel in Standard-medizinische Shorts und T-Shirt. Socken und Schuhe entfernen. Wenn sich das Motiv weiblich, erlauben das Tragen eines Sport-BH, die kein Metall enthält.
- Messen Sie Größe, Gewicht und Taillenumfang des Motivs nach dem Wechsel in den Standard-Kleidung.
- Messen der Körpertemperatur des Patienten mit Hilfe eines sublingualen Thermometer.
- Im klimatisierten Raum
- Richten Sie den Gegenstand, den temperaturgesteuerten Raum betreten. Ersucht den Patienten, leise und nicht sitzen führen alle Aktivitäten, die Körpertemperatur ändern könnte, zum Beispiel, die Ausübung, Schreibarbeiten, oder Einschlafen. Nach der Sitzung in den Raum für 1 Stunde, messen Sie die Körpertemperatur wieder mit einer sublingualen Thermometer.
- Auf den PET-CT-Scan Tage nach der ersten Stunde in der temperierten Raum, haben eine Radiologie-Techniker zur Verwaltung der Injektion von Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) durch die IV-Port. Injizieren 0,14 mCi / kg (etwa 10 mCi für einen 70 kg unterliegen) von 18 F-FDG. Berechnen Sie genaue Dosierung basierend auf fachspezifische Gewicht.
- Nach der zweiten Stunde der Sitzung in den klimatisierten Raum, messen Sie die Körpertemperatur wieder mit einer sublingualen Thermometer.
HINWEIS: Im Gegensatz zu den kalten MRI Tage, ist die Verwendung der kalte Weste unnötig an kalten PET-CT Tage, weil die 18 F-FDG-Tracer wird in der Aktiv BAT während der Stunden nach Tracerinjektion entnommen. Der Tracer wird das Gewebe nicht verlassen, auch wenn das Thema wird warm wie er / sie wird an den Scanner transportiert. Daher, da es möglich ist, das Vorhandensein von betätigendes detektierened BAT auf den PET-CT-Bildern, selbst wenn die BAT nicht aktiv während der PET-CT-Scan zu bleiben, ist der kalte Weste nicht notwendig. - Nach 2 Stunden im klimatisierten Raum, transportieren das Thema in einem Rollstuhl auf die PET-CT-Scanner. Verwenden Sie den Rollstuhl, das Thema in einer entspannten, sitzende Zustand zu halten, und jede "Erwärmung", die vom Gehen auftreten können, zu minimieren. Zusätzlich mit dem Rollstuhl hilft, jede Aufnahme der PET-Tracer in der Skelettmuskulatur zu vermeiden, wenn es wahrscheinlich minimal sein.
- PET-CT Acquisition Protocol
- Erwerben PET-CT-Scans auf einer Entdeckung STE PET / CT-Scanner (STE steht für See und Behandeln Elite).
- Positionieren Sie das Motiv auf dem Bett, um den Scanner-Kopf in Rückenlage zuerst ein.
- Nach dem Niederlegen, haben das Thema statt beide Arme in einer Tasche ähnlich wie bei einem Kopfkissenbezug, und senken Sie die Arme auf beiden Seiten des Körpers. Dies hilft sicherzustellen, dass die Schultern sind in ähnlicher Weise sowohl während positioniertMRT und PET / CT-Untersuchungen, die Bild Co-Registrierung erleichtert.
HINWEIS: Das Abbildungsfeld PET / CT deckt von der Krone des Kopfes zur Mitte des Oberschenkels in 7-9 Bettpositionen, je nach Thema Höhe (2 min pro Bettposition). Empfohlen PET-CT-Parameter sind in Tabelle 2 aufgeführt.
6. MRI Post Processing
- Speichern realen und imaginären MR Bilder für off-line processing.The Signals durch MRI gemessen ist eine Vektorgröße sowohl nach Größe und Richtung, die als komplexe Zahl mit realen und imaginären Teile dargestellt werden kann. In der klinischen Einstellung werden die Betragsbilder in der Regel angezeigt. Allerdings ist für die Verarbeitung komplexer Informationen in die Fett- und Wasserbilder benötigt.
- Führen dreidimensionalen Wasser / Fett-Trennungs und R 2 * Schätzung auf Basis einer Multiskalenvollbildoptimierungsalgorithmus 45 in C ++ für die einzelnen Schichtstapel implementiert. Fett ist mit 9 Spitzen modelliert
- Entsorgen Sie die erste Echo jedes 4-Echofolge, Verunreinigungen des Wirbelstroms in dem komplexen Wasser-Fett-Signalmodell zu vermeiden.
7. PET-CT Nachbearbeitung
- Last CT DICOM Daten in MATLAB und die Umwandlung in Hounsfield-Einheiten (HU), indem Sie den Scanner gelieferten rescale Wert auf die Datenwerte.
- Laden PET DICOM Daten in MATLAB und die Umwandlung in Standardisierte Uptake Values (SUV) mit folgender Formel:
wobei "Pixelwert" ist der gespeicherte Wert in dem DICOM-Datei für diesen Pixelort.
HINWEIS: Die PET-Tracer-Aktivität ist die Radionuklid-Gesamtdosis, und kann von den Bild-Metadaten (DICOM-Header-Datei) gelesen werden.
.jpg "/> - Zu interpolieren, die PET-Daten, um dieselben Abmessungen wie der CT-Daten haben.
- Da PET und CT-Bilder mit der gleichen Schichtdicke erlangt, führen eine Interpolation unter Verwendung einer 2-dimensionalen Spline-Funktion in der XY-Ebene.
8. Daten Post Processing
- Um die Bilder zu analysieren, Zusammen registrieren Alle 4 Bild-Volumen für jedes Thema mit einem starren Körper Registrierungsalgorithmus 47 über ein halbautomatisches Verfahren mit selbst entwickelten 3-Ebenenansicht Software der Eintragung in allen drei Dimensionen zu überprüfen.
- Aufgrund von Schwierigkeiten bei der Registrierung die gesamte Bildvolumen in allen vier Zeitpunkten, zu konzentrieren Registrierung auf dem Bereich für den Hals, um den Scheitel der Lunge. Verwenden Sie nur das erfolgreich registriert Region in weiteren Datenverarbeitung.
- Nach Bildregistrierung, laden FWMRI, CT und PET SUV HU-Daten in MATLAB und verwenden, um BVT Regionen von Interesse zu definieren.
HINWEIS: Ähnlich wie zuvor publIshed Methoden 19,25,48 unterscheiden BAT mit PET SUV und CT HU-Werte, um als Teil des BAT-Maske werden kann, muss jedes Voxel in dem Bild folgende Bedingungen erfüllt werden: (1) HU-Wert im Bereich von fällt: -200 <HU <-1, auf beiden kalten und warmen CT-Scans; (2) SUV> 2.0 auf dem kalten PET-Scan; (3) SUV Signalanteil [(Cold SUV) / (Cold SUV + Warm SUV)]> 0,55, dh der kalten PET-Scan müssen mehr als 55% der beobachteten SUV-Signal in diesem Voxel Gesamt erzeugen; und (4) Vordergrundpixel enthalten nur von der MRT-Untersuchung, in der Verfahren von Otsu 49 wird verwendet, um Vordergrundpixel zu klassifizieren. - Wenn ein Voxel alle diese Kriterien erfüllt, sind die Voxel in der binären Maske des BAT Identität.
- Wenden Sie die folgenden Schritte binäre Morphologie.
- Erstellen Sie eine Matrix der gleichen Größe wie die Bilder verarbeitet werden. Jede räumliche Position in der neuen Matrix ist die 3D Summe seiner angrenzenden Nachbarn in dem binären Masken BAT einschließlich Diagonalen. Die maximale sum 26.
- Threshold diese neue Matrix nur Standorte mit 15 oder mehr 3D-Nachbarn sind. Diese Matrix bildet dann die abschließende binäre BAT Maske.
ANMERKUNG: Diese Regeln sind ausreichend, um Segment BAT Gewebe und muss nicht-BAT Voxel beseitigen keine weitere Modifikation der Maske ist. Dies bildet ein Stück-für-Stück Maske der PET-CT bestätigte BAT in der Zusammenarbeit registriert Schulterbereich.
- Tragen Sie die Maske auf alle co-registrierte Bilder, um die SUV, HU, Fett Signalanteil (FSF) und R2 * -Werte in den BVT-Regionen sowohl für die kalte und warme Scans erwerben.
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Representative Results
Der Erwerb sowohl MRT und PET-CT-Scans über das gleiche Thema, und die Durchführung Co-Registrierung für alle Scans ermöglicht die zuverlässige Messung der quantitativen MRT-Metriken von BAT. Abbildung 1 zeigt die unverarbeiteten warmen (TN) und Kälte (CA) PET-CT und MRT Scans von einem Thema. Mit der Übernahme sowohl TN und CA PET-CT-Daten, ist es möglich, die Kalt aktiviert BAT Depots deutlich zu unterscheiden durch die erhöhte 18 F-FDG-Aufnahme. Nach Ko-Registrierung aller vier Abtastungen (Figur 2 und 3), ist es möglich, eine themenspezifische BAT Maske mit Hilfe von Kriterien aus den PET-CT-Bildern abgeleitet ist, erzeugen, wie in Figur 4 zu sehen. Diese Maske kann dann mit dem vier angewendet co-registriert Scans Bild Metriken in den BVT-Depots zu erwerben. Repräsentative Werte von einem Thema sind in Tabelle 1 dargestellt.
Abbildung 1. Koronare Bilder von der warmen (TN) und Kälte (CA) Scans für ein Thema, das die PET Maximum Intensity Projection (MIP) im umgekehrten Graustufen, PET / CT-Overlay, CT und MRI Fettsignalanteil (FSF). Beachten Sie die erhöhte 18 F-FDG-Aufnahme im Schlüsselbeinbereich (roter Pfeil), aber auch entlang der Wirbelsäule auf dem CA-PET MIP Abtastung, was aktiviert braunen Fettgewebe. Die gestrichelte rote Linie auf dem CA-CT-Bild zeigt die Schlüsselbeinregion weiter analysiert werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
Abbildung 2. Schlüsselbeinebene axialen Schicht, nach der Zulassung. Die erhöhte 18 F-FDG-Aufnahme in der CA-PET-Scan (weiße Pfeile) zu sehen ist, tritt in der supraclavicular Region Fettgewebe wie die CT Hounsfield Einheit Werte bestimmt. Die MRI Fettsignalanteil (FSF) in dieser Region fällt in den Bereich von 50 bis 80%, ähnlich wie bei der bisherigen Forschung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
Abbildung 3 Flußdiagramme, die die Registrierungsschritt. (A), in dem die Bilder alle auf denselben Bildraum registriert. Nach der Registrierung werden alle vier Bilder in der BAT-Maskenerstellung (B) verwendet.
Abbildung 4. Binäre Bilder, die die Kriterien für die Erzeugung des BAT-Maske. Um berückEred Teil des BAT-Maske muss jedes Voxel in dem Bild, diese vier Regeln gerecht zu werden, für ein Stück-für-Stück-Basis bestimmt. Wenn ein Voxel alle diese Kriterien erfüllt, wird in der binären Maske des BAT Identität enthalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
| Imaging-Methode | Wert: | ||
| Mittelwert ± 95% CI | |||
| Thermo CT [HU] | -68,62 ± 9,35 | ||
| Kaltaktiv CT [HU] | -55,04 ± 7,72 | ||
| Thermo PET [SUV] | 0,52 ± 0,05 | ||
| Kaltaktiv PET [SUV] | 7,15 ± 1,16 | ||
| Thermo FSF [%] | 41,62 ± 5,04 | Kaltaktiv FSF [%] | 47,76 ± 5,15 |
| Thermo R2 * [1 / s] | 128,22 ± 19,48 | ||
| Kaltaktiv R2 * [1 / s] | 101,27 ± 24,92 |
Tabelle 1 Zahlenwerte (Mittelwert 95% Konfidenzintervall) von den beiden Kalt aktiviert und thermo Scans für ein Thema.
| Parameter | Empfehlung | |||
| General | Sequenztyp | Multi-Echo Schnelle Feld Echo (MFFE) | ||
| HF-Sendespule | Quadratur-Körper | |||
| Empfangsspule | ||||
| Gesamtuntersuchungsdauer (Min: Sek) | 00.25 (pro Tisch-Station) | |||
| Geometrie | Multi-Sende | Ja | ||
| Anatomische Flugzeug | Quer | |||
| Anzahl der Scheiben | 20 | |||
| Schichtdicke (mm) | 7.5 | |||
| Zwischenschichtabstand (mm) | 0 | |||
| Erworbene Matrix | 260 x 204 | |||
| Reconstruction Matrix | 288 | |||
| Sichtfeld (mm) | 520 x 408 | |||
| Rekonstruierte Voxelgröße (mm) | 1,81 x 1,82 x 7,5 | |||
| SENSE | Ja | |||
| P Reduktion (AP) | 3 | |||
| Scheibe Scan-Reihenfolge | Besteigen | |||
| Falten-über-Richtung | Vorwärts-Rückwärts- | |||
| Fat Schaltrichtung | Links | |||
| Kontrast | Scan-Modus | Mehrschicht- | ||
| Wiederholung (ms) | 83 | |||
| Echoes | 4 | |||
| Interleaved MFFE | Ja | |||
| Interleaved Zahl | 2 | |||
| Echozeit (erste) (ms) | 1,023 | |||
| Echo Zeitabstand (ms) | 1,559 | |||
| Effektive verschachtelte Echozeit (ms) | 0,7793 | |||
| Anregungsflipwinkel (°) | 12 | |||
| RF Shim | Adaptiv | |||
| Signalerfassung | Parallel Imaging | SENSE Faktor = 3 | ||
| Partial-Fourier- | Keine | |||
| Bandwidth / Pixel (Hz / Pixel) | 1346,1 | |||
Tabelle 2. Parameter für Fett-Wasser-MRI (FWMRI) Akquisition verwendet.
| Parameter | Empfehlung |
| Erfassungsmodus | Helical |
| Datenerhebungsdurchmesser (mm) | 500 |
| Rekonstruktionsdurchmessers (mm) | 700 |
| Belichtungszeit (Sekunden) | 873 |
| Faltungskern | Standard |
| Umlaufzeit (sec) | 0.8 |
| Einzel Kollimation Breite (mm) | 1.25 |
| Spiralsteigungsfaktor | 1,675 |
| Sichtfeld - CT | 512 x 512 |
| Sichtfeld - PET | 128 x 128 |
| Schichtdicke (mm) | 3,75 |
| Rekonstruierte Voxelgröße (mm) - CT | 1,37 x 1,37 x 3,75 |
| Rekonstruierte Voxelgröße (mm) - PET | 5,47 x 5,47 x 3,75 |
| Gesamtzahl der slices | 299-335 |
Tabelle 3. Parameter für die PET-CT-Bildaufnahme verwendet.
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Discussion
Die beschriebene Studienprotokoll wurde entwickelt, um sowohl thermo und kalt aktiviert PET / CT zu verwenden, um automatisch Segment BAT Depots zu einem Thema spezifisch. Diese automatisch generierten interessierende Bereiche können dann auf beiden thermo und kalt aktiviert MRI-Scans, die bereits an die PET / CT-Abtastungen des gleichen Themas koregistrierten angewendet werden. Nach dem heutigen Stand unseres Wissens ist dies die erste Forschung, sowohl MRT und PET / CT nach thermo und kalt aktiviert Bedingungen auf dem gleichen gesunden erwachsenen menschlichen Freiwilligen durchzuführen. Das hier beschriebene Verfahren erfordert vier Besuche, mit einer Bildgebungssitzung an jedem Tag durchgeführt. Durch weitere Analyse unter Verwendung dieses Verfahrens wäre es möglich, genaue MRI Eigenschaften von braunem Fettgewebe bei erwachsenen Menschen unter Verwendung von PET-bestätigt Regionen von Interesse zu bestimmen. Dies würde ermöglichen, zukünftige Studien zur Detektion und Quantifizierung der BAT beim Menschen möglicherweise nur mit MRT. Im Gegensatz zu PET, das die aktuelle defacto Goldstandard der imag isting BAT, die Fähigkeit, Bild BAT mit MRT würde die Strahlenbelastung zu vermeiden. Zusätzlich MRI-basierte Studien von BAT mit pädiatrischen Patienten als auch Langzeitstudien würden nicht um die Strahlenbelastung. Weil BAT ist häufiger bei magerer Individuen beobachtet wird, und umgekehrt mit anderen metabolischen Syndroms Indices korreliert, ist es möglich, daß die Erhöhung BAT Masse und oder Aktivität kann Fettleibigkeit 3,6,8,9,11,48,50,51 entgegenzuwirken. Daher ist die Fähigkeit, nicht-invasiv zu detektieren und zu quantifizieren BAT könnte zu einem besseren Verständnis der Rolle BAT Stücken von Fettleibigkeit und Stoffwechsel führen. Zukünftige MRI-basierte Ansätze könnten in Längsschnittstudien zur Interventionen zu beurteilen, werden z. B., pharmakologische, diätetische oder basierend auf körperliche Aktivität, verwendet, um die Menge oder Aktivität von BVT zu erhöhen.
Einer der kritischen Schritte dieses Protokolls ist es, eine genaue Ausrichtung der Abbildungsvolumen zu erhalten. Es ist durch die Erfassung der Bilder, die die BAT ROWird erzeugt; Daher Bildregistrierung ist der Schlüssel. Da 18 F-FDG-Aufnahme in PET-Bildern ist diffus aufgrund der relativ großen Voxelgröße von PET-Bildgebung im Vergleich zu MRT, ist es wichtig, bei der Erstellung des BAT ROI Maske sowohl PET SUV und CT HU-Werte zu verwenden. Zusätzlich kann durch Verwendung von Daten von sowohl thermo und kalt aktiviert Bedingungen ist es möglich, die Bereiche von 18 F-FDG in den kalten aktivierten Scans, die mehr als 55% Aufnahme im Vergleich zu den thermo Bedingungen definieren. Dieses SUV Signalanteil der Regel notwendig ist, um Gewebe mit einem ähnlich hohen SUV sowohl auf der kalten und thermo Scans zu eliminieren. Dies hilft Grenze der BAT ROI-Maske nur enthalten BAT Regionen, die Gebiete in der Kalt aktiviert Scan mit etwa gleichen Mengen an 18 F-FDG-Aufnahme, wie in der thermo Scan ignoriert. Darüber hinaus mit Hilfe der 15-Pixel-Nachbarschaft Regel soll in Regionen, die einen Großteil der BVT Nachbarn zu erfassen. Der Nachteil ist, dassniedrige Zahlen zu vermeiden Beseitigung kleinen Regionen und Erodieren Kanten, während potenziell verlassen falsche Voxel, die nicht BVT sind und hohe Zahlen Grenzen untergraben und zu beseitigen kleine BAT Regionen. Während dieses Verfahren Masken des braunen Fettgewebes, ist es nicht behaupten, genau zu erfassen die volle BAT Menge.
Einer der Nachteile dieser Forschungsprotokoll ist die "one-size-fits-all" -Ansatz sowohl Erwärmung und Kühlung der Fächer. Zukünftige Arbeiten würden von der Nutzung einer individuelleren Ansatz für die nicht-Schüttelfrost Thermogenese zu maximieren profitieren und somit maximieren die BAT-Aktivierung, für jedes Thema. Zusätzlich Erwärmung der Gegenstand eines thermo Bedingung könnte von der Verwendung eines fachspezifischen Temperatur, sicherzustellen, dass der BAT ist nicht mehr in einem aktiven Zustand individualisiert profitieren. Der Vorteil der Verwendung individueller Kühlprotokolle wurde in der jüngsten Veröffentlichung von van der Lans et al betont. 52, undist ein wichtiger potenzieller Änderung dieses Protokoll zu verbessern. Zusätzlich fehlt dieses Protokolls ist, dass es keine Versuche zur Menstruationszyklus-Status in den weiblichen Probanden zu ermitteln. Dies könnte leicht für zukünftige Studien zu korrigieren.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MRI | Philips | Achieva 3T | |
| MRI Torso-XL coil | Philips | Philips SENSE XL Torso coil 16-elements | |
| MRI X-tend Table | X-Tend | X-tend table, Acieva 3T compatible | |
| X-tend armsupport | X-Tend | X-tend, accessories | |
| X-tend fabricsling | X-Tend | X-tend, accessories | |
| PET/CT | GE | Discovery STE | |
| Portable A/C Unit | Soleus Air | XL-140, 14000 BTU | |
| Floor fan | Lasko Pedestal Fan | 2527 | |
| Portable Heater | Lasko Ceramic Air | 5536 | |
| Chair | Winco Lifecare Recliner | 585 | |
| Sublingual Thermometer | WelchAllyn | SureTemp Plus 690 | |
| Cold vest | Polar Products | Cool58 #PCVZ | |
| Thermal IR Camera | FLUKE | TIR-125 |
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