この原稿は、FDG-PET(定数注入およびボーラスプラス注入)のための2つの放射トレーサ投与プロトコルを記述し、それらをボーラス投与と比較する。16 s の時間的な解像度は、これらのプロトコルを使用して達成可能です。
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この原稿は、FDG-PET(定数注入およびボーラスプラス注入)のための2つの放射トレーサ投与プロトコルを記述し、それらをボーラス投与と比較する。16 s の時間的な解像度は、これらのプロトコルを使用して達成可能です。
機能性陽電子放射断層撮影(fPET)は、ヒト脳内の分子標的を追跡する方法を提供する。放射性標識されたブドウ糖アナログ、18F-フルオルデオキシグルコース(FDG-fPET)により、機能的磁気共鳴イメージング(fMRI)に近づく時間分解能を用いてグルコース代謝のダイナミクスを測定できるようになりました。ブドウ糖取り込みのこの直接的な尺度は、正常および異常な脳機能を理解し、代謝および神経変性疾患の影響を調査するための巨大な可能性を有する。さらに、ハイブリッドMR-PETハードウェアの新たな進歩により、fMRIとFDG-fPETを用いてブドウ糖と血液酸素の変動を同時に捕捉することが可能になりました。
FDG-fPET イメージの時間分解能と信号対雑音は、放射光放射の管理に大きく依存します。この研究は、2つの代替連続注入プロトコルを提示し、従来のボーラスアプローチと比較します。血液サンプル、タイムロックPET、MRI、実験刺激を取得し、非伝統的なトレーサー送達を管理する方法を提示する。視覚刺激を用いて、プロトコル結果は、16sの時間分解能を持つ個々のレベルの外部刺激に対するグルコース応答の皮質マップを示す。
陽電子放射断層撮影(PET)は、臨床および研究の両方の設定で広く使用されている強力な分子イメージング技術です(最近の包括的なレビューについては、Heurling et al.1を参照)。PETを用いて画像化できる分子標的は、放射線トレーサーの入手可能性によってのみ制限され、神経代謝受容体、タンパク質、酵素2、3を画像化するために多数のトレーサーが開発されている。神経科学では、最も使用される放射線トレーサーの1つは、通常、脳ブドウ糖代謝の指標として解釈されるグルコース取り込みを測定する18F-フルオロデオキシグルコース(FDG-PET)である。人間の脳は、シナプス伝達6の間にニューロンによって使用される脳ブドウ糖代謝の4、5、および70-80%を満たすために、ブドウ糖の一定かつ信頼性の高い供給を必要とする。脳ブドウ糖代謝の変化は、精神医学的、神経変性、虚血状態7、8、9を含む多数の条件を開始し、寄与すると考えられている。さらに、FDG取り込みはシナプス活性10、11、12に比例するとして、より広く使用されている血液と比較して、より直接的で、より少ない神経活動の指標と考えられる。酸素化レベル依存性機能磁気共鳴イメージング(BOLD-fMRI)応答。BOLD-fMRIは神経活動の間接的な指標であり、神経活動後の神経血管変化のカスケードに続いて起こる脱酸素ヘモグロビンの変化を測定する。
人間の脳のほとんどのFDG-PET研究は、脳ブドウ糖取り込みの静的画像を取得します。参加者は暗い部屋で目を開けて10分間静かに休む。完全な放射線トレーサーの用量は、数秒の期間にわたってボーラスとして投与され、参加者はさらに30分間休息する。取り込み期間に続いて、参加者はPETスキャナの中央に配置され、取り込みおよびスキャン期間の過程で累積FDG分布を反映したPET画像が取得されます。したがって、PET画像によってインデックス化されたニューロン活動は、取り込みおよびスキャン期間に対する全ての認知活動の累積平均を表し、スキャン中の認知活動に特異的ではない。この方法は、脳と神経機能の脳代謝に大きな洞察を提供しています。.しかし、時間分解能はスキャン期間に等しい(多くの場合〜45分、効果的にグルコース取り込みの静的測定を生み出す;これは認知プロセスおよび神経イメージングにおける一般的な実験中の神経反応と比較して好ましくない。限られた時間的解決のために、この方法は、グルコース取り込みの非特異的な指標を提供し(すなわち、タスクや認知プロセスにロックされていない)、被験者内変動の尺度を提供することができず、誤った科学的結論につながる可能性があります。シンプソンのパラドックス13に.シンプソンのパラドックスは、被験者間で計算された脳行動関係が必ずしも被験者内でテストされた同じ関係を示すものではないシナリオである。さらに、FDG-PETに機能的な接続対策を適用する最近の試みは、被験者間の接続性のみを測定することができます。したがって、接続性の違いはグループ間でのみ比較でき、個々の被験者に対して計算することはできません。被験者間の接続性対策14は議論の余地があるが、被験者間で計算された測定は、疾患状態のバイオマーカーとして使用したり、個々の変動の原因を調べるために使用することはできないことは明らかである。
過去5年間で、臨床グレードの同時MRI-PETスキャナの開発とより広いアクセシビリティは、認知神経科学におけるFDG-PETイメージング2に対する新たな研究の関心を引き起こしました。これらの開発により、研究者はBold-fMRI(約0.5−2.5秒)の基準に近づくFDG-PETの時間分解能を改善することに焦点を当てています。BOLD-fMRIの空間分解能はサブミリメートル解像度に近づくことができますが、FDG-PETの空間分解能は、ポジトロン範囲15により、基本的に最大値の約0.54mm全幅(FWHM)に制限されています。動的FDG-PET取得は、しばしば臨床的に使用され、ボーラス投与法を使用し、リストモードデータをビンに再構築する。ボーラス動的FDG-PET法は、約100sの一時的な分解能を提供します(例えば、Tomasi et al.16)。これは、静的なFDG-PETイメージングに比べて明らかに優れていますが、BOLD-fMRIに匹敵しません。さらに、FDGの血漿濃度はボーラスが投与された直後に減少するため、脳機能を検査する窓は限られている。
この実験ウィンドウを拡大するために、研究の一握り17、18、19、20、21は、以前にカーソン22によって提案された放射性トレーサー注入法を適応させ、 23.この方法では、「機能性FDG-PET」(FDG-f PET、BOLD-f MRIに類似)と記載されることがあり、ラジオトレーサは、PETスキャン全体(〜90分)の過程で一定の注入として投与される。注入プロトコルの目標は、時間の間にブドウ糖取り込みの動的変化を追跡するために、FDGの一定のプラズマ供給を維持することです。概念実証研究では、Villien et al.21は、一定の注入プロトコルと同時MRI/FDG-f PETを使用して、60sの時間分解能を持つチェッカーボード刺激に応答してグルコース取り込みの動的変化を示しました。その後の研究では、この方法を使用して、タスクロックされたFDG-f PET(すなわち、外部刺激19にタイムロック)とタスク関連のFDG-f PET(すなわち、外部刺激17に時間ロックされていない)を示しました。18)グルコース取り込み。これらの方法を用いて、60sのFDG-f PET時間分解能が得られており、これはボーラス法に対する実質的な改善である。予備データは、注入方法が20−60 s19の時間的分解能を提供できることを示している。
定一注入法からの有望な結果にもかかわらず、これらの研究の血漿放射能曲線は、注入方法が90分スキャン19、21の時間枠内で定常状態に達するのに十分ではないことを示している。一定の注入手順に加えて、Carson22はまた、スキャンの開始時に速やかに平衡に達し、その後、平衡で血漿放射能レベルを維持することを目標とするハイブリッドボーラス/注入手順を提案した。スキャンの期間。Rischka et al.20は最近、20%のボーラスプラス80%の注入を使用して、この技術を適用しました。予想通り、動脈入力機能は、注入のみの手順19、21を使用した結果と比較して、ベースラインレベルを上回り、より長い時間、より高い速度で持続した。
本論文では、輸液のみおよびボーラス/輸液放射レーサー投与を用いて高時間分解能FDG-f PETスキャンを取得するための取得プロトコルについて述べた。これらのプロトコルは90−95分の集録時間19との同時MRI-PET環境の使用のために開発された。プロトコルでは、血液サンプルは、PET画像の後続の定量化のための血漿血清放射能を定量するために採取される。プロトコルの焦点は、BOLD-f MRI/FDG-f PETを用いて機能性神経イメージングのための注入方法の適用であるが、これらの方法は、同時MRI、BOLD-fの有無にかかわらず、任意のFDG-f PET研究に適用することができる。MRI、コンピュータ断層撮影(CT)、または他の神経画像が取得される。図 1は、このプロトコルの手順のフローチャートを示しています。
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このプロトコルは、人間研究における倫理的行動に関するオーストラリア国家声明24に従って、モナッシュ大学人間研究倫理委員会(承認番号CF16/1108 - 2016000590)によってレビューされ、承認されています。手順は、認定医学物理学者、核医学技術者、および臨床レントゲン写真家の指導の下で開発されました。研究者は、人間の電化放射線の管理のための地元の専門家やガイドラインを参照する必要があります。
1. 必要な機器と人員
2. 準備

3. 参加者をスキャンする
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スタディ固有の方法
ここでは、代表的な結果に関する研究固有の詳細を報告する。これらの詳細は手順にとって重要ではなく、研究によって異なります。
参加者とタスク設計
参加者(n=3、表2)は、同時BOLD-fMRI/FDG-f PET試験を受けた。この原稿はPET取得プロトコルに焦点を当てているため、MRIの結果は報告されません。参加者は95分のスキャンの過程で18FDGの260 MBqを受け取った。参加者1は、スキャンの開始時にボーラスとして完全な用量を受け取った。参加者2は、注入のみのプロトコルで用量を受け取った。参加者3は、ハイブリッド50%ボーラスプラス50%注入と同じ用量を受け取った。輸液のみおよびボーラス/注入プロトコルの両方について、注入持続時間は50分であった。
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FDG-PETは、脳ブドウ糖代謝の指標であるグルコース取り込みを測定する強力なイメージング技術です。現在までに、FDG-PETを使用したほとんどの神経科学研究は、スキャン2の過程ですべての代謝活性の不可欠を表す静的画像分解能を用いた従来のボーラス投与アプローチを使用する。この原稿は、注入のみ(例えば、Villien et al.、Jamadar et al.19,21)およびハイブリッドボルス/注入(例えば、Rischka et al.20)プロトコルの2つの代替放射性トレーサー投与プロトコルについて説明する。3つのプロトコルは、個々のレベルで、刺激に時間ロックされた16sの時間的分解能を実証した。
このメソッドの重要なポイントは、スキャン プロトコルの開始です。この時点で、PET取得の開始は、BOLD-fMRI シーケンスの先頭(同時MR-PETを使用する場合)、および...
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著者は利益相反を宣言しない。資金源は、データの設計、収集、分析、および解釈には関与しませんでした。
ジャマダールは、オーストラリア研究評議会(ARC)ディスカバリー・アーリー・キャリア・リサーチャー・アワード(DECRA DE150100406)の支援を受けています。ジャマダール、ウォード、イーガンは、統合脳機能のためのARCセンター(CE114100007)によってサポートされています。チェンとリーは、レインウッド文化財団からの資金援助を受けています。
ジャマダール、ウォード、キャリー、マッキンタイアがプロトコルを設計しました。キャリー、マッキンタイア、ササン、ファロンがデータを収集した。ジャマダール、ウォード、パークス、ササンがデータを分析した。ジャマダール、ウォード、キャリー、マッキンタイアは原稿の最初の草稿を書いた。すべての著者は、最終版をレビューし、承認しました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 採血装置 | |||
| --12-15 vacutainers | Becton Dickinson, NJ USA | 364880 | 血液をチューブに入れる必要があるまで無菌包装に留まる |
| --15 10mL LH採血チューブ | Becton Dickinson | 367526 | サンプル番号(例:S1、S2…)でマークされ、その後、サンプル時間(例:時間0 + x min [T0+x]) |
| --2-15 10mLテルモシリンジテル | モ東京、日本 | SS+10L | これらは研究の日に作成され、生理食塩水が含まれていたアンプルでキャップされます |
| -事前に引き出された0.9%生理食塩水フラッシュ | ファイザー、 NY, USA | 61039117 | |
| --12-15 5mL テルモシリンジ | テルモ 東京, 日本 | SS+05S | 血液サンプルを採取する準備ができるまで無菌包装にしておく |
| 安全性 &廃棄物 | 血液サンプルを採取するアームと同じ側のスキャナールーム内のプラスチックの椅子に配置されたすべてのオブジェクト。使用するバイオハザードおよび非バイオハザードの廃棄物袋。分注エリアで放射能を調製するときや、血漿サンプルをピペッティングする際に、簡単にアクセスできる手袋やゴミ袋。使用するバイオハザードおよび非バイオハザードの廃棄物袋。発生したすべての廃棄物は、ガイガーカウンターで確認され、オーストラリア放射線防護原子力安全庁(APRANSA)の放射線防護シリーズNo.6(2017)のガイドラインに従って、放射性汚染廃棄物が安全に廃棄されるまで保管されていることを確認しています。 | ||
| -- 手袋 | Westlab, VIC, Australia | 663-219 | |
| -- 廃棄物袋 | Austar Packaging, VIC, Australia | YIW6090 | |
| --cello underpads 'ブルーイズアンダーパッド 5 プライ | ハリヤード ヘルス、ニューサウスウェールズ州、オーストラリア | 2765A | |
| --ブルー シャーピー ペン | シャーピー、テネシー州、米国 | S30063 | |
| Dose シリンジ | 準備ができるまで滅菌パッケージに入れておきます。この施設で使用されるすべてのシリンジは、パッケージに記載されている容量を超える20%の容量を追加で持っています。これは、総容量60mLが使用される50mLシリンジにとって重要です | ||
| --5mL | テルモ東京、日本SS | +05S | |
| --20mL | テルモ東京、日本 | +20L | |
| --50mL | テルモ東京、日本SS | * 50LE- | |
| -1テルモ18ゲージ針 | テルモ東京、日本 | NN+1838R | 生理食塩水バッグに[18F]FDGを注入する準備ができるまで、滅菌包装に入れておきます |
| --100mL 0.9%生理食塩水バッグ | Baxter Pharmaceutical, IL, USA | AHB1307 | [18F]FDG |
| Radiochemistry Lab Supplies | |||
| --Heraeus Megafuge 16遠心分離機;ローター バイオシールド 720 | ThermoScientific MA, USA | 75004230 | 相対遠心力 = 724 私たちの設定は5分間で2000RPMです。8に設定された加速と減速曲線 |
| - シングルウェルカウンター | Laboratory Technologies, Inc. IL, USA | 630-365-1000 | 18Fと4分に設定された完全な毎日の品質管理(バックグラウンドカウントを含む)とプロトコル。クロスキャリブレーションは、ウェルカウンター、ドーズキャリブレーター、スキャナー間で隔月で行われます。 |
| ●ピペット | ISG Xacto、ウィーン、オーストリア | LI10434 | 100-1000 μLを1000μLに設定します。毎年校正されます。 |
| --12-15血しょう計数管 | Techno PLAS;SAオーストラリア | P10316SU | LH血液チューブと同じ方法でマーク |
| -12-15ピペットチップ | Expell Capp、デンマーク | 5130140-1 | |
| --3試験管ラック | ジェネリック | ガイガーカウンターでそれらに放射線汚染がないことを確認するためにチェック | |
| -500mLの容積フラスコと蒸留水 | ジェネリック | ガンマ計数のための基準を準備するために蒸留水の約500mLが必要 | |
| --スキャナールーム、コンソール、放射化学実験室の同期時計 | 一般的な | 同期チェックは、毎週施設で定期的に完了 | |
| --ヘモグロビンモニター | EKF 診断カーディフ、英国 ヘモコントロール。 | 3000-0810-6801 | メーカー推奨の品質管理は、参加者の試験前に実施されますの血液サンプル。 |
| --Glucometre | Roche Accu-Chek | 6870252001 | Accu-Chek Performaは、参加者の血糖値をmmol/Lで測定するために使用されます。 |
| カニューレ装置 | 有効期限を確認し、NMTをトレーニングしてカニューレ挿入の無菌準備を行います。 | ||
| --規制止血帯 | CBCクラシックKimetec GmBH | K5020 | |
| --20、22および24ゲージカニューレ | ブラウン、メルズンゲンドイツ | 4251644-03;4251628-03;4251601-03 | |
| --テガダームドレッシング | 3M、MN USA | 1624W | |
| --アルコールおよびクロルヘキシジン綿棒 | レイナードヘルスサプライ、ニューサウスウェールズ州オーストラリア | RHS408 | |
| --0.9%生理食塩水10mLアンプル;flushes | Pfizer, NY, USA | 61039117 | |
| --10mL syringes | Terumo Tokyo, Japan | SS+10L | |
| --3-way tap | Becton Dickinson Connecta | 394600 | |
| --IV bung | Safsite Braun PA USA | 415068 | |
| --Optional extension tube, microbore extension set | M Devices, Denmark | IV054000 | |
| Scanner客室設備 | |||
| --Siemens Biograph 3T mMR | Siemens, Erlangen, Germany | ||
| --ポータブルリードバリアシールド | Gammasonics | カスタムメイド | MR条件付きリードバリアシールド。2000ガウスラインに配置され、キャスターがロックされ、輸液ポンプに接続された放射能をさらに遮蔽します。 |
| ●輸液ポンプ BodyGuard 323 MR-条件付き輸液ポンプ | Caesarea Medical Electronics | 300-040XP | MR対応。このモデルは、キャスターがロックされた状態で2000ガウスの1.5および3Tスキャナーでの使用が許可されています。 |
| ●輸液ポンプチューブ | Caesarea Medical Electronics | 100-163X2YNKS | チューブは、アンチサイフォンバルブとオスルアーロック(REF 100-163X2YNKS)がセットになった投与セットです。 |
| --鉛レンガ | カスタムビルド | 強磁性並進力 | |
| その他の機器- | |||
| -シリンジシールド | Biodex, NY USA | カスタムメイド | MR-safeである5mLタングステンシリンジシールドと、MR-PETスキャナーで使用する前に強磁性引力がテストされた50mLの鉛シールドがあります。これは、NMTへの放射線被ばくを最小限に抑えるために、放射化学実験室からスキャナーに放射線量を輸送するために使用されます。 |
| --ガイガーカウンター モデル26-1 Integrated Frisker | Ludlum Measurements, Inc. TX USA | 48-4007 | これは毎年校正され、潜在的な汚染と廃棄物を監視するために使用されます。MR-PETスキャナーには取り込まれません。 |
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