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方法論記事

飛行時間型陽電子放出断層撮影-コンピューター断層撮影スキャナーを使用した脳の酸素および糖代謝のマルチトレーサー研究

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DOI:

10.3791/65510

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2024年6月7日

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Mallinckrodt Institute of Radiology, Washington University School of Medicine

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

PETによる酸素およびグルコース代謝の定量的測定は確立された技術ですが、実際のプロトコルの詳細は文献にほとんど記載されていません。この論文では、最先端の陽電子放出断層撮影-コンピューター断層撮影スキャナーにうまく実装された実用的なプロトコルを紹介します。

要約

著者らは、脳グルコース代謝率(CMRGlc)、脳酸素代謝率(CMRO2)、脳血流(CBF)、および脳血液量(CBV)の測定を組み合わせた、複数の放射性医薬品トレーサーを備えた陽電子放出断層撮影法(PET)を使用してパラダイムを開発し、脳の好気性解糖(AG)の推定に至りました。酸化的および非酸化的グルコース代謝に関するこれらの in vivo 推定値は、健康と疾患におけるヒトの脳の研究に関連しています。最新の陽電子放出断層撮影-コンピュータ断層撮影(PET-CT)スキャナーは、飛行時間型(TOF)イメージングと、空間分解能とアーティファクトの低減における重要な改善を提供します。これにより、放射性トレーサーの線量を減らして、イメージングが大幅に改善されました。

最新のPET-CTスキャナーに最適化された方法では、 15O標識一酸化炭素(CO)と酸素(O2)、 15O標識水(H2O)、 18F-デオキシグルコース(FDG)を吸入して2時間または3時間のスキャンセッションで投与し、CMRGlc、CMRO2の高分解能で定量的な測定を行います、CBF、CBV、およびAG。この手法論文では、トレーサー動態モデルと動脈血サンプルを使用して脳代謝を定量化するために設計されたスキャンの実際的な側面を説明し、人間の脳代謝の画像測定の例を提供します。

概要

人間の脳は、代謝のために酸素とブドウ糖を大量に消費しています。健康な人間の脳におけるグルコース代謝の一部は、脳好気性解糖(AG)として知られる酸素使用以外で発生し、その目的は集中的に調査されています1,2,3,4,5。動物モデルおよびヒトでの先行研究では、AGと発生および老化、シナプスおよび神経突起の発達、記憶、アルツハイマー病におけるアミロイド沈着、および白質機能と疾患との関連が報告されています1,6,7,8,9,10,11,12,13 .したがって、AGや脳代謝の他の側面を研究して、老化して怪我や病気を引き起こす人間の脳をよりよく理解することに継続的な関心が寄せられています。

現在、ヒト脳AGをin vivoで評価する方法は、脳内グルコース代謝率(CMRGlc)14、脳内酸素代謝率(CMRO2)15、脳血流(CBF)16、脳血量(CBV)17のそれぞれを測定するために、複数の酸素およびグルコース放射性トレーサーを用いたPETイメージングが必要です.イメージング以外にも、PETで脳代謝を定量的に測定するには、通常は侵襲的な動脈カニューレ挿入やサンプリングによる動脈入力機能の評価など、他の複雑さが必要です。参加者が頭の動きを制限しながら、放射性トレーサーの吸入の指示に正確に従うことを確認します。半減期が非常に短い(2分)放射性トレーサーの取り扱いを安全かつ効果的に行う。大規模なデータセットの管理。代謝パラメータを正確に計算するための高度な分析方法を実行します。また、CMRGlc 5,14 の推定に [18F]FDG を使用することの限界も注目に値します。

このプロトコルは、私たちの経験における定量的脳代謝の成功した測定に最も関連する実際的な問題に対処します。このプロトコルには、一般的なエラーを回避するための基本的な手順と注意点の説明が含まれています。代謝、神経科学、イメージング、トレーサー動態、および放射性トレーサーPETイメージングからの推論方法のより一般的な原則についての慎重な議論を延期します。対象読者には、PETを使用した代謝測定の初心者だけでなく、 15O放射性トレーサーの使用に関心のある経験豊富なPET研究者や臨床医も含まれます。このプロトコルは、ヒト画像研究、侵襲的医療処置、放射性トレーサー、および定量的推論方法に精通していることを前提としています。脳PETイメージング全般18、 および15O-酸素PETについて、より具体的には19の優れた参考文献が数多く存在します。[18F]FDGおよびPETの実施に関するその他の実際的な問題については、トゥルクPETセンターは貴重な参考資料と広範な一次研究文献へのリンクを提供しています20。

プロトコルのセクションは、コンプライアンスとスキャンの成功に不可欠な参加者の選択に関する関連する考慮事項から始まります。次に、プロトコルでは、神経解剖学のためのMRIによる支持的スキャンに関連する側面を概説します。次に、プロトコルでは、酸素とグルコース代謝の定量化に重要な手段を含む臨床検査室の注文について説明します。次に、議定書には、サイクロトロンと放射性医薬品の送達に関する事項がリストされています。説明は、画像施設のポイントオブケアで働く研究者の視点を取っているだけであり、サイクロトロン施設やスタッフに必要な考慮事項は省略されています。次に、プロトコルでは、動脈ラインの準備と管理について詳しく説明します。幹線を確立し維持するには、機関に固有のコンプライアンス基準を満たす必要があり、プロトコルは成功するワークフローの概要を示しています。次に、このプロトコルは、参加者のポジショニング、減衰補正のためのCT、放射性医薬品の投与、動脈測定の実施など、PETによるスキャンに不可欠な操作手順を提供します。静脈サンプリングでは、[18F]FDGによるCMRGlcの測定における動脈サンプリングの潜在的な代替手段について説明します。PET画像再構成とデータストレージに関するセクションでは、ソフトウェアパラメータと情報技術の実用的な問題について詳しく説明します。退院と参加者のフォローアップに関するセクションでは、参加者の安全のための重要なコミュニケーションが記載されています。また、重要なキャリブレーション作業についても説明します。多くの適切な分析方法と動力学モデルは、公開された科学レポートとその多数の前例に詳しく説明されています。したがって、このプロトコルは、公開されたアプローチの参照に読者を主に導きます。代表的な結果は、プロトコルの実装が成功したことを示しています。ディスカッションセクションでは、プロトコルの有利な側面と制限、人間の神経科学におけるその可能性、および安全性に関連する事項について詳しく説明します。

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プロトコル

注:ワシントン大学医学部の治験審査委員会および放射性薬物研究委員会は、以下に説明するプロトコルに基づいてすべての研究を承認しました。すべての人間の参加者は、以下のプロトコルに基づく調査研究に参加する前に、書面によるインフォームドコンセントを提供しました。このプロトコルで使用されるすべての機器、材料、および試薬に関連する詳細については、 材料の表 を参照してください。

1. 参加者の選考

  1. 選択基準
    1. 大人の参加者のみを含めます。参加者が放射性医薬品ガスの吸入に関する指示を含む研究手順に従うことができ、インフォームド コンセントまたは適切な代理同意による同意を提供できることを確認します。参加者が仰臥位で最大 2 時間から 3 時間、休憩なしで 60 分間連続してイメージングを受けられるようにします。
  2. 除外基準
    1. PET時の妊娠など、放射性薬物研究に禁忌がある参加者は除外します。MRIは解剖学的画像登録、空間的正規化、および部分体積補正に必要であるため、MRIに禁忌のある参加者を除外します。
    2. 橈骨動脈カニューレ挿入を行う場合は、橈骨動脈カニューレ挿入が禁忌である参加者を除外します。侵襲的な動脈サンプリングにより総血液量が 100 mL を超える可能性があるため、著しい貧血のある参加者や最近血液製剤を提供した参加者は除外します。
    3. 重大な肺疾患のある参加者は、肺で標識された [15O]O2 および [15O]CO をうまく吸入および交換する能力が損なわれる可能性があるため、除外します。関心のある疾患以外に進行中の医学的疾患を持つ個人を除外し、脳の代謝と血流を大きく変化させると予想される。
      注:これは、特定のプロジェクトの特定の目的とターゲットに依存します、たとえば、プロジェクトが健康な老化に焦点を当てている場合、大きな脳卒中や鎌状赤血球貧血は除外基準に含まれる可能性があります。
    4. [18F]FDG の投与前に血糖値が 165 mg/dL 未満を達成できない参加者は除外します。

2. 神経解剖学のためのMRI

  1. PETスキャンの前にMRIをスケジュールします。等方性0.8〜1.0mmの分解能を持つ磁化準備急速勾配エコー(MPRAGE)パルスシーケンスと、理想的には動き補正のための有望な方法を含む3TスキャナーのMRIプロトコルを確保します21。
    注: 前向き運動矯正は、PET イメージングとの融合で使用するための T1w 解剖学的構造の追加の最適化を提供しますが、前向き運動矯正の省略は、頭部の動きを避けることに固執している参加者の現在の PET イメージングにとって非常に重要である可能性は低いです。高品質のT1w解剖学的構造は、PET22,23の部分体積補正に重要です。
  2. 神経解剖学的MRIを取得して、局所的なパーセルレーションとセグメンテーション、アトラス登録、および部分的な体積補正を行います。参加者を侵襲的な動脈ラインと放射性医薬品にスケジュールしてさらす前に、神経解剖学的MRIが成功したことを確認してください。

3. ラボラトリーオーダー

  1. 動脈血ガス、ヘモグロビン、ヘマトクリット、血漿グルコースは、臨床認定検査室でご注文いただけます。喫煙者およびヘモグロビンの変化に関連する病状のある人のために、定量的なオキシヘモグロビン、カルボキシヘモグロビン、およびメトヘモグロビンを注文してください。.
  2. パルスオキシメトリは、クリティカルケア用に設計されたデバイスなど、検証済みのデバイスを使用して測定します。

4. 放射性医薬品の配送

注:PETで脳の酸素代謝とAGを測定するには、半減期が 122秒の15O放射性医薬品を製造および送達できるサイクロトロン施設が必要です。サイクロトロン施設とPETスキャナー間の放射性医薬品の輸送は、放射性トレーサー投与時に適切な投与を提供するために、十分かつ確実に迅速でなければなりません。

  1. すべての放射能線量校正器に電源があり、十分な機器のウォームアップ(通常は少なくとも60分)の時間を確保してください。
  2. ガス状放射性医薬品の場合は、シールドガスキャニスターとそれに組み込まれたピコ電流計線量キャリブレーターをPETスキャナーのPETガントリーの近くに配置してください。滅菌された拡張可能なベローズ、微粒子フィルター、大口径プラスチックポリマーチューブ、クランプ、および使い捨てマウスピースの安全な取り付けを確保します。 図 1 を参照してください。
  3. ナイロンガスライン、内径1/8インチ、排気下、サイクロトロンからの[15O]COおよび[15O]O2の供給のための完全な品質保証手順。精製された水素源と、[15O]O2の誘導体として放射性医薬品[15O]H2Oを生成するための処理ユニットの完全な品質保証。図 1 を参照してください。

5.幹線

  1. 配置と管理
    1. 橈骨動脈のカニューレ挿入は、インターベンショナルラジオロジー、麻酔科、救命救急医学など、動脈ラインの日常的な留置に関する専門的なトレーニングを受けた医師に相談して行います。
      1. 橈骨動脈のイメージングに適したプローブを備えた超音波装置を利用できるようにします。
      2. インターベンション医に動脈ライン留置用の好みの消耗品、最も一般的には、セルディンガー技術を実装するガイドワイヤー付きのキットを提供します。
      3. 参加者の利き手ではない手に血管カテーテルを挿入するためにあらゆる努力をしてください。
    2. 経験豊富な看護師または同等の医療専門家のサービスを使用して、橈骨動脈カニューレ挿入全体を通じて参加者を評価および管理します。
      1. 超音波による手の側副動脈循環を確保します。
      2. 動脈カニューレ挿入中の無菌野を準備し、管理します。
      3. インターベンション専門医の滅菌カニューレ挿入手術を支援します。
      4. 硬質圧力ラインをプライムし、300mmHgに加圧された通常の生理食塩水を供給します。
    3. 動脈圧波形の定期的なモニタリングや動脈ライン回路の操作など、2〜3時間のプロトコル中に継続的な動脈ライン管理を実行します。連続的な動脈サンプリングのためには、橈骨動脈への背圧の供給から蠕動ポンプによる動脈血の抽出、フラッシングと橈骨動脈へのアクセスの維持まで、インラインストップコックを切り替えます。橈骨動脈に流れ込まないラインセグメントをプライミングする場合は、開存性を維持するためにヘパリン処理溶液(最大10 U/mL)で洗い流してください。
      注:その有効性の不確実な証拠を考慮して、橈骨動脈カテーテルを維持し、ヘパリン誘発性血小板減少症を誘発するリスクを回避するために、可能な限りヘパリンの使用を最小限に抑えます。.
    4. 成形可能でありながら剛性の高いアームボードを使用して、橈骨動脈カテーテルとラインを固定します。ストップコックの繰り返し操作が橈骨動脈カテーテルを乱さないようにしてください。
    5. 各放射性トレーサー投与前に正常な動脈圧波形を確認し、橈骨動脈カテーテルの開存性を確保します。
  2. 動脈サンプル用ガンマ検出器
    注:動脈入力機能の測定には、ガンマ検出プローブデバイスと蠕動ポンプを使用してください。手描きのサンプルは、[18F]FDGやその他のより長い半減期の放射性トレーサーでは実現可能ですが、4回の迅速な 15Oスキャンのシーケンスを採用することは、蠕動ポンプと参加者の手の横に配置できるほどコンパクトなガンマ検出器を使用した自動サンプリングによって大幅に容易になります。
    1. 動脈ラインアセンブリを橈骨動脈カテーテルにできるだけ近づけて配置し、ガンマ検出プローブでの分散と遅延を最小限に抑えて測定を行います。カニューレ挿入部位からラインアセンブリを経由してガンマ検出プローブまでの経路が、ラインアセンブリで利用可能なキャリブレーションデータと一致していることを確認します。
    2. 無停電電源装置を通じて連続電力を供給し、偶然のガンマ検出器の光電子増倍管の安定性を確保します。一致検出では、100 ns のタイミング・ウィンドウを使用し、公称検出感度が 2.4 cps kBq-1 mL-1 以上で、10 kcps まで <1% の直線性であることを確認してください。
      注:偶然検出用の液体充填導波路は壊れやすいため、保管エリアからPETスイートまでの取り扱いや輸送には注意が必要です。

6. スキャン

  1. 頭の動きを最小限に抑えます
    1. スキャンする前に、スキャン中に頭を動かさないようにすることの重要性について参加者を教育します。
  2. 研究参加者のポジショニング
    1. PET-CTハードウェアおよびソフトウェア構成で、研究参加者の頭または足を優先してスキャンできることを確認してください。可能な限り、PETでは足を優先して配置し、参加者の四肢と胴体がPETガントリーの向こう側にあり、参加者の頭がPETガントリの中央に留まり、CTガントリーが空いているようにします(図1)。
    2. 最近の尿排尿の確認、適切な衣服の着用、スキャナーと互換性のない眼鏡、宝石、または髪飾りの取り外しなど、人間のPET-CTスキャンのすべての既存のプロトコルに従って、参加者を下げたガントリーテーブルに横たわるように誘導および配置します。
    3. ガントリーテーブルがスキャナーボアに移動するときに、すべての動脈ラインと静脈ラインの完全性を確保します。動脈ラインと加圧生理食塩水源との連続接続を確保します。ペリスタルティックポンプ、ガンマ検出プローブ、およびスキャナーボアを通過できないその他のデバイスの切断とその後の再接続を確認します。
    4. 参加者の快適さ、特に頭、首、背骨、腰、脚の屈曲の位置に適したクッションを確保します。フォームヘッドレストを自由に配置して快適な頭の位置を確保し、頭の動きを避けるように参加者にリマインダーとして、伸縮性のある自己接着性自己取り外し可能なラッピングで参加者の額をガントリーテーブルに固定します。熱的快適性のために十分な毛布を確保してください。CTおよびPETスキャン全体で頭の動きを避ける必要性についての参加者の理解を確認します。
      注: ヘッドレストと伸縮性のあるラッピングは、認知障害のある参加者でも頭の動きを大幅に制限します。
    5. ガントリーテーブルがスキャナーボアを通過し、参加者の四肢と胴体がCTガントリーを越え、参加者の頭がCTガントリの中央に来るまで、スキャナーボアを通過することを確認します。CTガントリーに入るときに、参加者のカントミータルラインを垂直レーザーマーカーに合わせ、あごの角度を少し下に置きます。以下の説明に従ってCTを行います。このポジショニングがPET視野内の大脳と小脳全体を捉えていることをCTで確認します。
    6. ガントリーテーブルがスキャナーの穴を通って、参加者の頭がPETガントリーの中央に来るまで続くことを確認します。動脈および静脈ラインへの適切なアクセスと、橈骨動脈カニューレ挿入に対応するための適切な手首の延長を確保します。天井の排気口が、PETガントリーの端近くで誤って吐き出された放射性トレーサーガスを効果的に除去できることを確認します。以下の手順6.3〜6.5で説明するようにCTとPETを実行します。
    7. PET中に参加者を定期的に監視し、スキャン中の最小限の口頭コミュニケーションで参加者の快適さを評価します。
      注:足先でのポジショニングにより、放射性トレーサーガスの投与が容易になり、通信が改善され、吸入チューブの操作が改善されます。ただし、ほとんどのガントリーテーブルでは、足を優先して配置することは、熱可塑性ヘッドリテーションマスクの使用と互換性がない場合があります。足優先のポジショニングは、頭より下の体から発生する放出から頭を保護するデバイスと互換性がない場合もあります。このようなシールドは、そうでなければ、体から発生するランダムを減らすことができます。
  3. 減衰補正用CT
    1. 減衰補正に適した低線量頭部CTを受診する。参加者がスキャン中に休憩を必要とし、スキャナーを離れる場合は、PETセッションを再開する前にCTスキャンを繰り返して、その後のPETイメージングをコンソールベースで再構築できるようにします。有用なCTパラメータには、真空管電流75mA、回転時間0.5秒、スパイラルピッチ1.5、真空管電圧120kVpが含まれ、ベンダー推奨の畳み込みカーネルを使用し、512 x 512 x 88マトリックス、0.98 x 0.98 x 3.00 mm3分解能に再構成します。
  4. ガス状放射性医薬品の投与
    1. 最初のガス投与の前に、鼻から呼吸するのではなく、チューブから吸い込みと吐き出すことに重点を置いて、吸入の手順について参加者に指示します。
    2. ピコ電流計の線量校正器を装備したシールド付きガス貯蔵容器を準備します。ガス容器内では、サイクロトロンからの硬質狭径ナイロンラインと、投与中以外はクランプされたままの半硬質大径プラスチックポリマーチューブに拡張可能なベローズを接続します。Covid-19パンデミック用に策定された感染管理要件に従って、大口径チューブに沿ってウイルス捕捉パティキュレートフィルターを配置します。チューブの端に使い捨てのプラスチック製マウスピースを取り付けます。
    3. サイクロトロン施設にガス状放射性医薬品をガス容器に届けるよう要請する。
    4. すべてのガス状放射性医薬品をボーラスとして投与する準備をします。.吸入の手順はすべての場合で同じです。
      1. 拡張ベローズに供給される各ガスの活動をピークまで監視し、放射能が放射性薬物研究委員会が許可する最大線量(55 mCi)を下回るのを待ちます。ピコ電流計の線量校正器を使用して活動を監視します。スキャナーによるエミッションの取得を開始します。
      2. 吸入開始の直前にスキャンを開始して、時間活動曲線の開始を確実に取得します。3 秒フレーム x 23、5 秒フレーム x 6、10 秒フレーム x 20、スキャンの残りの部分で 30 秒フレームで 6 〜 7 分のエミッションを取得します。
      3. 参加者に完全に息を吐き、参加者のマスクを下げるように指示します。
      4. マウスピースを参加者の口の中に入れます。参加者にマウスピースの周りに唇でしっかりと密閉するように依頼し、できるだけ多く吸い込みます。参加者に数秒間息を止めて、肺がガス状の放射性医薬品を吸収するのを促進するように依頼します。
      5. 参加者にチューブから再び息を吐き出し、残留ガス状の放射性医薬品をふいごに戻します。チューブを再度クランプし、参加者から取り出します。
      6. 吸入開始から呼気終了まで、ベローズ内のガス活動を監視します。活動の差によって総投与量を計算します。総投与量が20 mCiを超えることを目標とします。
    5. [15O]CO を 1 回投与します。動脈測定が技術的に不十分な場合は、[15O]COの補充用量を投与し、血管内[15O]COを定常状態にするまで、約1〜2分かかります17。
    6. [15O]O2を2回連続して投与します。公称時間活動曲線の動脈測定値を監視します。
      注:この手順は、軽度の認知障害のある参加者でも堅牢です。ただし、重度の認知障害または顔の衰弱のためにこの手順を実行できない参加者は、不十分な放射性トレーサー投与のリスクと呼気中の周囲空気へのガスの漏出のリスクを最小限に抑えるために除外されます。ガス状放射性トレーサーを清掃するためのマスクの継続的な投与および使用については、井口らによって報告および参照された代替方法を参照してください.24 [15O]O2 で一般的に得られる信号対雑音比 (好ましくないノイズ等価カウント) が低いため、[15O]O2 を二重に投与を繰り返すことが推奨されます。
  5. 注射された放射性医薬品の投与
    1. サイクロトロン施設に、静脈内放射性医薬品をスキャナーベイに配送するように依頼します。
    2. すべての静脈内放射性医薬品をボーラスとして投与する準備をします。.静脈内注射の手順は、すべてのケースで似ています。
      1. 最大許容値([15O]H2Oの場合は25 mCi、[18F]FDGの場合は6 mCi)を下回るまで、ウェルカウンター線量計で線量を監視します。.
      2. 静脈内注射の直前にスキャンを開始して、時間活動曲線の開始を確実に取得します。[15O]H2O の場合、スキャンの残りの部分で、3 秒フレーム x 23、5 秒フレーム x 6、10 秒フレーム x 20、30 秒フレームで 6 〜 7 分間の放出を取得します。[18F]FDG の場合、3 s フレーム x 23、5 s フレーム x 24、20 s フレーム x 9、60 s フレーム x 13、300 s フレーム x 7、351 s フレーム x 1 で 60 分間の放射を取得します。
      3. 速やかに静脈内投与を注射してください。シリンジ内の残留放射能を測定し、差による投与量を計算します。総投与量が許容される最小用量を下回っていないことを確認してください ([15O]H2O の場合は 15 mCi、[18F]FDG の場合は 4 mCi)。
      4. 公称時間活動曲線の動脈測定値を監視します。[15O]H2Oの場合、動脈測定が技術的に不十分な場合は、補充用量を投与します。.
        注:[15O]H2Oの投与は、前者が静脈内に注入できるため、いくつかの点でガスの投与よりも簡単です。ただし、[15O]H2Oの半減期が短いため、PETスキャナーの位置や[15O]H2Oが生成および取得される場所によっては、慎重なオーケストレーションが必要です。

7. 動脈測定

  1. 研究参加者をスキャナーに配置した後、放射性医薬品活動の動脈測定に必要なすべてのデバイスを準備します。
    1. 橈骨動脈血管カテーテル、硬性圧力ライン、ストップコック、生理食塩水を供給するための加圧バッグ、ガンマ検出器用の延長カテーテルセット、蠕動ポンプ用の延長カテーテルセットとの間の接続の完全性を確保します。橈骨動脈に気泡が入り込まないように、また気泡が動脈血抽出のための蠕動ポンプを妨げないように、正しいプライミングを確保してください。
      1. ガンマ検出器には、長さが48 cm以下、プライミング容量が0.6 mL以下のマイクロボアカテーテル延長セットを使用します。
      2. 蠕動ポンプの場合、最大許容閉塞圧力制限を設定します。
      3. 蠕動ポンプが逆流方向で動作する輸液ポンプである場合は、容器を開いたままにするための最小流量(KVO)を選択します。
  2. 放射性医薬品を投与する直前に、活栓を圧力バッグと圧力モニターに閉じ、ポンプを300mL/hで運転してください。橈骨動脈からの血液の抽出と、ガンマ検出器用の延長カテーテルセットとポンプ用の延長カテーテルセットを通過することを確認します。動脈循環25を通る放射性医薬品のボーラス通過全体にわたるガンマ検出器における放射性医薬品活性の連続測定を確認する。
  3. PETスキャナーからの時間活動曲線の同時取得を確認します。
  4. 300 mL/h でポンピングを続け、[15O]CO 吸入後少なくとも 300 秒、[15O]O2 吸入後 120 秒、[15O]H2O 注入後 120 秒、[18F]FDG 注入後 300 秒、ガンマ検出器での放射性医薬品活性の測定値を確認します。
    1. [18F]FDG の場合、PET スキャンが終了するまで、 20 mL/h 以上の低ポンプ速度で血液の送り出しを続けます。
  5. 各動脈測定の後、橈骨動脈カテーテルを洗い流すように動脈ラインを再構成します。次に、ガンマ検出器とポンプに供給するライン回路をフラッシュします。ポンプを通る絶縁回路の場合、ポンプ速度を 300 mL/hに設定します。必要に応じて、ヘパリン化生理食塩水の2番目のバッグを重力下で使用して、ポンプから血液を排出するための追加の流れを提供します。
    注: 長期にわたるイメージング プロトコルと動脈血の繰り返しサンプリングを考えると、ライン閉塞のリスクが高くなる可能性があり、治験責任医師チームと看護師による継続的な警戒が必要です。厳格な滅菌対策を使用し、活栓のみで構成された閉回路を維持します。

8. 静脈サンプリング

  1. スキャンに先立って、静脈内アクセスのための 2 つの部位、放射性医薬品注射のための橈骨動脈カニューレ挿入の反対側と、静脈サンプリングのための橈骨動脈カニューレ挿入の同側を確立します。肘前アクセスを優先します。
  2. スキャンに先立って、シリンジとシリンジキャップを準備します。シリンジとキャップに消えない印をつけ、すべてのシリンジにキャップをし、分析天秤でキャップ付きシリンジを0.0001gの精度で計量します。少なくとも 2 mL の採血の開始時と完了時の静脈サンプリングの記録時間。室温(20〜25°C)で、血液1 mLをRCF3,300 × g で少なくとも60秒間遠心分離して、血漿を抽出します。全血および血漿中の活性を、68 Ge 用に較正されたウェルカウンターを使用してカウントします。
    注:静脈サンプリングは、注射後30〜60分の[18F] FDGの測定に最も適しています。 15Oスキャン中に得られた静脈サンプルは、技術的に非常に困難で制御が難しく、動脈サンプルとの相関が良好ではありません。

9. PET画像の再構成とデータ保存

  1. PET-CTから画像を再構築し、5つのサブセット、TOF、遅延ランダム、モデルベースの絶対散乱スケーリング、減衰補正、オールパスフィルタリング(フィルタリングなし)、点像分布関数モデルなし、スキャン開始への減衰補正、Bq mL-1への再スケーリング、マトリックスサイズ220、ズーム2、および1.65mmの等方性ボクセルによる期待値最大化(OSEM)の3D通常ポアソン順序サブセットを優先します 長さ。
    注:ズーム2は、画像再構成の横方向の視野を半分に縮小するため、参加者の頭とPET検出器リングとの間の周囲空間が無視されます。記載されているパラメータは、[15O]O2 ガスの開始値であり、散乱変動の影響を非常に受けやすく、モデルベースの絶対散乱スケーリングが必要です。歴史的に、散乱のモデルの選択は、 15Oトレーサーの再構成の品質に強く影響してきました。さらに、ベンダーが実装した散乱モデルと他のモデル(点像分布関数モデルなど)との相互作用は、現在のところ十分に理解されていません。したがって、このプロトコルは、点像分布モデルのない散乱モデルのみを実装します。
  2. スキャナーコンソールで再構築されたPETデータを確認し、適切な放射性トレーサーの投与と最小限の動きを確認します。
    1. 再構築されたPET、CT、normsデータ、およびlistmodeデータのDICOMファイルを保存します。
      注: リストモードデータは、最適化された再構築に不可欠ですが、これは計算コストが高く、通常はスキャナーコンソールでは実行できません。Listmode のデータは非常に大きい (PET セッションあたり >40 GB) ため、適切なストレージデバイスを予約する必要があります。

10. 退院と参加者のフォローアップ

  1. 行の削除
    1. 滅菌技術を使用して橈骨動脈カテーテルを取り外し、手動で直接橈骨動脈圧を加えます(これは資格のある医療専門家が行う必要があります)。
    2. 橈骨動脈閉塞のリスクを最小限に抑えるために、特許止血技術を使用して15分間圧力をかけます。
    3. カテーテルの先端に血栓や骨折がないか調べます。
    4. 十分な止血が達成されたことを確認した後、滅菌ガーゼと弾性自己接着ラッピングで圧迫ドレッシングを塗布します。手の色、温度、感覚、または機能の変化がないか手を点検します。
  2. 在宅介護の指示
    1. 退院後2時間、圧迫ドレッシングを維持するように参加者に指示します。
      1. 参加者に、2時間後にカニューレ挿入部位に出血や打撲傷がないか調べてから、市販の包帯を貼るように指示します。
      2. 影響を受けた手首/腕を曲げたり濡らしたりしないように参加者に指示し、手首/腕を含む激しい活動を 48 時間避けます。
    2. 退院後48時間以内に、影響を受けた手首/腕に感染、怪我、または出血の兆候がないか検査するように参加者に指示します。
    3. 必要に応じて、研究チームに連絡する複数の方法を提供します。
    4. 軽度の打撲傷や一過性の不快感の一般的な合併症に安心感を与えます。
    5. 退院の24〜48時間後に研究参加者に連絡して、追加の合併症が発生していないことを確認してください。

11. キャリブレーション

  1. クロスキャリブレーション
    1. 68Geまたは22Naのロッド基準源を使用して、ウェルカウンターの絶対校正を行います。
    2. その後、10-37 MBq の [18F]FDG を 30-670 mL の水に 2% アセトニトリルまたは類似の有機溶媒溶媒溶媒溶媒溶媒溶媒溶媒溶媒に溶かし、10-37 MBq のガンマ線の減衰が無視できるほど放射能を封じ込める硬質培地ボトル(ポリエチレンテレフタレートまたは高密度ポリエチレン)を使用してください。スキャナーボアでのクロスキャリブレーションの作業を減らすために、小容量のボトルを使用します。ボトルから抽出したアリコートを使用して、他のすべてのガンマ検出装置をクロスキャリブレーションします。
  2. カテーテルのキャリブレーション
    1. カテーテルの使用から生じる分散と遅延、および橈骨動脈とガンマ検出プローブの間のラインのキャリブレーション研究を実施します。
      1. 地元の血液銀行からの期限切れの血液製剤を使用し、温度制御された浴槽、および血液製剤のヘマトクリット値の制御されたバリエーションを使用します。
      2. コンパートメントデバイスを組み立てて、非標識血液製剤と[18F]FDG標識血液製剤を迅速に交互に行い、カテーテル、ライン、ガンマ線検出器プローブ、および蠕動ポンプの組み立てに送達します。Heavisideの「ステップファンクション」入力をアセンブリに供給し、経時的な放射能を測定します。
      3. 分散と遅延について畳み込みカーネルを推定します。カーネルをヘマトクリット値で変化するようにパラメータ化します。血液製剤の供給源を37°Cですべてのキャリブレーションを行います。 カーネルは、同一のアセンブリを使用するすべてのヒト研究で再利用します。
        注:これらのキャリブレーションは、外部ラインアセンブリを介した分散と遅延のみを考慮し、内部の解剖学的構造は考慮していません。

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結果

このプロトコルの最も技術的に困難な側面のいくつかは、動脈ラインからのデータを構成、管理、および成功裏に収集しながら、同時に短い半減期の放射性トレーサーを投与し、スキャナーを実行することです。図1は、現在のセットアップを俯瞰した視点で示したもので、スタディコーディネーター、インターベンショナリスト、看護士、技術者、研究者から必要とされる組織と運用ワークフローをまとめています。上述の放射性医薬品は、標準化摂取値(SUVR)の比率の計算など、特定の活性の非定量的マップ(図2)に容易に組み込むことができます。全脳の時間活動曲線(図3)は、活動曲線の不連続性を生じさせる有意な頭部運動を特定するのに役立ち、120秒での[15O]COの予想されるプラトーとその結果としての腎排泄、脳組織によって抽出され、放射性標識[15O]H2に代謝されるボーラス通過後の[15O]O 2

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ディスカッション

吸入 [15O]CO および [15O]O2 ガスを使用した酸素およびグルコース代謝の PET イメージング、[15O]H2O の静脈内注射、および [18F]FDG の静脈内注射は、古い世代の PET スキャナー 14,15,16,17,26,27 から蓄積されたイメージングに基づく有意な歴史的事前性を持っています.これらのデータは、減衰マッピング、発光制限付きゲルマネートビスマス(BGO)シンチレータアレイ、高活性ドージング、および限られたシンチ...

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開示事項

著者とこの論文の内容との間には、金銭的またはその他の利益相反はありません。

謝辞

特に、研究参加者の利他性には感謝しています。この研究を可能にしてくれたNeuroimaging Labs Research Center、Knight Alzheimer's Disease Research Center、Center for Clinical Imaging Research(CCIR)、およびWashington Universityサイクロトロン施設のディレクターとスタッフに感謝します。NIH R01AG053503、R01AG057536、RF1AG073210、RF1AG074992、1S10OD025214、Mallinckrodt Institute of Radiology、およびワシントン大学のMcDonnell Foundation for Systems Neuroscienceからの研究資金提供に感謝します。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
3/16 "外径 1/8" インナー径 nylaflow チューブNylaflow Tubing, Zazareth, PA
4 x 4 in. ガーゼMcKesson MedSurg16-4242
分析天びんFisher Scientific/OHUASPioneer Exal Model 90 mm platform #PA84
Bacterial/Viral filterHudson RCI, Teleflex, Perak, MalaysiaREF 1605 (IPN042652)
BD SmartSite ニードルフリーバルブBecton Dickinson2000E
Biograph mMRSiemens、エアランゲン、ドイツ
Biograph Vision 600 EdgeSiemens、エアランゲン、ドイツ
Caprac ワイプ カウンターMirion Medical (Capintec)、フローラム パーク、ニュージャージー州 1991年以降NaIドリルウェルクリスタル
バン粘着ラップ3M集中治療室
の包帯、テガダーム、4 x 4 " で3M Health Care#1626
ECAT EXACT HR+CTI PET Systems、テネシー
Edwards TruWave 3 cc/84 インチ (210 cm) Edwards LifesciencePX284R
延長カテーテル 長さ 48 cm、プライミング量 0.642 mLBraunV5424
ヘパリンナトリウム、溶液 2 U/mL、1,000 mLHospira Worldwide#409762059
I.V. アームボード フレキシブル 4 x 9 インチ 大人用DeRoyalM8125-A
ケースレー ピコ電流計Tekronix
Magnetom Prismaシーメンス、エアランゲン、ドイツ
アーバルブ用3Tオス-オスアダプターゴンメディカル株式会社。040184000A
MiniSpin Personal MicrocentrifugeEppendorf, Hamburg, GermanyEP-022620151
マウスピース 15 mm 内径、外径 22 mmHudson RCI、Teleflex、ペラ州、マレーシアREF 1565 (IPN042595)
MRIdiumIradmed、フロリダ州ウィンタースプリングス3860+
Nalgene スクエア PET メディアボトル、クロージャー付き、650 mLThermo Scientific#3420400650球根付きクロスキャリブレーション
圧力輸液バッグ用、1,000 mL  を収容。ヘルスケア Logi#10401
圧力監視トレイ ポリエチレンカテーテル、2.5Fr (2.5 cm) 血管カテーテル、0.015 インチ 15 cm ワイヤー、22G (2 cm) 針Cook MedicalC-P MSY-250、G02854
RDS 11 MeV サイクロトロンシーメンス、エアランゲン、ドイツ15N の陽子衝撃で 15O
塩化ナトリウム IV 溶液 0.9%、1,000 mL. Braun MedicalE8000
ステリストリップ(クロージャー、スキンラインフLF 1/2x4")McKesson MecSurg#3010
Twilite IISwisstrace、チューリッヒ、スイス無
停電電源装置バッテリーバックアップおよびサージプロテクターAPCBR1500MS2
のコは、一般的に使用されます。州ノックスビルに適合ル アル を生成 B

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