Name: と陽電子放射断層撮影法を用いた非侵襲的イメージングとリビングラットにおける脳虚血の分析 18 F-FDG (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 31 s
Description: 学ぶ脳虚血の非侵襲的イメージング法。ラットの中脳動脈閉塞モデルを用いて18F-FDG PET撮影を行い、脳内グルコース代謝の変化を定量的に解析する手法を解説。縦断的研究に適した神経科学研究の基盤となる。

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この研究は、Bruker Molecular Imaging(WMLへ)およびNIH(FJCへの助成金HL019982)からの助成金によって支援されました。

<ol><li>Minino, A. M., Murphy, S. L., Xu, J., Kochanek, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deaths%3A+final+data+for+2008%5BTitle%5D)+AND+%22Natl+Vital+Stat+Rep%22%5BJournal%5D)">Deaths: final data for 2008.</a> Natl Vital Stat Rep. 59, 1-126 (2011).</li>
<li>Niemi, M. L., Laaksonen, R., Kotila, M., Waltimo, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quality+of+life+4+years+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Quality of life 4 years after stroke.</a> Stroke. 19, 1101-1107 (1988).</li>
<li>Ter-Pogossian, M. M., Phelps, M. E., Hoffman, E. J., Mullani, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+positron-emission+transaxial+tomograph+for+nuclear+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">A positron-emission transaxial tomograph for nuclear imaging.</a> 114, 89-98 (1975).</li>
<li>Schiffer, W. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Serial+microPET+measures+of+the+metabolic+reaction+to+a+microdialysis+probe+implant%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Serial microPET measures of the metabolic reaction to a microdialysis probe implant.</a> J Neurosci Methods. 155, 272-284 (2006).</li>
<li>Roger, V. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heart+disease+and+stroke+statistics--2012+update%3A+a+report+from+the+American+Heart+Association%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Heart disease and stroke statistics--2012 update: a report from the American Heart Association.</a> Circulation. 125, e2-e220 (2012).</li>
<li>Heiss, W. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Progressive+derangement+of+periinfarct+viable+tissue+in+ischemic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cereb+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Progressive derangement of periinfarct viable tissue in ischemic stroke.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 12, 193-203 (1992).</li>
<li>Foster, N. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alzheimer%27s+disease%3A+focal+cortical+changes+shown+by+positron+emission+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">Alzheimer's disease: focal cortical changes shown by positron emission tomography.</a> Neurology. 33, 961-965 (1983).</li>
<li>Bustamante, E., Pedersen, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+aerobic+glycolysis+of+rat+hepatoma+cells+in+culture%3A+role+of+mitochondrial+hexokinase%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">High aerobic glycolysis of rat hepatoma cells in culture: role of mitochondrial hexokinase.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 74, 3735-3739 (1977).</li>
<li>Toga, A. W., Santori, E. M., Hazani, R., Ambach, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+3D+digital+map+of+rat+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res+Bull%22%5BJournal%5D)">A 3D digital map of rat brain.</a> Brain Res Bull. 38, 77-85 (1995).</li>
<li>Yuan, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Saptiotemporal+uptake+characteristics+of+%5B18%5DF-2-Fluoro-2-Deoxy-D-Glucose+in+a+rat+middle+cerebral+artery+occlusion+model%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Saptiotemporal uptake characteristics of [18]F-2-Fluoro-2-Deoxy-D-Glucose in a rat middle cerebral artery occlusion model.</a> Stroke. 44, (2013).</li>
<li>Nemoto, E. M., Hossmann, K. A., Cooper, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Post-ischemic+hypermetabolism+in+cat+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Post-ischemic hypermetabolism in cat brain.</a> Stroke. 12 (5), 666-676 (1981).</li>
<li>Sachdev, P. S., Chen, X., Joscelyne, A., Wen, W., Brodaty, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Amygdala+in+stroke%2Ftransient+ischemic+attack+patients+and+its+relationship+to+cognitive+impairment+and+psychopathology%3A+the+Sydney+stroke+study%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Geriatr.+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Amygdala in stroke/transient ischemic attack patients and its relationship to cognitive impairment and psychopathology: the Sydney stroke study.</a> Am. J. Geriatr. Psychiatry. 15, 487-496 (2007).</li>
<li>Nagasawa, H., Kogure, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlation+between+cerebral+blood+flow+and+histologic+changes+in+a+new+rat+model+of+middle+cerebral+artery+occlusion%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Correlation between cerebral blood flow and histologic changes in a new rat model of middle cerebral artery occlusion.</a> Stroke. 20, 1037-1043 (1989).</li>
<li>Hauber, W., Schmidt, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+effects+of+lesions+of+the+dorsomedial+and+dorsolateral+caudate-putamen+on+reaction+time+performance+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioral+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Differential effects of lesions of the dorsomedial and dorsolateral caudate-putamen on reaction time performance in rats.</a> Behavioral Brain Research. 60, 211-215 (1994).</li>
<li>Davis, A. E., Gimenez, A. M., Therrien, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+entorhinal+cortex+lesions+on+sensory+integration+and+spatial+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Nurs.+Res%22%5BJournal%5D)">Effects of entorhinal cortex lesions on sensory integration and spatial learning.</a> Nurs. Res. 50, 77-85 (2001).</li>
<li>Hausler, R., Levine, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Auditory+dysfunction+in+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Otolaryngol%22%5BJournal%5D)">Auditory dysfunction in stroke.</a> Acta Otolaryngol. 120, 689-703 (2000).</li>
<li>Cechetto, D. F., Wilson, J. X., Smith, K. E., Wolski, D., Silver, M. D., Hachinski, V. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autonomic+and+myocardial+changes+in+middle+cerebral+artery+occlusion%3A+stroke+models+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Autonomic and myocardial changes in middle cerebral artery occlusion: stroke models in the rat.</a> Brain Res. 502, 5296-5305 (1989).</li>
<li>Carmichael, S. T., Wei, L., Rovainen, C. M., Woolsey, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+patterns+of+intracortical+projections+after+focal+cortical+strike%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+of+Disease%22%5BJournal%5D)">New patterns of intracortical projections after focal cortical strike.</a> Neurobiol. of Disease. 8, 910-922 (2001).</li>
<li>Failor, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neonatal+cerebral+hypoxia-ischemia+impairs+plasticity+in+rat+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Neonatal cerebral hypoxia-ischemia impairs plasticity in rat visual cortex.</a> J. Neurosci. 30, 81-92 (2010).</li>
<li>Wurtz, R. H., Albano, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual-motor+function+of+the+primate+superior+colliculus%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Visual-motor function of the primate superior colliculus.</a> Ann. Rev. Neurosci. 3, 189-226 (1980).</li>
<li>Kuhn, F. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+PET+template-based+and+MRI-based+image+processing+in+the+quantitative+analysis+of+C11-raclopride+PET%5BTitle%5D)+AND+%22EJNMMI+Res%22%5BJournal%5D)">Comparison of PET template-based and MRI-based image processing in the quantitative analysis of C11-raclopride PET.</a> EJNMMI Res. 4 (1), 7(2014).</li>
<li>Soret, M., Bacharach, S. L., Buvat, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Partial-Volume+Effect+in+PET+Tumor+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nuc.+Med%22%5BJournal%5D)">Partial-Volume Effect in PET Tumor Imaging.</a> J. Nuc. Med. 48, 932-945 (2007).</li>
<li>Sanchez, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ALBIRA%3A+A+Small+Animal+PET%2FSPECT%2FCT+Imaging+System%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Phys%22%5BJournal%5D)">ALBIRA: A Small Animal PET/SPECT/CT Imaging System.</a> Med. Phys. 40 (5), 051906(2013).</li>
<li>Casteels, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Construction+and+Evaluation+of+Quantitative+Small-Animal+PET+Probabilistic+Atlases+for+%5B18F%5DFDG+and+%5B18F%5DFECT+Functional+Mapping+of+the+Mouse+Brain%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+One%22%5BJournal%5D)">Construction and Evaluation of Quantitative Small-Animal PET Probabilistic Atlases for [18F]FDG and [18F]FECT Functional Mapping of the Mouse Brain.</a> PLOS One. 8 (6), e65286(2013).</li>
</ol>

WMLは、ブルカー分子イメージングのコンサルタントです

ここでは、脳卒中誘発、PETイメージング、およびSprague-Dawleyラットにおける組織損傷の標準化された脳の部分領域の測定のための詳細な戦略を提示する。有効である脳卒中の治療は非常に短い治療時間に依存するように、特に脳卒中の領域における小動物モデルの画像化は、有益である。ここでは、ストローク中大脳動脈閉塞を介して誘導された、請求傷害、再灌流モデルを提示し、画像化は、解剖学的参照のためにX線CTと一緒に、PETとFDGを用いて行った。脳の小領域内のFDG摂取の厳格測定はPMOD画像解析ソフトウェア内ラット脳にVOIテンプレートアトラスを正確にマッピングすることにより可能となった。レシオメトリックFDGの値は、異なる動物および時刻pとの間のグローバルFDG PET信号の変動を正規化しながら、損傷の直接的な測定を可能にする、対向する半球の対応する脳の小領域に分割することにより回収したoints。これらの測定値は、一貫して実証同側半球の特定の領域における脳組織のグルコース取り込みの有意な損失、ラット脳における脳卒中の期待される効果と一致している。この方法は、虚血性脳卒中を含む脳損傷の多くの種類を、受けた動物のFDG PETデータセットを比較する能力を増強する可能性がある。脳の半球にわたって、複数の動物にわたって定量化するためにボリュームを標準化することで、この方法は、減少した組織のグルコース取り込みの一貫した測定値を生成する。脳への取り込みと、他のPETトレーサーは、D2受容体のための11 C-ラクロプライドのように、このプロトコルにも21を使用することができることに注意してください。最後に、三次元の高い解剖学的精度でその骨格内ラット脳における虚血性脳卒中を視覚化する方法を記載する。脳卒中誘発性の生理的および機能障害は、撮影のこの非侵襲的な方法、一時的または恒久的な可能性があるため研究者は、ある期間にわたって同じ動物における脳の損傷を評価することを可能にする。それは、神経学的に同じ動物で短期および長期の神経障害を評価するだけでなく、ラットを獲得する方法を提供します。 PMODソフトのテンプレート関数は、精度の一定量の研究者が怪我エリアをマップし、おそらく神経学的後遺症と行動パターンに相関することができます。 脳の部分領域によって脳卒中損傷の正確な定量化のために、重要なステップは、PMOD内ラット脳アトラスのPETデータの整列である。アライメントの矛盾は、虚血の影響を受けた脳の部分領域の不正確な定量化につながることができます。プロトコルステップ4.1.7で説明したように、実験的なPETデータと脳アトラスを位置合わせするための目印として、ハーダー腺を使用することが可能である。パーシャルボリューム効果（PVE）このタイプの分析の間に懸念され、その脳の構造の全体的な解像度が制限されます画像化することができる。信号のスピルオーバーは、隣接するボリューム間で発生する可能性があり、またはVOI自体は、このように方法22を定量的に精度が低下、機器の解像度との関係で小さすぎる可能性があります。これらの研究で使用Albira PETシステムは、以下の3つの検出器リングを備えた1.5mmの23を達成した一環系の対応から進化1.1ミリメートルの分解能をもたらすれる。 Buvatらは、PVE、3-ための5.6〜18.9ミリメートル3の球状のボリュームに対応するであろう2〜3倍全幅半最大（FWHM）でのシステムの分解能よりも小さい直径、と腫瘍の測定結果に影響を与えることに注意してくださいリングAlbira。 Casteels らは最近、8ミリメートル3以上のボリュームが1.1〜1.3ミリメートル24の範囲の解像度を持つ近代的な前臨床PETスキャナのための最小限の部分体積効果を持つことを述べた。シファーアトラスは慎重に念頭に置いて、これらのパラメータを用いて構築し、5を利用してきた8のVOI、8ミリメートル3閾値を下回るの13秋。これらは、右内側前頭前皮質（6.3ミリメートル3、R / L）の左半球のためのVOI、パーA皮質（7.6 mm 3で、R / L）、上丘（7.1ミリメートル3、R / L）を含む、VTA（5.5ミリメートル3、R / L）、下丘（5.7ミリメートル3、R / L）、下垂体（5.9ミリメートル3）、およびCBの血流（5.1ミリメートル3）。また、前頭皮質の測定（1.4ミリメートル3 R / L）は、その小さなサイズにPVEに最も敏感になります。 解剖学的構造の大きさの対応する増加を有するラットなどの大型動物における研究は、確実にマウスと比較して定量化することができる脳の小領域の数が多いであろう。それにもかかわらず、これらの方法は、18のサブ領域から構成されているPMODで利用可能な独自の脳地図を持ったマウスにおける脳イメージングにも適用可能であるPVEを最小限にするようなサイズ。さらに、本研究において記載されているよりもさらに小さな脳領域を識別するためにPETを使用する代替方法を使用して必要とする場合がある。ここで説明する方法は、ライブラットで、脳の部分領域によってセグメント時間をかけて脳組織の損傷、の厳格かつ効率的な定量化を可能にします。虚血に起因する損傷は、ここでは例として示されているが、脳活動の変化を定量するために提示された方法は、ラットの脳に影響を与える他の条件を適用することができる。 結論として、小動物のFDG-PET-CTデータは、非侵襲的かつ経済的な方法で取得することができ、簡便に定量的に小動物イメージングのために使用することができる。 PMODプログラムのシファーテンプレートツールを利用して、脳の虚血領域が図示及びPETデータを測定することができる。これはdevelopmeを推進していきます脳虚血後の脳の再編成、修復、および神経発生の将来の研究のための強力なツールです。無効脳卒中患者の神経治療のNT。この可視化は、組織損傷が別個の撮像モダリティから整列させることができる脳損傷の他の例を評価する際に特に有用であろう。

脳卒中は、先進国における死亡の主要な原因の一つであり、1〜19のうち、米国人1の死亡の直接の原因である。それは、これらの87％が自然5における虚血性であるそのうちの約795,000人のアメリカ人が、毎年、脳卒中を経験すると推定されている。虚血性イベント中に、皮質ニューロンへの酸素とグルコースの連続供給が著しく影響を受ける脳領域における細胞機能の低下をもたらす低酸素環境を誘導損なわれる。脳卒中の重症度に応じて、脳の血流およびグルコース取り込みは、空間的及び時間的に変化する。 脳卒中による損傷は、18 F-フルオロなどの非侵襲的な方法は、（FDG）ポジトロン放出断層撮影法6によって同定することができる。 FDGは、2 &#39;位にヒドロキシル基が18 F同位体を放出するポジトロンにより置換されているグルコースアナログである。18 FであるのAdvantそれは、脳内のグルコース消費量を検出するために使用することができるように、その長い、110分の半減期に起因ageous。 Fはそのような組織は8非常に代謝的に活性であることを示す、高グルコース消費量の地域で蓄積する傾向がある18としてFDG PETは、脳内の7デオキシグルコース消費量の定量的な高解像度のマップを生成します。 18 F核が急速に計器により検出されるガンマ線を生成する、近くの電子と消滅陽電子を放出する、β崩壊を受ける。 FDG PETスキャンでは、このように、同じ個体における経時的な脳活動の変化を研究するための方法を提供し、スキャンの間に、同一の少なくとも10個の18 Fの半減期を有する個体、または約18時間で繰り返すことができる。 例えば、ラットなどの前臨床動物モデルは、しばしば脳卒中および脳卒中の治療の有効性の効果を評価するために使用される。 FDG PETは、非侵襲的であるので、測定することができる動物の生理機能を中断することなく、時間をかけて脳卒中の影響。脳卒中イベントの位置に応じて、脳の異なる領域が影響を受ける可能性がある。しかし、そのようなラットなどの小動物で、手動で定義し、ラットの脳の特定の領域における活性を定量化することは困難な場合があります。経時的なラットの脳の特定の領域でのグルコース代謝活性を比較するために、定量化されるべき関心のあるボリューム（VOI）は、一貫して描写されなければならない。ラット脳の正確なアトラスは、この問題9を軽減するために開発されており、前臨床FDG-PETデータの定量化に使用するためのデジタル形式に変換されている。ここでは、一貫性のある、整然としたファッションにおける脳卒中の組織損傷を分類する手法を提案する。この方法は、脳卒中の影響を受ける特定の脳小領域を定量化する、動物モデルにおいて脳虚血を開始するための外科的処置の詳細、および脳卒中の程度および位置の三次元視覚化を生成する適切な技術とツールを使用して、組織の損傷。この研究に記載の方法を使用して、研究者は一貫して、ラットにおける脳虚血を開始するPETイメージングを実施し、時間の経過前臨床脳卒中モデルで定義された脳の領域を使用してFDG取り込みの変化を定量することができる。

<table><tbody><tr><td>アルビラ PET SPECT CT</td><td>ブルカー</td><td></td><td>3D 分子イメージング装置</td></tr><tr><td>Sprague Dawley Rats</td><td>Charles River Laboratories</td><td>400</td><td>動物被験者</td></tr><tr><td>18-F-D-グルコース</td><td>Spectron</td><td></td><td>PET コンパウンド</td></tr><tr><td>マイクロ クランプ</td><td>FST</td><td>18055-03</td><td>動脈クランプ</td></tr>閉<tr><td>塞器 #4037</td><td>Doccol Corp.</td><td>403712PK10</td><td>外科的脳卒中導入</td></tr></tbody></table>

と陽電子放射断層撮影法を用いた非侵襲的イメージングとリビングラットにおける脳虚血の分析<sup&gt; 18</sup&gt; f-fdg

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

脳卒中は、年齢のアメリカ人65歳以上の1年上の間で死因の第3位である。脳卒中に苦しむ患者の生活の質は、主に急性脳卒中の臨床治療の現在の不足に起因している患者2の大多数、で正常に戻ることができない。これは、時間をかけて脳組織における脳虚血の生理学的効果を理解することが必要と活発な研究の主要な領域である。この目的に向けて、実験的な進行は陽電子放出断層撮影（PET）イメージング3,10,17と連結など18 F-フルオロデオキシグルコース（FDG）などの非侵襲的な方法を使用して、特に、脳卒中の前臨床モデルとしてラットを用いて行われている。ここでは、ヒトにおける模倣局所性脳虚血、及びFDG-PETを用いて24時間かけてその効果を画像化は、X線コンピュータ断層撮影（CT）に連結されていることを、中大脳動脈閉塞（MCAO）によってラットにおいて脳虚血を誘導するための戦略を提示するAlbira PET-CT装置。 VOIテンプレートアトラスは、続いて脳およびそのサブ領域4の公平な分析を可能にするために、脳ラットデータに融合した。また、FDG-PET-CTの時間経過の3D視覚化するための方法が提供される。要約すると、我々は、開始定量化、およびFDG-PETを用いた三次元に住んでいるのSprague-Dawleyラットで誘発される虚血性脳卒中のイベントを可視化するための詳細なプロトコルを提示する。

脳虚血は、その効果を検出するために実行される後続の核イメージングと、中大脳動脈の閉塞を介して生のSprague-Dawleyラットで開始した。ライブラットは完全に18時間以内に崩壊する18 F-FDGの約500μCiのとは無関係に注射でストローク誘導前の24時間だけでなく、1.5時間および24時間後に虚血、それぞれを画像化した。これらの研究のために使用される3つの検出器リングAlbiraシステムは、500μCiのラットのための合理的な投与量を製造する、9％の感度を有する。 PETおよびX線CTスキャンのための代表的な画像化データは、それぞれ図1、上部及び下部の行の24時間前および24時間の再灌流後の時点でラットについて示されている。各スキャンスライス＆＃に着色FDG-PETデータが提示されている横方向（パネルA及びE）、サジタル（パネルB及びF）、及び冠状（パネルC及びG）8220;虹 &quot;強度スケール、およびグレースケールでCT上にオーバーレイ。 CTは、動物の頭蓋骨内にPETデータの解剖学的コレジストレーションのために使用し、及び脳組織内に放射線濃度の変化は、これらの実験の間に認められなかったことに注意してください。 24時間後に同側半球にグルコース取り込みの劇的な低下が誘発される虚血性脳卒中による広範囲の組織損傷を示唆してありました。オーバーレイデータの3Dレンダリングは、 図1DおよびHに示されている。画面上で回転すると、これらのレンダリングされたデータは、FDG取り込みのストローク誘発性減少の強化された可視化を提供する。 による時空方法における脳卒中による脳グルコース取り込みの変化を定量化するために、VOI脳アトラスは、各スキャンのベースライン、1.5時間、および24時間後（再灌流）ストロークを事前に適用した。これはWと一緒にPMODソフトウェアパッケージを使用して達成されたシファーラット脳テンプレートとATLAS。まず、PMODはReslicingタブの下に移動および回転ツールを使用して、手動の相互位置合わせを介して適切な空間および幾何学的形状にラット脳PETデータセットの各々を形質転換した。スケールツールはまた、必要に応じて、全体の脳の大きさを調整するために利用可能であることに留意されたい。 シファーアトラスの使用は、手動の脳領域内のVOIを描くよりも優れているが、不正確な脳の融合から誘導された実験的な誤差があってもよい。したがって、いくつかのケースでは、動物の数の増加は、統計的有意性を達成するために必要とされてもよい。次に、W.シファーVOIの脳地図を自動的にラット脳（ 図2）の定義されたサブ領域内で、標準摂取単位で、FDGの蓄積を測定するために適用した。脳VOIアトラスはまた、実験データの手動融合を最適化するために標準脳モデルと反復態様で用いてもよい。ストークイベントが各動物に右脳半球に分離されたとして、被害トンOの各領域は、反対側の領域（ 図2）との間のグルコース取り込み活性の比を計算することによって定量した。これらの比の使用は、右と左半球の間の便利な正規化を提供し、異なる走査にわたってPET信号強度値を比較するときに遭遇する可能性の変動を除去する。 1.5時間後に脳卒中では、18 F-FDGの取り込み量は、虚血領域に影響を受けなかった。したがって、定量的な変更は対側と同側半球間のグルコース取り込み（ 図3、青と緑のバー）で観察されなかった。これは、細胞のATP 10,11の損失を補償するために起因するこの時点で周囲虚血領域または増加したグルコース代謝によるグルコースの過剰摂取である可能性があります。しかし、同側半球の特定の領域におけるグルコース取り込みの有意な減少は、24時間の再灌流後（ 図3、赤いバー）に複数の動物（n = 5）を横切って観察された。 OTHERの脳領域は、同側半球のほとんど、あるいは全く損傷を示した。 具体的には、一貫して減少したFDGの取り込み量を示した同側半球の領域があった：扁桃体、尾状被殻、聴覚、嗅内、島葉、副皮質、および大脳皮質の体性感覚地域。脳卒中に起因する皮質病変は、ニューロンの接続と変更された機能的な地図の損失に関連している。精神病理学と認知機能障害〜12ストロークのリードによる扁桃体における構造異常。この領域の外側部における脳血流が閉塞大脳動脈13によって供給されるように尾状核被殻領域はFDGの取込みのために影響を受けたことは驚くべきことではない。齧歯類の脳のこの領域における病理は、障害判別学習、認知処理、および非運動機能14をもたらす。 FDGを取ることができないことも、嗅内皮質ANで観察された虚血性半球の内側側頭葉のD聴覚皮質。 2001年には、デービスらは、ラットでの嗅内皮質の損傷が損なわ感覚統合と持続的な空間学習deificits 15につながることを報告した。聴覚障害は、まれに16でも、ヒトにおける脳卒中で起こることが知られている。しかし、主要な聴覚経路の一つである下丘によるFDGの取り込みは我々のモデルにおける脳卒中による影響を受けなかった。これは、MCAO誘発性脳卒中ラットは、エピネフリン、ノルエピネフリン、および島皮質の梗塞による交感神経活動、貧弱FDG取込み17を示し、我々のモデルにおける領域の1つを増加させることが実証されている。これは心臓系に影響を与える自律神経機能の変化につながる可能性があります。悪いFDGの取り込みも、前頭頭頂皮質の体性感覚野において観察された。この領域の虚血性梗塞は、構造異常および視床の接続の喪失を引き起こすことが報告されている18。限定FDGの取り込みはまた、低酸素性虚血19を受けたラット新生児で報告されているように、障害のある眼優位可塑性につながる可能性が視覚野、観察された。しかし、FDG取り込みは上丘視覚運動指導20に関与している領域を観察されなかった減少した。海馬領域におけるFDGの取り込みはまた、空間記憶とナビゲーションで重要である領域を損なわれた。これは、一貫してそのような優れたと下丘、腹側被蓋領域（VTA）、ならびに脳の嗅球、および深部視床などの脳のサブ領域は、閉塞の影響を受けなかったことが観察された中間頚動脈（ 図3）。 まとめると、これらの結果は、CTとFDG-PETは、長手方向の様式で、ラットにおける脳虚血をモニターすると、実行可能な再現性、非侵襲的な画像化戦略を提供することを実証する。 <pキープtogether.withinページ= &quot;常に&quot;&gt;：FOクラス= &quot;jove_content&quot; <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig1.jpg" /> 図1：ラットのPET-CTデータの前にし、脳虚血後、各列は、それぞれの横方向（A、E）、サジタル（B、F）、（C、G）冠状が表示され、3Dは（D、H）PETをレンダリング-CT（一番上の行）の前にラットの24時間のデータと再灌流後24時間（脳虚血の誘導後または26時間後、下）。白矢印は、脳卒中による損傷にFDGの取り込みを減少させたの場所を示す。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig2.jpg" /> 図2：PMODを使用してW·シファーラット脳アトラスに合わせPETデータのFDG-PETデータ。再灌流（または26時間後に脳虚血、一番上の行）後のラットの24時間は、分析のためVOI脳テンプレートアトラス（下の行）と融合されている。色は脳のテンプレートアトラスの別々のVOIを示している。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig3.jpg" /> 。図3：ラット脳におけるグルコース取り込みの代表的な定量分析部による W.シファーラット脳アトラスの各領域から標準取り込み単位で左半球FDG PET信号に右の比率は、虚血性脳卒中イベント（事前に前に撮影スキャンに報告した。青）、1.5時間（緑）、24時間（赤）再灌流後（または26時間後に再灌流）。エラーバーは、各時点ではn = 5ラット脳卒中イベントの標準誤差を表す。 ** P≤0.01、* P≤0.05（t検定）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig4.jpg" /> 図4：MCAO手術のイラスト赤線は外頸動脈に挿入された閉塞器である。青色の楕円形は、脳の領域を表す。

>jove_content<脳虚血による脳損傷は、非侵襲的に画像化され、注射可能な放射性プローブである18F-フルオロデオキシグルコースと組み合わせた前臨床陽電子放出断層撮影法を使用してラットで研究することができます。さらに、VOI(Volume of Interest)脳テンプレートを含む最新のソフトウェアツールを使用すると、これらの研究から得られる定量的な情報が劇的に増加します。

と陽電子放射断層撮影法を用いた非侵襲的イメージングとリビングラットにおける脳虚血の分析<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to ...

この共同プロジェクトの全体的な目的は、脳卒中の前後におけるラットの脳内での放射性グルコースプローブの分布変化を画像化することです。これは、中大脳動脈閉塞術を用いてラットに脳虚血を誘発させることで達成されます。次のステップでは、Fluor deoxy glucose放射性トレーサーを注入し、陽電子放出断層撮影画像を収集します。最終ステップは、ラット脳と解剖学的に共登録された脳体積関心領域（VOI）テンプレートを用いてデータを解析することです。最終的に、脳虚血を起こしたラットのPETイメージングは、疾患進行の縦断的研究において、Fluor deoxy glucoseのような放射性プローブの脳への地域的な取り込みの差を測定するために利用できます。剖検や組織学などの既存の手法に対するこの技術の主な利点は、PETイメージングが非侵襲的であり、縦断的な形式で使用して、治療法や脳卒中の線形進行を研究できる点にあります。一般的に、この手法に不慣れな者は動物脳卒中モデルの構築に苦労します。内頸動脈や外頸動脈などの解剖学的指標を利用することで、手技が大幅に容易になります。本手法を視覚的に提示することは、PMOD脳テンプレートアトラスと解析対象検体の脳PETデータを統合することで可能となるVOI解析を実施する上で極めて重要です。術者は、患部の消毒後に清潔な滅菌手袋に交換し、滅菌器具を使用してください。本研究では、体重220～270gの雄のSprague Dawleyラットを用い、まず術前のPETおよびCTスキャンを実施します。F 18 FDG集積のベースラインを策定するため、ノーズコーンを用いて2.5%イソフルランでラットを麻酔します。次に、動物をヒーティングパッドの上に背臥位で安置し、足指をピンチして完全に麻酔がかかっていることを確認します。その後、前肢を軽く押さえて固定します。続いて、動物の頸部背面を剃毛し、剃毛部位を70% ethanol、次いで10% povidone iodine solutionで消毒します。次に、鋏を用いて、気管の右側0.5 cmの位置から気管に平行に2〜2.5 cmの切開を加えます。その後、鈍的剥離を行い、頸動脈を特定し、リトラクターを用いて血管を視認しやすくします。特定後、総頸動脈にマイクロクランプを留置します。続いて、外頸動脈（ECA）および内頸動脈（ICA）となる最初の分岐点を特定し、後頭動脈などの外頸動脈から出ている細い枝を電気凝固します。次に、甲状腺動脈への分枝付近の外頸動脈（ECA）を4-0シルク縫合糸で結紮します。その際、止血鉗子で縫合糸を固定できるように十分な長さを残してください。止血鉗子で縫合糸をクランプするために、ECAを尾側に引くと、総頸動脈と平行になります。ここで、縫合部位より上方のECAを電気凝固させます。次に、ICAを特定し、別のマイクロクランプを用いてこの動脈を遮断します。その後、小型のスプリングシザーズを用いてECAに小さな穴を開けます。遮断用糸を挿入し、その周囲を結紮して血流を阻止します。次に、内頸動脈のマイクロクランプを取り外し、抵抗を感じるまでオクルーダーを進めます。このとき、オクルーダーが口蓋挙筋動脈ではなく、内頸動脈内に進んでいることを確認してください。その後、総頸動脈からマイクロクランプを取り外し、余分なオクルーダーまたは縫合糸を切断します。次に、9 mmの皮膚縫合用クリップを用いて皮膚切開部を閉鎖します。動物を麻酔から覚醒させます。その後、脳卒中処置から2時間後、さらに1.5時間後にPET CTスキャンを実施します。再び、イソフルランでラットを完全に麻酔し、創傷クリップを取り除きます。次に、閉塞用フィラメントの端を確認し、フィラメントの白い先端が縫合糸に接するまでゆっくりと引き出しながら、中大脳動脈から取り除きます。ただし、完全に引き抜くと出血の原因となるため、注意してください。最後に、創傷クリップを交換します。その後、動物を麻酔状態から解除し、覚醒させます。再灌流から24時間後に、再び動物のスキャンを行います。脳卒中による脳組織の損傷を定量化します。前述の通り、脳卒中を誘発する前に動物のスキャンを行う必要があります。その後、脳卒中から1.5時間後、そして最終的に脳卒中後26時間後にスキャンを行います。画像撮影前に脳卒中による脳組織損傷を定量化するため、麻酔チャンバー内で2.5% isof fluorine ガスを用いてラットを麻酔します。次に、約 500 micro curies の fluoro deoxy glucose を尾静脈に注入します。1時間後、ラットを回復させます。その後、イメージングのために再度麻酔をかけます。麻酔をかけたラットを、イソフルラン麻酔用のノーズコーンを備えた標準的なラット用ベッドに安置します。ラットの鼻先からベッドの端までの距離をミリメートル単位で測定し、これを水平オフセットとして記録します。次に、動物をスキャナーに入れ、水平オフセット、動物の体重、注射、化合物の投与量、日時など、研究のセットアップを行います。その後、[start study]ボタンをクリックしてスキャンを開始し、スキャン完了後にデータを再構成します。W Schiffer脳アトラスと併せてPMOD解析ソフトウェアを使用し、ここで説明する画像解析を実施します。まず、画面上部の手動共レジストレーション（manual co-registration）タブに移動します。次に、スライシング（slicing）タブを選択します。続いて、白い枠線付きの長方形を使用してmicro PETスキャンを回転させ、塗りつぶされた白い長方形を操作します。micro PETスキャンを移動させるには、硬腺や大脳の上部および後部の特徴などのランドマークを特定して2つのスキャンを合わせ、micro PETスキャンを脳モデルと一致させます。その後、micro PETスキャンが脳アトラスと一致するまで調整します。必要に応じて、冠状断像でmicro PETスキャンを180度回転させ、矢状断像でスキャンを大幅に上昇させるとともに、その他の軽微な方向調整を行ってください。次に、フルスクリーンフュージョンタブに移動します。画面右上のソースAを選択してください。その後、テンプレートアトラスに移動します。ページ下部のドロップダウンメニューからratを選択します。必要に応じて「manual co-registration」タブに戻ると、脳アトラス上にアトラスが重ねて表示されます。このアトラスは、アライメント後のmicro PETスキャンと脳アトラスの位置合わせに利用できます。フルスクリーンフュージョンタブに戻ります。脳上にテンプレートが表示され、VOI統計のために脳のどの領域を測定するかが示されます。次に、画面右上のソースBを選択してください。次に、「VOI statistics」ボタンを選択します。表示されたスプレッドシートを、「save」を選択し、続いて「save to file system」を選択して保存します。ファイル名のフィールドに、任意のファイル名を入力してください。次に、このデータを用いて画像解析を行い、データの可視化や、vol viewイメージングソフトウェアを使用した画像シーケンスの作成が可能です。解析および可視化の手順の詳細については、本ビデオに付随する原稿をご参照ください。ここでは、再灌流前24時間および再灌流後24時間時点におけるラットのPETおよびX線CTスキャンの代表的なイメージングデータを提示します。24時間時点では、同側半球へのグルコース取り込みが劇的に減少しており、誘発された虚血性脳卒中による広範な組織損傷が示唆されます。白矢印は、脳卒中による損傷のためFDG集積が低下している部位を示しています。ここでは、灌流後24時間経過したラットのFDG PETデータを、VOI脳テンプレートアトラスと統合して表示しています。解析のため、ハッチング（網掛け）の色で脳テンプレートアトラスの個別のVOIを区別しています。最後に、虚血性脳卒中イベント前、再灌流後1.5時間および24時間に撮影されたスキャンについて、W Schiffer ラット脳アトラスの各領域から報告された右半球対左半球のFDG PET信号比および標準取込値を示します。このビデオを視聴することで、ラットにおける脳虚血モデルの構築方法、動物のFDG PETイメージングの実施方法、および脳テンプレートアトラスを利用してデータの厳密なVOI解析を行う方法について、十分に理解できたはずです。

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医学

出典:Chaney, A. M., et.al.虚血性脳卒中のマウスモデルにおける [11C]DPA-713 を使用した神経炎症のPETイメージング。 J. Vis. Exp. (2018). このビデオは、TSPO特異的放射性トレーサーを使用して、虚血性脳卒中のマウスモデルにおける神経炎症のin...

虚血性脳卒中のマウスモデルにおける梗塞形成を検出するためのTSPO-PET / CTイメージング

出典: Jamadar, S. et al.ヒト脳の高時間分解能陽電子放出断層撮影法のための放射性トレーサ投与 FDG‐fPETへの応用J. Vis. 経験。(2019年)このビデオでは、陽電子放出断層撮影法 (PET) を使用した脳のグルコース代謝の定量化を示します。参加者は、スキャン中にトレーサー F-18 フルオロデオキシグルコース (FDG) を注入されます。FDGは活性ニューロンに蓄積し、F-18崩壊時に陽電子を放出します。これらの陽電子は電子と相互作用し、PET...

放射性トレーサーを用いたヒト脳の陽電子放出断層撮影イメージング

小動物陽電子放出断層撮影法は、脳の2つの主要なエネルギー基質であるグルコースとケトンの評価を可能にします。本方法では、11種類のC-アセト酢酸と18種類のF-フルオロデオキシグルコースを各動物に順次注入し、磁気共鳴画像から決定される特定の脳領域におけるそれらの取り込みを定量的に測定します。...

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磁気共鳴イメージング (qMRI) パラメーターを利用したストロークのラットモデルにおける脳卒中発症時間推定のためのプロトコルを説明します。手順は、脳卒中急性期病変と定量的 T1と T2 (qT1および qT2) 緩和時間ストロークのタイミングのための描写のための拡散強調 MRI...

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虚血性脳卒中のマウス モデルで [11C] DPA-713 Neuroinflammation のイメージングをペットします。

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ヒト脳の高時間分解能陽電子放射断層撮影のための放射線トレーサー投与:FDG-fPETへの応用

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小動物用高分解能心臓陽電子放出断層撮影/コンピュータ断層撮影

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単一被験者レベルでの2-デオキシ-2-[18F]フルオロ-D-グルコース動的陽電子放出断層撮影法を使用した代謝脳接続性の研究

学ぶ脳虚血の非侵襲的イメージング法。ラットの中脳動脈閉塞モデルを用いて18F-FDG PET撮影を行い、脳内グルコース代謝の変化を定量的に解析する手法を解説。縦断的研究に適した神経科学研究の基盤となる。

と陽電子放射断層撮影法を用いた非侵襲的イメージングとリビングラットにおける脳虚血の分析

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