Name: 人間の褐色脂肪組織デポは自動的に陽電子放射断層撮影/コンピュータ断層撮影法で区分されると磁気共鳴画像登録 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-02-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 21 s
Description: 学ぶ PET-CTとMRIを用いた人間の褐色脂肪組織自動区分法。温度条件によるBAT活性変化を可視化し、代謝研究や肥満治療への応用が期待されます。

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ヴァンダービルト大学イメージングサイエンス研究所のMRI技師であるDavid Pennell氏、Leslie McIntosh氏、Kristen George-Durrett氏、そしてMartha D. Shone氏率いるヴァンダービルト大学医療センターのPET/CT技術者チームに感謝します。この研究は、NIHからの助成金(NCATS/NIH UL1 RR024975、NIDDK/NIH R21DK096282、NCI/NIH R25CA136440、およびNIBIB/NIH T32EB014841)によって支援されました。

著者らは、競合する金銭的利益やその他の利益相反がないことを宣言します。

記載した試験プロトコルは、特定の対象に基づいて自動的にセグメントBATデポ温熱および寒冷活性化の両方のPET / CTを使用するように設計されている。関心のあるこれらの自動的に生成された領域は、その後、同じ被験者のPET / CTスキャンに同時登録されている両方の温熱および寒冷活性化MRIスキャンに適用することができる。我々の知る限り、これは同じ健康成人のボランティアでの温熱と寒冷活性化条件の後に、MRIとPET / CTの両方を実行するための最初の研究です。ここで説明する手順は、それぞれの日に行わ1撮像セッションで、4の訪問を必要とします。この方法を用いてさらに分析により、それは、関心のあるPET-確認領域を用いて成人における褐色脂肪組織の正確なMRI特性を決定することが可能である。これは、潜在的にのみMRIを使用して、ヒトにおけるBATを検出および定量化するために将来の研究を可能にする。虚部の現在のデファクトのゴールドスタンダードであるPETとは異なり、BAT、放射線被ばくを回避するMRIを用いた画像BATする能力をる。小児を対象とするBATのさらに、MRIベースの研究だけでなく、縦の研究では、放射線被曝を伴わないだろう。 BATは...

による世界的な肥満の著しい上昇、エネルギーバランスを理解することを目的とした研究分野の関心の高まりがある。肥満はそれ公衆衛生1の関心の重要な地域作り、糖尿病、肝臓病、心血管疾患や癌などのコストがかかり、壊滅的な医学的状態を招くおそれがあります。エネルギー消費に対するエネルギー摂取量のバランスを理解するための研究の一領域は、褐色脂肪組織またはBATの研究である。脂肪組織と呼 ​​ばれるが、BATは多くの点2で、より一般的な白色脂肪組織（WAT）とは異なる。白色脂肪細胞の機能は、細胞当たり単一の大きな脂質液胞にトリグリセリドを保存するために、必要なとき血流へのエネルギー源として、これらのトリグリセリドを解放することである。非常に異なるようにして、褐色脂肪細胞の機能は、熱を生成することである。これが発生することで1つのメカニズムは、寒さへの曝露を介して行われます。これはsympathetiの増大を引き起こす今度はBATを活性化し、C神経系の活動、。活性化されると、褐色脂肪細胞は、熱を発生させる。そうするために、それらは、細胞当たり多数の小さな脂質小胞に含まれるトリグリセリドを使用して、脱共役タンパク質1（UCP1）の存在を通じて豊富なミトコンドリアにおいて、エントロピー損失をもたらす、ATPの生産なしに代謝基質にトリグリセリドを変換する発熱など。小さ ​​な脂質液胞に格納トリグリセリドが枯渇しているように、脂肪細胞は、血流3中に存在するグルコースおよびトリグリセリドの両方を占める。 9 - BATを研究への関心が劇的に起因する非震え熱発生、身体のエネルギー消費の調節におけるその役割、およびBATと肥満3との間の潜在的な逆の関係への貢献に、近年増加している。さらに、最近の動物研究は、BATがクリアトリグリセリドおよびグルコースfのに重要な役割を果たして示す特に高脂肪食10,11の摂取後、血流中にデキュー。 15 -しかし、我々はBATについて知っていることのほとんどはBAT 4,9,12の多くのデポが含まれている小型哺乳類、研究の結果である。いくつかの初期の研究にもかかわらず、16 - 18、ヒトでのBATの存在は広く人間のBATの研究に興味が更新された際に、最近まで、年齢とともに減少すると考えられていた。 24 -最近の研究では、BATの比較的少量成人19に続くことを示唆している。 BATを研究するための付加的な制限因子は別として、生検及び組織学的染色から、BATを検出するための現在受け入れられている明確な方法は、18 F-フルオロ（18 F-FDG）ポジトロン放出断層撮影法（PET）であることである。現代のPETスキャナは、典型的には、コンピュータ断層撮影（CT）スキャナと組み合わされる。寒冷曝露によって活性化されると、BATは18を占める</s&gt;アップBATが非アクティブ20,21,23,25である場合に18 F-FDG取り込みの非常に低いレベルと比較して、グルコースの代謝アナログであり、PET画像に見えるようになるF-FDG放射性トレーサー、。 PET-CTスキャナの助けにPET検査の間に取得されたCT画像は、解剖学的情報を提供することにより、高18 F-FDGの取り込みと組織とを区別する。 PET-CTイメージングの使用は、（CTスキャンからの線量は無視できないが、PETから主に）電離放射線への被験体を露出させるため、BAT検出のために望ましくない方法である。 健康な成人ヒトでのBATに関する研究の数が増加しているが、人間のBATの最近の研究は、主に回顧PET-CTに限られていた人間の乳児の死体26,27、すでにのために病院に入院してきた人間の青年、19,25研究その他の理由で27から30、および健康な成人の少数のヒトの研究31から35。 BATに影響を与える可能性がある、病気のある患者集団を研究するとき、子供と後ろ向き研究の両方の研究と課題の一つは、変更された結果の可能性である。グルコースは、BAT 36の好ましい燃料源ではないのでさらに、PET研究は常にアクティブにBATが検出されないことがあり、したがって、BATの存在をunderrepresentことがあります。生物医学イメージングとBATの研究に別の困難は、組織デポの境界を定義するために画像分割を実行することに関連している。現在、ヒトでの研究でBATのセグメンテーションは、多くの場合、手動の画像分割のある程度に依存しているため、BATデポの誤認と同様に、評価者間の変動に対して脆弱である。 そのため、自動化された分割方法と一緒に、WAT分布からBATを区別することができる強力な新しいと研究者を提供するこれらの課題に、信頼性の高い空間マッピング技術のBATを勉強するとOL。磁気共鳴イメージング（MRI）は、識別、空間マッピング、およびBATの体積定量化のための機能を有しており、撮像対象のための放射性用量を含む既存のハイブリッドPET-CTイメージング手法とは異なり、MRIは電離放射線を伴わない、安全に使用することができ繰り返し。 MRIを用いて、BATを特定し、定量する能力は、臨床内分泌学と肥満研究の新しい道の追求に劇的なプラスの影響を与える可能性があります。 WAT 90％の脂肪15,26の上にあるのに対して、マウスおよびヒトの両方におけるBATの前脂肪水MRI（FWMRI）の研究では、BATの脂肪信号フラクション（FSF）が40〜80％の脂肪分の範囲であることを示している、27。したがって、我々は、この定量FWMRIメトリックは、他の定量的なMRI測定基準と組み合わせて、ヒトでのBATデポを視覚化し、定量化するために、将来の研究に使用することができると仮定した。会った上でこれはBATの影響を研究するための強力なツールを使って研究コミュニティを提供する電離放射線を使用することなくabolism及びエネルギー消費。 我々の研究グループは、過去3年間、成人のヒトでのBATを研究してきた。 1成人のヒト対象における疑わBATを調査するMRIの使用についての私たちの最初の公開プレゼンテーションでは、ロングビーチ、カリフォルニア州37における磁気共鳴医学のための国際協会（ISMRM）脂肪水分離ワークショップ2012年2月に発生した。 2ヵ月後、私たちのグループは、オーストラリアのメルボルン38で2012年4月におけるISMRMの第 20 回年次総会で、大人2名で疑われるBATでFSFの値を提示した。ソルトレイクシティ、ユタ州で2013年4月におけるISMRMの第 21回年次総会で一年後、この原稿に記載されているプロトコルは、PET-確認されたのMRI定量化の最初の（私たちの知る限り）公共のプレゼンテーションのために使用された成人ヒト被験者39でBAT。具体的には、previouslことを示す証拠を提示しyの疑いのBATが活性冷及び温熱18 F-FDG PET-CTイメージングの両方を使用して活性化可能BATであることを確認した。 2013年以来、健康な成人被験者の私たちのコホートは、温熱と寒冷活性化条件の下で、MRIとPET / CTの両方で画像化は、褐色脂肪の役割を探る」、最近のワークショップで、2014年2月に示された結果との20以上の被験者に拡大している人間の「NIH NIDDK 40が主催。 BATのROIがアクティブに冷たいと温熱PET-CTに基づく自動セグメント化アルゴリズムを使用して線引きして具体的には、成人で18 F-FDG PET-CTで確認された鎖骨上BATの地域でのFWMRI FSFおよびR 2 *緩和特性を報告したスキャン。最近では、我々は18 F-FDG PET-CTで温度マッピングの結果を発表し、高度なFWMRI温度測定41,42を使用して、成人で、BATを確 ​​認した。 手順は、ここで提示獲得同じテーマのS MRIと18 F-FDG PET-CTスキャンの両方、活性化した冷や温熱条件の両方に暴露した後、それぞれ。活性化した冷や温熱18 F-FDG PET-CTスキャンは、被験者の特定に基づき、関心（ROIを）の自動的にセグメント化されたBAT領域を作成するために使用されている。これらのBATのROIがその後PET-CTにおけるMRIの特性を測定するために共同登録MRIスキャンに適用されるBATを確認した。 このプロトコルの制限は、温かいまたは冷たい刺激のいずれかに被写体を露光する際に使用される空気の温度がすべての教科のために一貫しているということです。各被験者の経験が温かく感じたり冷やしれる温度が異なる可能性があるためこれが制限です。従って、空気の温度は、個々の応答に合わせて調整されている間のトライアルセッションを実行し、次に温熱および寒冷活性化プロトコルの間に、これらの温度を使用することによって、より良好な応答を得ることができるかもしれない褐色脂肪組織から。

<table><tbody><tr><td>MRI</td><td>フィリップ</td>ス <td>Achieva 3T</td><td></td></tr><tr><td>MRI 胴体-XL コイル</td><td>フィリップ</td><td>ス フィリップス SENSE XL 胴体コイル 16 要素</td><td></td></tr><tr><td>MRI X-tend テーブル</td><td>X-Tend</td><td>X-tend テーブル, Acieva 3T 対応</td><td></td></tr><tr><td>X-tend アームサポート</td><td>X-Tend</td><td>X-tend, アクセサリー</td><td></td></tr><tr><td>X-tend fabricsling</td><td>X-Tend</td><td>X-tend, アクセサリー</td><td></td></tr><tr><td>PET/CT</td><td>GE</td><td>Discovery STE</td><td></td></tr><tr><td>ポータブル A/C ユニット</td><td>Soleus Air</td><td>XL-140、14000 BTU</td><td></td></tr><tr><td>フロアファン</td><td>Lasko 台座ファン</td><td>2527</td><td></td></tr><tr><td>ポータブルヒーター</td><td>Lasko セラミックエア</td><td>5536</td><td></td></tr><tr><td>チェア</td><td>Winco Lifecare リクライニングチェア</td><td>585</td><td></td></tr><tr><td>舌下温度計</td><td>WelchAllyn</td><td>SureTemp Plus 690</td><td></td></tr><tr><td>コールドベスト</td><td>ポーラープロダクツ</td><td>Cool58 #PCVZ</td><td></td></tr><tr><td>サーマルIRカメラ</td>FLUKETIR-125 <td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

人間の褐色脂肪組織デポは自動的に陽電子放射断層撮影/コンピュータ断層撮影法で区分されると磁気共鳴画像登録

Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images

確実に非侵襲的イメージング法を用いて、他の組織から褐色脂肪組織（BAT）を微分すると、ヒトにおけるBATを研究するための重要なステップである。検出陽電子放出断層撮影/コンピュータ断層撮影（PET-CT）により測定されるBATは、典型的には、冷刺激に対する対象の曝露後の走査は、脂肪組織貯蔵所に注射し、放射性トレーサー18 F-フルオロデオキシ（18 F-FDG）の取り込みによって確認される。脂肪 - 水分離、磁気共鳴イメージング（MRI）は、放射性トレーサーを使用することなく、BATを区別する能力を有する。今日までに、ヒト成人におけるBATのMRIは、コールド活性化PET-CTと同時登録されていない。したがって、このプロトコルは、自動的にその後の共同登録されたために、同じ被験者のMRIスキャンを適用するBATマスクを生成するために、18 F-FDG PET-CTスキャンを使用しています。このアプローチは、手動セグメンテーションすることなく、BATの定量的MRI特性の測定を可能にします。 BATマスクは2のPEから作成されるT-CTスキャン：2時間のいずれかに温熱（TN）（24℃）または低温の活性化（CA）（17℃）の条件に暴露した後。 TNおよびCA PET-CTスキャンは、登録されており、標準化されたPETの取り込みおよびCTハウンズフィールド値のみBATを含むマスクを作成するために使用される。 CAおよびTN MRIスキャンは、同じ被写体に取得し、自動的に定義BATマスク内の定量的なMRIのプロパティを確立するために、PET-CTスキャンに登録されている。このアプローチの利点は、セグメント化が完全に自動化され、活性化されたBAT（PET-CT）を同定するための広く受け入れられている方法に基づいていることである。 BATの定量的MRI特性は、PET-CTに関連した放射線を回避MRI専用のBAT審査の基礎として役立つことができるこのプロトコルを使用して確立。

（CA）は、PET-CTやMRI、同じ被写体にMRIやPET-CTスキャンの両方を取得し、すべてのスキャンに共同登録を実行すると、BATの定量的MRI測定基準の信頼性の高い測定を可能にします。 図1は未処理（TN）暖かく寒さを示しています1被験者からスキャンします。 TNおよびCA PET-CTデータの両方を取得することによって、それは明らかに増加した18 F-FDG取り込みによってコールド活性化BATデポを区別することが可能である。同時登録全て4回の走査（図2及び3）した後、それは、 図4に示すようにPET-CT画像から導出さの基準を用いて被験者固有のBATマスクを作成することができる。このマスクは、4つに適用することができ共同登録されたスキャンは、BATデポの画像メトリックを取得する。一人の被験者からの代表的な値を表1に表示されている。 <p class="jove_content" fo:keep-together.within-p...

ここに提示された方法は、各々が温熱（24°Cに2時間暴露後にスキャンし、18 F-フルオロデオキシ（18 F-FDG）陽電子放出断層撮影/コンピュータ断層撮影法（PET-CT）および脂肪-水分離、磁気共鳴イメージング（MRI）を使用し）と成人のヒト対象における褐色脂肪組織（BAT）をマッピングするために冷たい条件（17℃）。

Reliably differentiating brown adipose tissue (BAT) from other tissues using a non-invasive imaging method is an important step toward studying BAT in ...

本手順の目的は、熱中立条件下および寒冷刺激下でのPET CTの両方を用いて褐色脂肪組織の蓄積部位を自動的にセグメンテーションし、同一被験者の共登録MRIスキャンに適用することである。これは、まず同一被験者に対して熱中立条件下および寒冷刺激下のMRIとPET CTの両方のスキャンを取得することで達成される。第2のステップは、1人の被験者のこれら4つのすべてのスキャンを空間的にレジストレーションすることである。全身画像のレジストレーションは困難であるため、鎖骨上領域の正確なレジストレーションに重点を置く必要があります。次に、1人の被験者についてレジストレーション済みの寒冷刺激時および熱中性時のPET CTスキャンを用いて、その被験者のBAT領域を定義します。最終ステップとして、同一被験者のPET CTスキャンにレジストレーションされたMRIスキャンに、これらのBAT関心領域を適用します。最終的に、本手順では、手動で定義した領域ではなく、自動生成された褐色脂肪組織（BAT）の関心領域（ROI）を用いることで、褐色脂肪組織における定量的なMRI指標を提供します。ヒトの褐色脂肪組織の研究で用いられている既存の手法に対する本手法の主な利点は、同一被験者に対して、温度中立条件と寒冷刺激条件の両方でMRIおよびPET-CTスキャンを取得し、それらを組み合わせることができる点にあります。このアプローチによって得られるMRI指標を用いることで、MRIのみを用いて、ヒト褐色脂肪組織の普及率や空間分布といった重要な疑問に答えることが可能になるかもしれません。温度管理室を準備します。MRIを行う際は、温度を低く保てる小部屋を使用し、ポータブルエアコンと回転式のフロアファンを用いて室温を維持し、冷気を循環させます。温度を上げたい場合は、プログラム可能なポータブルヒーターを使用し、首振り機能で室内に温気を循環させます。温度管理された部屋に入る前に、被験者に標準的な医療用ショーツと標準的な医療用シャツに着替えてもらいます。靴下と靴を脱ぐ。標準服に着替えた後、被験者の身長、体重、および腹囲を測定する。また、舌下体温計を用いて被験者の体温を測定する。次に、被験者に温度管理された部屋に入るよう指示します。被験者には静かに座ってもらい、運動やタイピング、入眠など、体温を変化させる可能性のある活動を行わないよう伝えます。室内に1時間座った後、舌下体温計を用いて再度体温を測定します。温度調節室での2回目の待機時間が経過した後、舌下体温計を用いて3回目の体温測定を行います。コールドMRIを実施する場合は、被験者が温度調節室を出る前に冷却ベストを着用させてください。温度調節室での2時間の待機後、被験者を車椅子でMRIスキャナーまで搬送します。2チャンネル並行送信機能を備えた3 Tesla MRIスキャナーを使用して、MRIスキャンを取得します。特大の16チャンネル体幹受信コイルと、改造したテーブルトップハンガーを使用します。体幹の前面を撮影します。スキャナーボア上部からコイルを受け取ります。ファブリックスリングを用いて、被験者の体に沿って滑り込ませることができる十分な低さに吊り下げます。これにより、信号対雑音比（S/N比）を最大化します。受信コイルの体幹後部側を、テーブルがスキャナーボアを通過する際にテーブルトップの2層に挟まれる形で、ローリングコイルワゴンに配置します。後部コイルエレメントが静止した状態を維持できるよう、スキャナーボアの前後に配置されたスキャナーカバーに取り付けられたストラップで、コイルワゴンをISOセンターに固定します。被験者をベッドに寝かせ、足側からスキャナー内へ進入させます。まず、被験者が仰向けになる前にベストを脱がせます。次に、被験者の両腕を枕カバーのような袋に入れ、体の両側に沿って腕を下げさせます。MRIとPET CTスキャンにおける被験者のポジショニングの差を最小限に抑えるためには、被験者がスキャナーベッドの上に自然に横たわることができるようにし、各スキャンで頭の下に同じ量のクッションを使用し、さらに腕を支えるために枕カバー状の袋を使用することが重要です。1回のスキャン中に被験者に使用したサポート（例：膝下や腰の下に置いた枕など）は、その被験者に対して常に同じ方法で使用する必要があります。被験者の配置が完了したら、マルチスタック・マルチスライス、マルチファセット・フィールドエコー法を用い、20枚の軸位断スライスを7スタックで構成して、脂肪・水MRIデータを取得します。頭頂部から大腿上部までをカバーし、スライス間のギャップを0 mmとして連続的に撮影します。PET CT技師に、被験者の手または腕の静脈にIVポートを留置させます。このIVポートにより、放射線技師は、被験者が温度制御室に座っている時に放射性トレーサーを注入できるようになります。前述と同様に温度制御室を準備した後、被験者に室内に案内してください。被験者に静かに座ってもらい、体温を変化させる可能性のある活動を行わないよう指示します。室内で1時間経過した後、舌下体温計を用いて再度体温を測定します。温度調節室での最初の1時間が経過した後、放射線技師にIVポートからフルオロデオキシグルコースを注射させます。F 18 FDGを0.14 mg/kg投与します。被験者の体重に基づき、正確な投与量を算出してください。温度管理された室内で2時間経過した後、舌下体温計を用いて再度体温を測定します。温度管理された室内で2時間経過した後、被験者を車椅子でPET CTスキャナーへ搬送します。Discovery CおよびTreat Lead PET CTスキャナーを用いてPET CTスキャンを取得します。被験者をベッド上に配置し、仰向け（背臥位）の状態で頭からスキャナーに入るようにします。被験者が横になったら、枕カバーのようなバッグに両腕を入れ、体の両側に腕を下ろさせます。これにより、MRI検査とPET CT検査の両方で肩の位置が同様に保たれ、画像の共登録（co-registration）が容易になります。PET CTの撮像視野は、被験者の身長に応じて7〜9箇所のベッドポジションで、頭頂部から大腿部の中央までをカバーします。テキストプロトコルに記載されている推奨PET CTパラメータを用いて、PET CT画像を収集します。その後、テキストプロトコルに詳述されている処理および解析に進みます。同一被験者でMRIとPET CTの両方のスキャンを取得し、すべてのスキャンで共登録（co-registration）を行うことで、定量的MRIの信頼性の高い測定が可能になります。ここに示されているBATの指標は、1名の被験者から得られた未処理の温暖時および寒冷時のPET CTおよびMRIスキャンです。温暖時と寒冷時の両方のPET CTデータを取得することで、18 FFDG取り込みの増加により、寒冷刺激で活性化したBAT貯蔵部位を明確に区別することが可能です。ここでは、再レジストレーション後の鎖骨レベルの軸位断像を示しています。冷態PETスキャンで認められた18 FFDG集積の増加は、鎖骨上部の脂肪組織領域で起こっています。この領域におけるMRI脂肪信号分率は50〜80%の範囲であり、先行研究の結果と同様です。4つのスキャンすべてを共登録した後、PET CT画像から得られた基準を用いて、被験者固有のBATマスクを作成することが可能です。次に、このマスクを共登録された4つのスキャンに適用し、ここで1つの被験者について示しているように、BATデポ内の画像メトリクスを取得します。登録済みスキャンにBATマスクを適用すると、取得データからの数値が平均値 ± 95%信頼区間として提示されます。この手順を行う際は、4回すべてのスキャンにおいて被験者を常に同じ方法で配置することが重要です。これにより、この手順に従った後の画像の共登録精度が大幅に向上します。拡散強調画像、灌流、温度計測などの他のMRI手法を併用することで、ヒトにおける褐色脂肪組織の空間分布および普及率を研究することが可能になると考えられます。

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医学

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