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방법 논문

MRI 음성 간질 위치 확인 개선: 이중 탐침 PET/MR(18F-FDG/11C-FMZ)의 시너지 효과

585 조회수

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DOI:

10.3791/69386

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2025년 12월 5일

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1Department of Nuclear Medicine, General Hospital of Northern Theater Command, 2Department of Haematology, General Hospital of Northern Theater Command

이 논문에서

요약

여기서는 MRI 음성 난치성 간질에서 간질 유발 초점을 정확히 정확히 정지하여 진단과 치료를 최적화하는 이중 프로브 18F-FDG/11C-FMZ PET/MRI 프로토콜을 설명합니다.

초록

특히 MRI 음성 난치성 간질의 국소화는 신경학적 질환 진단과 치료에 있어 매우 중요한 과제입니다. 이 문제를 해결하기 위해 본 연구는 이중 프로브 양전자 방출 단층촬영/자기공명영상(PET/MR) 기법을 사용하여 간질 유발 초점을 국소화하는 표준화된 프로토콜을 제안합니다. 프로토콜은 방사성 추적자 선정, 영상 서열 설계, 영상 해석 전략에 중점을 둡니다. 방사성 추적자 선택: 이 영상은 ¹⁸F-플루오로디옥시글루코스(18F-FDG) 대사 영상과 11C-플루마제닐(11C-FMZ) GABA_A 수용체 영상을 결합하여 불항성 간질 환자의 간질 형성 초점을 포도당 대사 이상과 GABA_A 수용체 밀도 변화를 감지합니다; 영상 시퀀스 설계: 먼저 FDG PET/MR 스캔을 시행한 후, 24시간 후에 FMZ PET/MR 스캔, 구조 및 기능적 영상을 포함한 MRI 시퀀스 이미지; 영상 해석 전략: 이중 탐침 평가 전략은 FDG 저대사와 FMZ 결합 감소를 통해 간질 유발 잠재적 초점을 식별하며, 동시 발견은 강력한 근거를 제공합니다. 정량 분석에는 FDG 및 FMZ 이미지의 표준화 흡수 값(SUV)과 비대칭 지수(AI)가 포함됩니다. 본 연구는 방사선 추적자, 스캔 매개변수, 영상 융합 방법의 준비 과정을 상세히 다루며, 대표적인 결과를 통해 프로토콜의 효과를 검증합니다. 이중 프로브 PET/MR 영상 기술의 도입은 간질 유발 초점 위치 정의 정확도를 높여 보다 정확한 평가를 지원하고 치료 결과를 향상시킬 수 있습니다. 현재 이 프로토콜은 방법론적 검증을 완료했으며, 예비 결과는 임상 간질 유발성 초점 절제술의 수술 전 평가를 안내할 잠재력을 보여줍니다(3명의 환자에서 수술 후 발작 없이 위치 확인 결과를 기반으로 성공적으로 수술이 이루어졌습니다). 기술적 한계(예: 11C-FMZ 반감기 단축, 사이클로트론 의존성)를 해결하기 위해 최적화 방향에는 긴 반감기 유사체 개발과 다중 추적자 조합 탐색이 포함됩니다. 향후 AI 보조 영상 분석 및 병변 식별과의 통합도 가능하다. 요약하자면, 이 연구는 정밀 간질 진단과 치료에 대한 새로운 통찰을 제공하며, 환자 치료 결과 개선에 중요한 시사점을 지닙니다.

서론

불응성 간질은 두 가지 이상의 적절히 선택되어 투여된 항간질 약물에 내성이 특징이며, 종종 국소성 간질과 신경인지 장애 및 동반 정신 질환으로 나타납니다 4,5,6. 약물 치료가 실패할 경우, 간질 원인 중심부의 외과적 절제가 중요한 개입이 되어 정확한 수술 전 위치 지정이 성공적인 결과를 위한 핵심 전제 조건이 됩니다.

기존 자기공명영상(MRI)은 난치성 간질 환자의 약 30-40%에서 간질 유발 초점을 파악하지 못합니다. 표준 프로토콜은 1.5 T 스캐너와 5mm 두께의 절단 두께를 사용하여 해마 경화증이나 국소 피질 이형성증8과 같은 미묘한 병변을 놓칠 수 있습니다. 더욱이 구조적 MRI는 발작 간기와 발작 상태 사이에 일어나는 동적 대사 변화를 포착할 수없으며, 이는 기존 영상의 감도가 제한적임을 강조합니다. 뇌파검사(EEG)는 전기생리학적 위치 정보를 제공할 수 있지만, 공간 해상도가 제한적이며 두피 조직 감쇠 효과에 쉽게 영향을 받습니다10. 이러한 한계로 인해 간질 원인 초점의 정확한 3차원 위치 파악이 어렵습니다. 더불어, 두개내 EEG 모니터링과 같은 침습적 시술이 자주 필요합니다 11,12. 이러한 요인들은 MRI 음성 간질 환자의 수술 전 평가 주기를 길게 만들어 수술 결정과 관련된 위험을 높이고 임상 예후에 직접적인 영향을 미칩니다.

통합 양전자 방출 단층촬영/자기공명영상(PET/MR) 기술의 임상 적용은 이 문제에 대한 유망한 해결책을 제공합니다. 이 기술은 기능 및 대사 정보뿐만 아니라 고해상도 해부학적 구조 데이터를 동시에 획득할 수 있어, 다중 모달 이미지의 정밀한 공간적·시간적 융합을 가능하게 합니다. PET/MR은 여러 검사를 하나의 스캔에 통합함으로써 워크플로우 효율성을 본질적으로 향상시키지만, 단일 방사선추적제의 진단 특이성에는 여전히 한계가 있습니다. 18F-플루오로디옥시글루코스(18F-FDG) PET는 종종 광범위한 저대사 영역을 드러내는데, 이는 진정한 간질 유발 범위를 벗어날 수 있어 수술적 경계가 흐려지는14. 더불어, 18F-FDG PET와 같은 단일 기능 영상 기술도 여전히 위음성 위험이 있습니다15. 이 한계는 주로 공간 해상도가 부족하여 미세피질 이형성증이나 국소 피질 구조 이형성증과 같은 미묘한 병변을 감지하는 데 제한이 있기때문입니다.

연구에 따르면 FDG와 11C-플루마제닐(11C-FMZ)을 병용하면 위치 측정에서 위양성률이 유의미하게 감소합니다. FMZ는 수용체 이상 핵심 영역을 정확히 구분하는 반면, FDG는 더 넓은 기능적 억제 네트워크를 반영할 수 있습니다17,18. 본 연구는 18F-FDG와 11C-FMZ를 이용한 이중 탐침 PET/MR 영상 프로토콜을 확립하는 것을 목표로 합니다. 간질 환자에서는 발작 사이기 동안 간질 유발성 초점 환자가 시냅스 활동이 억제되어 대사율이 낮아집니다19. 18F-FDG PET 영상은 비정상적인 포도당 대사 영역을 반영합니다 20,21,22,23. 한편, 11C-FMZ PET 영상은 GABA_A 수용체 분포를 표적으로 삼아 비정상적인 수용체 밀도를 가진 간질 유발 초점을 특이적으로 식별할 수 있게합니다. 이 이중 프로브 PET/MR 기법은 기능적 정보와 해부학적 정보를 동시에 획득하여 시공간 등록 오류를 줄입니다. 대사(FDG)와 수용체(FMZ) 이중 매개변수 분석을 결합하면 진단 특이성을 향상시킵니다. 이는 간질 유발 초점 위치 지정의 정확도를 높일 뿐만 아니라, 동적 대사 매개변수를 분석하여 간질 발생성 네트워크의 기능적 연결 특성을 평가할 수 있게 합니다. 이러한 다차원 평가 방법은 간질의 병태생리학적 기전에 대한 새로운 통찰을 제공하며, 개인 맞춤형 치료 계획을 개발할 수 있는 조건을 만듭니다.

이중 프로브 PET/MR은 일정한 응용 가능성을 가지고 있으나, MRI 음성 간질에 대한 현재 PET/MR의 임상 사용에는 실행 가능한 표준화된 프로토콜이 부족하며, 의사들은 MR 스캔 프로토콜, 절차, 융합 전략, 정량적 분석 지원, 영상 해석 등 실제 실무에서 많은 어려움에 직면해 있습니다. 이중 탐침 PET/MR을 기반으로 한 표준화된 스캔 프로토콜을 제안함으로써, 본 논문은 불안정성 간질 환자에서 간질 유발 초점 위치 정의 정확도를 높이는 데 PET/MR의 효과를 검증할 뿐만 아니라, 촉진 가능한 표준화된 수술 절차 세트를 확립하고, 이 기술의 임상 적용을 촉진하려 시도합니다. 이 프로토콜은 방사선 추적자 선택, 영상 시퀀스 설계, 영상 해석 전략과 같은 핵심 사항을 명시하며, 이는 이후 임상 적용을 위한 참고 가능한 수술 명세를 제공합니다.

본 연구에서 제안된 이중 탐침 PET/MR 프로토콜은 방법론적으로 실현 가능하지만, 실제로는 다음 조건을 충족해야 합니다: 첫째, 장비 요구사항: 통합 PET/MRI 장비가 필요; 둘째, 방사성 추적기 준비: 11개의 C-FMZ는 현장에서 사이클로트론을 사용해 준비해야 합니다; 셋째, 스캔 프로세스 호환성: 18F-FDG와 11C-FMZ의 스캔 세션은 최소 24시간 간격으로 예약되어야 합니다; 넷째, 인력 기술 요구사항: PET를 이용한 대사 분석과 MRI의 신경영상 해석을 모두 숙달한 전문 핵의학 인력이 필요합니다. 이러한 실질적 도전 과제는 다양한 임상 환경에서 이 프로토콜의 채택에 영향을 미칠 수 있으며, 향후 구현 기준을 낮추기 위한 추가 최적화가 필요합니다.

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프로토콜

이 연구는 지역 의료 윤리 위원회로부터 승인을 받았습니다. 이 연구는 헬싱키 선언의 원칙을 준수합니다. 환자 또는 법적 보호자는 침습적 절차, 방사선 노출 및 추적 관리 요건을 상세히 명시한 서면 동의서에 서명해야 합니다.

1. 방사성 추적자의 준비 및 품질 관리

참고: 생물학적 직업 보호 및 방사선 직업 보호의 확립된 원칙을 준수하는 것이 필수적입니다. 또한, 모든 운영 절차에서 의료 및 방사성 폐기물의 적절하고 규정을 준수하는 지침을 준수하여 관련된 모든 인원의 안전과 복지를 보장하는 것이 중요합니다.

  1. 18F-FDG 준비를 위한 핵심 과정
    참고: 합성은 완전 자동화되어 있습니다. 임상 PET 진단을 위해 60분 이내에 다음 단계를 완료하여 무균 조건에서 높은 방사성 화학 순도와 멸균성을 보장합니다.
    1. 플루오린-18 이온([18F]F⁻) 생성: 사이클로트론에서 산소-18 농축된 물(H₂¹⁸O)에 양성자를 폭격합니다.
    2. 포획 및 활성화: [18F]F⁻ 용액을 음이온 교환 컬럼(예: QMA)을 통과시킵니다. 그 후 탄산칼륨(K2CO3)과 상 전달 촉매(예: K립토픽스 2.2.2, K222)가 포함된 아세토니트릴 용액을 사용해 컬럼을 용출하고 활성화합니다.
    3. 공로 탈수: 잔류물에 아세토니트릴을 첨가합니다. 그 후 혼합물을 가열하고 불활성 가스 흐름 아래에서 반복적으로 증발시켜 건조한 잔류물을 얻어 수분을 완전히 제거하여 매우 반응성 높은 무수 플루오린 원천을 만듭니다.
    4. 친핵 플루오르소화 표지: 건조 플루오린 원천과 전구체(Man(OTf)2-Ac)를 무수 아세토니트릴에 혼합한 후 반응 혼합물을 가열하여 [18F] 표지된 중간체([18F]FDM)를 생성합니다.
    5. 알칼리 가수분해 탈보호: 수산화나트륨을 첨가하고 혼합물을 가열하여 가수분해하여 아세틸 보호기를 제거하여 원유 18F-FDG를 생성합니다.
    6. 중화 및 정제: 가수분해 용액을 중화한 후, 알루미나 컬럼을 이용해 고체 추출(자유 불소 이온 및 촉매 제거)과 C18 역상 컬럼(소수성 불순물 제거)으로 정제합니다.
    7. 무균 여과 및 분할 추출: 0.22 μm 멸균 필터를 통해 정제된 용액을 수집하여 필요에 따라 알리코트합니다.
    8. 신속한 품질 관리 및 방출: 활성, 방사성 화학 순도, pH 등 중요한 품질 관리 검사를 수행하고, 매우 짧은 시간(보통 <30분) 내에 검사를 완료합니다. 제품이 모든 사양을 충족하면 PET 영상 촬영을 위해 출시하세요.
      참고: 방사화학 순도(RCP)는 약전적 기준에 따라 분석 박층 크로마토그래피(TLC)로 평가되며, 최소 RCP는 90%이며, 일반적인 값은 97%를 초과합니다.
  2. 11C-FMZ 준비를 위한 핵심 공정
    참고: 반감기가 11도(20분)로 짧기 때문에, 방사성 핵종 생성부터 최종 멸균 생성물까지 전체 과정을 30분 이내에 완료해야 영상 촬영에 충분한 활성을 확보할 수 있습니다.
    1. 11C-CO2 생산 및 변환: 사이클로트론을 사용해 14N(p,α)11C 핵반응을 통해 11C-CO2를 생성하며, 원료로 1% O2/N2 혼합물을 사용합니다.
    2. 11C-트리플루오로메탄소설포닐 메틸 에테르(11C-트리플라테-CH3)를 생성: 11C-CO2를 약물 합성 시스템에 전달하고 11C-트리플라테-CH3로 변환합니다.
    3. HCl로 중화: 반응 셀 내에서 0.4mL의 디메틸포름아마이드(DMF)에 0.5mg의 디메틸플루마제닐과 1mg의 NaH를 용해합니다. 이 혼합물을 11C-트리플래트-CH3 과 0°C에서 5분간 반응시킨 후 실온(RT)으로 옮기고 0.5 mol/L HCl로 중화합니다.
    4. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 분리 및 정제: HPLC를 통해 혼합물을 분리하고 정제합니다. 분리 칼럼: 뉴클레오실 100-5 C18, 250 mm × 10 mm. 이동상: 22% 아세토니트릴 용액에 0.01 mol/L 인산을 함유. 검출 파장: 254 nm. 유량: 분당 4 mL.
    5. 방사성 피크 분율 수집: C18 컬럼을 이용한 추가 정제를 수행한 후 0.22 μm 무균 여과막을 통해 최종 여과하여 최종 산물인 11C-FMZ를 얻습니다.
    6. 11C-FMZ의 합성 품질 검증: HPLC를 통해 합성물의 방사성 화학 순도 분석을 수행하여 방사성 화학 순도(RCP)를 검증합니다. 크로마토그래피 조건은 다음과 같습니다: 컬럼: 역상 C18 컬럼; 이동상: 메탄올/물 = 65/35 (v/v); 유량: 1.0 mL/분; 검출기: 방사능 신호의 온라인 모니터링을 위한 방사능 검출기입니다. 표적 화합물에 해당하는 방사성 피크(11C-FMZ)의 보존 시간이 알려진 표준과 일치하도록 해야 합니다(일반적으로 6.7분).
      참고: 방사성 화학 순도는 목표 피크의 방사성 적분 면적의 전체 방사성 피크 면적에 대한 비율로 정의됩니다. 배치가 적격하다고 판단하고 해제하려면 ≥98%의 가치가 필요합니다. 성공적인 HPLC 정제는 11C-FMZ의 예상 보존 시간에 크로마토그램에 날카롭고 대칭적인 방사성 피크가 나타나며, 이전 또는 후반 피크와의 분리가 잘 되어 있음을 나타냅니다. 수집된 분량은 투명하고 무색의 용액으로 보여야 합니다. 그러나 본질은 최종 제품 출시를 위한 포괄적인 품질 검사(예: 멸균 및 내독소 검사)보다는 제조 결과를 검증하는 데 있으며, 이는 공정 중 통제(IPC)에 해당합니다.

2. 환자 포함 기준

참고: 본 연구는 표준화된 이중 탐침 PET/MR 영상 프로토콜을 확립하는 것을 목표로 합니다. 표본 크기 선정은 통계적 검정력 계산보다는 타당성을 기반으로 하며, 주요 목적은 명확하게 정의된 환자 집단 내에서 절차적 재현성과 예비 기술적 타당성을 확립하는 것입니다.

  1. 국제 간질 방지 연맹(ILAE) 합의25 정의를 바탕으로 다음 기준을 적용하세요:
    1. 두 차례의 이전 항간질 약물(AED) 요법 실패를 문서화하십시오.
    2. 각 AED 시험이 약물 선택(발작 유형 또는 간질 증후군에 적합), 용량(내약성 및 임상적으로 효과적인 용량으로 조절), 기간(효과 평가에 충분하며, 일반적으로 최소 3개월 이상) 측면에서 적절한지 확인하라.
    3. 치료 실패를 적절한 임상시험 후 모든 유형의 발작(오라 포함)이 재발하여 최소 12개월 동안 지속적 발작 자유를 달성하지 못하는 것으로 정의합니다.
  2. 난치성 간질 환자를 위한 보조 진단.
    다음 증거를 종합하여 신경심리학적 평가에서 발견된 간질형 방전(스파이크, 스파이크-느린 파 복합체), MRI에서의 구조적 병변(예: 해마 경화증), 신경심리학적 평가에서 드러난 진행성 인지 또는 행동 장애를 종합하여 난치성 간질 진단을 뒷받침하고 그 기능적 결과를 제안합니다.
  3. 다음 기준에 따라 부적격 대상자를 제외합니다:
    1. 절대적인 금기사항이 최근(3개월 이내) 주요 수술, 외상, 감염 등은 제외합니다.
    2. 세척 기간을 거치지 않은 다른 임상시험 참가자는 제외합니다.
    3. 임신 중이거나 모유 수유 중인 여성은 제외합니다.
    4. 폐소공포증이 있거나 장시간 스캔에 협조할 수 없는 사람은 제외하세요.
    5. PET/MR 기기(예: 금속 임플란트, 심박조율기)에 금기증이 있는 환자는 제외합니다. 상대적 금기사항으로는 혈당 조절 불가(공복 혈당 >11.1 mmol/L), 영상 약물의 대사에 영향을 줄 수 있는 심각한 간 또는 신부전, 그리고 심각한 심폐 또는 대사 질환(예: 당뇨병)이 있습니다. 또한, 연구자도 연구에 협조하도록 심한 우울증, 불안 또는 정신병 증상이 있는 환자를 제외해야 합니다.

3. 이중 프로브 PET/MR 영상을 위한 표준화된 프로토콜

  1. 스캔은 다음 절차에 따라 수행됩니다:
  2. FDG PET/MR 스캔을 수행하여 뇌 전체의 대사 프로필을 얻으세요. 그 후 최소 24시간 후에 FMZ PET/MR 스캔을 수행하는데, 이는 잔류 FDG가 FMZ의 정량적 분석에 방해가 되지 않도록 설계되었습니다.
    참고: FDG가 밝혀낸 광범위한 저대사 영역은 이후 FMZ의 정확한 경계 구분과 병변 위치 파악에 중요한 참고 자료가 될 수 있습니다. 그림 1을 참고하세요.

그림 1
그림 1: 검사 프로토콜 흐름도. 이중 프로브 PET/MR(18F-FDG/11C-FMZ) 스캔 프로토콜의 회로도. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

4. PET/MR 검사 준비

  1. 연구 시작 24시간 전에는 참가자들에게 알코올, 카페인, 필수 약물, 격렬한 운동을 피하도록 지시하세요. 검사 전에 준수 여부를 확인하여 안정적인 생리적 조건(예: 생물학적 리듬 및 인지 기능)을 유지하고 데이터 정확성을 확보해야 합니다.
    참고: 환자는 발작 사이에 있어야 합니다. 환자는 18회의 F-FDG와 11회의 C-FMZ PET/MR 스캔을 받기 24시간 전까지 발작 없이 지내야 합니다. 이 기간은 관찰된 대사 감소가 일시적인 발작 후 변화가 아닌 발작 사이 상태를 반영하도록 하여 간질 유발 초점을 국소화하는 특이성을 높입니다. 같은 원리는 11C-FMZ 영상에도 적용되어 발작기 주변 수용체 가용성 변화를 피하기 GABA_A 있습니다.
  2. AED 관리
    1. 11C-FMZ PET 스캔 전에는 수용체 결합을 방해GABA_A할 가능성이 있는 AED(예: 벤조디아제핀, 바비튜레이트)를 약리학적 효과를 제거할 수 있는 충분한 기간, 보통 최소 5 반감기 동안 중단해야 합니다. 그러나 중단 후 발작 위험이 유저히 높은 환자에게는 간질 전문의의 면밀한 평가와 감독 하에 AED를 조정합니다. 핵심 원칙은 환자 안전을 최우선으로 하는 것입니다.
    2. 위험 평가 및 의사결정: 환자의 일일 발작 빈도, 심각도, 병력 등 종합 평가를 바탕으로 AED를 조정할지(예: 완전 중단 대신 용량 감소) 여부를 결정하고, 임상의가 서면 프로토콜에 서명하도록 합니다.
    3. 대체 프로토콜: 임상의가 관련 AED 중단 위험이 너무 높다고 판단하면, 약물 요법을 조정하지 않고 스캔을 시행하세요. 다만, 복용한 약물명, 용량, 마지막 투여 시간을 이미지 보고서에 명확히 기록하여 해당 약물이 수용체 결합에 미치는 경쟁적 억제 효과를 11개의 C-FMZ 이미지를 해석할 때 고려할 수 있도록 GABA_A 명확히 기록해야 합니다.
    4. 프로토콜에서 벗어난 부분 치료: 이상적인 약물 투여 프로토콜에서 벗어나는 모든 일탈은 스캔 실패로 간주하며, 실제 임상 상황을 반영한 것으로 간주하세요. 특정 약물 상황의 맥락에서 이미지 해석을 분석하고 문서화하세요.
  3. FDG PET/MR 스캔 전에 참가자들에게 8시간 금식을 지시하며, 음식, 설탕이 든 음료, 정맥 주사 포도당을 피하세요. 영상 촬영 전에 혈당 수치가 11.1 mmol/L 이하로 유지되는지 확인하세요.
    참고: FMZ PET/MR 검사 전에는 일반 무가당 일반 물을 마실 수 있습니다. 환자가 식사가 필요한 경우, 스캔 최소 2시간 전부터 해야 하며, 카페인이나 알코올이 함유되지 않은 가벼운 음식(예: 흰죽, 흰 빵)으로 제한해야 합니다.
  4. 신청서를 검토하여 과목의 기본 정보, 시험 목적, 프로그램을 확인하고; 모든 준비 작업이 완료되었는지; 그리고 피실험자의 정보를 파일에 기록한다.
  5. 검사 목적, 절차, 잠재적 위험 및 예상 이익을 상세히 명시한 PET/MR 영상 검사 대상 및 그 가족으로부터 사전 동의를 받아야 합니다; 또한 병력을 자세히 검토하고, 키와 몸무게를 기록하며, MRI에 금기사항이 없음을 확인했습니다.
  6. 말초 표면 정맥 접근을 확립하고, 주사 전에 피실험자의 정보, 영상 약물 종류, 용량을 재확인하세요. 조영제를 천천히 정맥 주사한 후, 잔여물을 최소화하기 위해 적절한 양의 생리식염수로 관을 세척하세요. 주사 후에는 거즈로 천공 지점을 눌러 누출을 방지하고, 주사 시간, 부위, 활약을 정확히 기록하세요.
    참고: 각 환자에게 투여되는 구체적인 활동은 체중에 따라 표준화되어 있습니다. 투여량은 다음과 같은 공식으로 계산됩니다: 투여 활동량(MBq) = 환자의 체중(kg) × 킬로그램당 표준 용량(MBq/kg). 일관성을 보장하기 위해, 프로토콜 내 모든 환자에게 지정된 범위 내에서 고정된 값을 선택합니다(FDG: 5 MBq/kg, FMZ: 4.5 MBq/kg). 계산된 용량은 정확히 주사기에 채취되어 두 번째 기술자가 주사 전에 확인합니다.
  7. 주입 및 흡수 시기
    1. 11C-FMZ의 주입 및 흡수 시기.
      참고: 물리적 반감기가 매우 짧기 때문에(20분), 주입부터 스캔 시작까지 전체 과정이 효율적이고 정밀해야 합니다.
      1. 전용 준비실에서 완전 정맥 주사(IV) 시술. 주사 직후 환자를 PET/MR 스캔실로 안내하여 자세 잡기, 포즈, 코일 장착 준비를 하세요.
      2. 시간 조절: 주사 후 준비 과정을 20분 이내로 제한하고, 가능한 한 빨리 PET 데이터 수집을 시작하는 것이 목표입니다. 불필요한 지연은 추적자 활성의 상당한 감쇠를 초래하여 영상의 신호 대 잡음비와 진단 값에 심각한 영향을 미칩니다.
      3. 스캔 시작: 주입 후 20분 이내에 PET 획득을 수행합니다. 이 시간 창은 FMZ가 수용체에 결합하는 준평형 상태에 해당하며, 신호 대 잡음비가 가장 좋습니다.
    2. 18F-FDG의 주입 및 흡수 시기
      참고: 주사 시기는 비교적 유연하지만, 충분한 흡수 시간이 필요합니다.
      1. 조용하고 빛이 잘 드는 준비실에서 정맥 주사를 시행하세요. 주사 후에는 환자를 30분간 휴식 상태로 유지하여 뇌의 FDG 흡수가 항상성에 도달하도록 한 후, PET/MR 스캔실로 이동해 위치 선정, 포즈, 코일 장착 등의 준비를 진행합니다.
      2. 스캔 시작: 주입 후 약 40분 후에 PET 획득을 시작하는데, 이 시간 창은 FDG가 수용체에 결합하고 최적의 신호 대 잡음비가 준평형 상태에 해당합니다.
  8. 주사 완료 후 즉시 청각 격리 절차를 시작하세요. 대기실의 조명을 어둡게 하고 온도를 약 22°C로 설정하세요. 피험자에게 눈을 감고 조용히 침대에 누워 쉬며, 이 기간 동안 말하거나 음식을 먹지 말라고 지시하세요.
    참고: 이 표준화된 휴식 상태는 특히 신경 활동과 환경 자극에 매우 민감한 18F-FDG의 경우, 방사선 추적자의 일관된 대뇌 흡수와 분포를 보장하는 데 매우 중요합니다.

5. PET/MR 영상 검사 과정

  1. 심사 전에 피의자와 동행자에게 휴대전화, 모자, 틀니, 안경, 시계, 지갑, 동전 등 모든 금속 물건을 제거하라고 지시하세요. 또한 휠체어, 들것, 진료 침대, 산소통, 모니터링 장비의 스캔실 출입을 금지합니다.
  2. 피실험자에게 귀마개를 제공하고 PET/MR 검사대 위에 누운 상태로 눕힌 후, 머리-목 코일(8채널 머리-목 결합 코일)을 사용해 목 부위를 감싸고 고정 장치(예: 특수 헤드레스트나 폼 패드)로 고정하여 움직임을 최소화하면서도 편안함을 보장합니다.
  3. 대상자에게 팔을 옆에 편안하게 두라고 지시하고, 불편함을 느끼면 경보 장치를 작동시키라고 알려주세요.
  4. 촬영된 이미지를 검토하여 피사체의 머리가 스캐너 내에서 올바르게 중앙에 위치하고 코일 중심과 정렬되어 있는지 확인하세요.
  5. 이미지 재구성을 위한 순서 서브셋 기대 최대화(OSEM) 알고리즘을 사용하여 PET 데이터를 획득합니다. 제로 에코 타임(ZTE) 펄스 시퀀스를 사용하여 감쇠 보정을 위해 MR 영상을 수행하여 뼈, 공기, 연조직의 분할을 가능하게 합니다.
    참고: 신경 기능 평가 결과에 따르면, PET/MR 검사 중 환자가 편안하고 안정적일 수 있도록 필요한 경우 적절한 용량의 진정제를 투여해야 합니다. 이렇게 하면 영상의 품질을 높이고 환자의 불편함이나 불안으로 인한 모션 블러를 방지할 수 있습니다. 이러한 모션 블러는 최종 이미지의 선명도와 정확성에 영향을 줄 수 있습니다.

6. PET/MR 스캔 시퀀스 및 영상 전략

참고: 사용되는 PET/MR 시스템은 GE Healthcare SIGNA PET/MR(3.0 T MR, LBS-SiPM 검출기)입니다.

  1. MR 및 PET 스캔은 40분 동안 동시에 수행됩니다. MR 시퀀스는 구조적 시퀀스와 기능적 시퀀스로 나뉩니다. 일반적인 상황에서는 두 번의 획득 세션에서 하나의 기능적 이미지만 획득됩니다. 결정은 이 세션 중 환자의 상태에 따라 달라집니다; 상태가 더 좋으면 적절한 MR 스캐닝 시퀀스를 늘려야 합니다. 발작 에피소드와 발작 사이 기간을 비교할 때는 선택적으로 두 배 기능 영상을 획득하라. 표 1을 참조하세요.
    참고: MR 기능 서열의 역할은 보조적이고 보조적입니다. 핵심 간질 중심 초점 위치는 여전히 이중 탐침 PET와 고해상도 구조 MRI의 융합 분석에 의존하고 있습니다. 연구자들은 특정 상황에 따라 접근법을 선택할 수 있습니다.

표 1: 각 특정 서열에 대한 획득 목표와 매개변수. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.

7. 결과 해석

  1. 이미지 품질 관리 및 전처리
    1. 구조 MRI, 기능적 영상, 18F-FDG PET 대사 영상, 11C-FMZ PET 수용체 결합 영상에 대한 예비 품질 관리를 포함한 원본 이미지 품질 평가를 수행합니다. 앞서 언급한 품질 관리 검사를 통과한 이미지만을 사용하여 이후 시각 및 정량적 분석 워크플로우로 진행하세요. 8절에 명시된 프로토콜에 따라 품질 관리를 실패한 이미지를 처리하거나 폐기합니다.
      참고: 이 단계는 GE Advantage 워크스테이션 4.7 워크스테이션의 이미지 분석 소프트웨어, 특히 자동 융합용 Volume Viewer 7 소프트웨어를 사용하여 수행되었습니다. 측정 정확도 오차는 최소 0.1mm와 0.1도이며, 융합 오차는 복셀입니다.
    2. Fuse 18F-FDG PET 대사 지도와 11개의 C-FMZ PET PET 수용체 결합 지도를 고해상도 3D T1 가중 해부학 이미지와 함께 제공하고, T2-FLAIR 서열 이미지는 주요 참고 자료로 나란히 표시되어 병변 범위에 대한 예비 시각적 평가를 가능하게 합니다.
      참고: 융합은 PET 대사/수용체 결합 영상과 T1 가중 MRI 해부학 이미지가 피질 해부학적 윤곽, 심실 경계, 해마 등 주요 구조를 완벽하게 등록하고 고스팅이나 가장자리 변위 없이 이루어질 때 성공한 것으로 간주됩니다.
  2. 정량적 분석
    1. 병변의 표준화 흡수 값(SUV)을 측정합니다. 간질과 관련된 병변은 종종 반대쪽이나 건강한 대조군보다 SUV 수치가 낮게 나타납니다. 이 해석은 절대 임계값 대신 반대쪽 정상 뇌 영역이나 건강한 대조군 데이터베이스와 비교해야 합니다.
    2. 비대칭 지수(AI) 값을 계산하세요. 임상 실무에서는 병변 내 대사 이상을 식별할 때 AI 값>10-15%)이 일반적으로 사용됩니다. 공식은 다음과 같습니다: AI(%) = |(반대쪽 SUV는 - 병변 SUV의 의미)| / 반대쪽 SUV는 100% ×
    3. 관심 영역(ROI)을 기준으로 FDG 이상 영역과 FMZ 이상 영역 간의 공간적 관계를 평가하며, 중복을 세 가지 유형으로 분류합니다: 완전 중첩(이상 영역이 높은 공간적 일관성을 보임), 부분 중복(FMZ 이상 영역이 FDG 이상 영역 내에 완전히 포함되지만 규모가 작고 국지적), 또는 완전 분리(이상 영역이 서로 공간적으로 독립적임).
      참고: 기관들은 이 프로토콜을 적용할 때 가장 정확한 결과를 얻기 위해 자체 장비, 재구성 알고리즘, 세분화 방법을 기반으로 내부 실험실 표준을 확립할 것을 강력히 권장합니다. 모든 정량적 분석은 시각적 해석을 지원해야 하며, 주로 시각적으로 의심스러운 이상을 객관적으로 정량화하고, 시각적 평가가 불확실할 때 의사결정에 보조 증거를 제공하는 역할을 합니다.
  3. 이중 프로브 이미지의 체계적 분석
    1. FDG PET 이미지를 독립적으로 분석합니다.
      1. 저대사 부위의 해부학적 위치, 공간적 범위, 강도(SUV로 정량화), 형태학적 특성(예: 경계 명확성)에 중점을 두고 비정상적인 포도당 대사 영역을 식별합니다.
      2. 시각적 분석과 정량적 지표를 결합하되, 특히 대뇌 피질과 심부 구조의 초점 저대사 부위에 주의를 기울이세요.
    2. FMZ PET 이미지에 대한 독립적인 분석을 수행합니다.
      1. 수용체 분포GABA_A 평가하세요. 방사성 추적자 결합이 비정상적인 영역(일반적으로 국소 결합 밀도 감소로 나타나는 경우)을 식별합니다.
      2. 해부학적 위치, 공간적 범위, 그리고 FDG 저대사 부위에 비해 경계가 더 뚜렷한지 여부에 집중하세요.
    3. 이중 추적자 발견 통합:
      1. 18 F-FDG 대사 감소와 11C-FMZ 결합 감소가 동시에 나타나는 영역을 간질 유발 연구 대상으로 우선시합니다. 이 과정은 ROI와 정량적 지표를 기반으로 하며, FDG와 FMZ 이미지를 나란히 표시하여 결과를 종합적으로 평가합니다.
    4. 다음 접근법을 통해 다중 모달 영상 소견을 통합합니다:
      1. FDG 및 FMZ PET 스캔에서 해부학적으로 식별된 영역을 상관지화합니다.
      2. 공간적 일치성을 평가하세요.
      3. 영상 파라미터 차이를 정량적으로 분석하세요.
      4. 임상 및 전기생리학적 데이터를 통합하여 포괄적인 판단을 내리세요. 간질 초점을 특정 엽, 회, 또는 피질 하 구조로 국소화하세요.

8. 문제 해결 및 품질 보증

참고: 이 프로토콜은 수집된 데이터의 품질을 높이기 위해 설계되었습니다. 다음은 흔한 문제, 그 잠재적 원인, 그리고 권장되는 조정 사항을 요약합니다. 조정을 시행하기 전에 환자 안전, 방사선량, 진단 정보의 무결성에 미치는 영향을 저울질해야 합니다.

  1. 이미지 융합이 불량하다
    1. 예방: 각 스캔마다 반복 가능한 머리 고정 장치를 사용하여 일관된 자세를 유지하세요.
    2. 치료: 워크스테이션 소프트웨어를 사용하여 수동 또는 반자동 미세 융합을 수행합니다. 융합 오류가 있다면 이를 기록하고 결과 해석에 영향을 고려하세요. 만약 만족스럽게 교정할 수 없다면, 그 연구는 무효로 간주합니다.
    3. 복습: 항상 디스플레이를 겹쳐서 주요 해부학적 구조(예: 해마, 심실 경계)의 융합 상태를 시각적으로 확인하세요.
  2. 모션 아티팩트
    1. 예방: 스캔 전에 환자 협조를 얻기 위해 적절한 의사소통을 하세요. 불안하거나 협조적이지 않은 환자에게는 미리 정해진 기준에 따라 적절한 진정제를 사용하세요.
    2. 인식: 이미지 재구성 과정을 실시간으로 모니터링하고, 아티팩트가 감지되면 즉시 스캔을 일시정지합니다.
    3. 유물 처리.
      1. 경미한 아티팩트의 경우, 모션 보정 알고리즘을 사용해 이미지 재구성을 시도해 보세요.
      2. 심각한 인위적 현상의 경우, 환자의 상태가 허락하고 추적자 활동이 충분하다면(특히 MR 서열의 경우) 영향을 받은 서열 부분의 재획득을 고려하세요.
      3. FMZ 스캔의 경우, 남은 활동이 재획득을 지원하는지 신속히 평가하세요.
  3. 11C-FMZ 스캐닝 지연
    1. 예방: 원활한 전환을 보장하기 위해 합성 및 품질 관리 프로세스를 최적화합니다. 주사 전에 모든 비침습적 준비를 완료하세요.
    2. 우연성:
      1. 짧은 지연(<10분)을 원래는 원래 계획대로 즉시 수집을 수행하세요. 활성의 감쇠가 이미지의 신호 대 잡음비 감소를 초래할 수 있음을 인지해야 하며, 이는 보고서에 명시되어야 합니다.
      2. 더 긴 지연(>10분)은 획득 시간을 조정하세요. 스테파 8.2.3.2-8.3.2.5를 따라가세요.
      3. 획득 시작 시점은 미루되, 획득 시간이 충분한지 확인하세요(예: 주입 후 30-50분). 이로 인해 정량적 정확성은 떨어질 수 있지만, 질적 진단은 구제할 수 있습니다.
      4. 재구성 매개변수를 조정하거나, 이미지 재구성 중 낮은 카운트 속도에 초점을 맞춘 알고리즘이나 매개변수를 사용하여 이미지 품질을 최적화하세요.
      5. 재스캔: 지연이 너무 길어 활동 및 조건(예: 병원 정책, 윤리적 승인, 환자 동의)이 크게 부족한 경우, 다음 날이나 다른 날에 새로 준비한 추적자로 재스캔을 고려하세요.

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결과

본 연구의 모든 사례 이미지는 본 프로토콜 7.1항과 8절에 명시된 엄격한 품질 관리 과정을 거쳤습니다. 다음 기준을 충족한 후에만 분석에 포함되었습니다: (1) MRI 이미지에 명백한 움직임 아티팩트나 기하학적 왜곡이 없음; (2) PET 이미지의 추적자 분포가 균일했고, 신호 대 잡음비가 정량적 분석 요구사항을 충족했으며; 그리고 (3) PET와 MRI 영상의 자동 융합이 성공적이었고, 육안 검사를 통해 주요 해부학적 구조(예: 해마와 설라스 회) 정렬이 오류 없이 일치했고, 진단에 영향을 줄 융합 오류가 없음을 확인했다. 제시된 모든 대표 이미지는 위의 품질 관리 기준을 충족했습니다.

환자 A, 남성, 28세
10년 전, 환자는 10초간의 부신 에피소드로 의식 상실과 일관성 없는 말을 하는 발작을 경험했으며, 팔다리 경직은 없었다. 당시 초기 병원 평가는 특별하지 않았다. 이후 발작 빈도가 증가하면서 기호학이 진화하여 발작 후 기억상실, ...

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토론

본 연구의 주요 목적은 MRI 음성 난치성 간질 평가를 위한 이중 프로브(18F-FDG/11C-FMZ) PET/MR에 대한 표준화된 운영 프로토콜을 확립하고 정의하는 것이었습니다. 이러한 프로토콜에 대한 시급한 임상적 필요성은 현재 센터 간 통일된 명세가 부족하여 영상 수집, 분석 및 해석의 불일치를 초래하여 결과의 비교 가능성과 임상 채택을 방해하기 때문입니다. 이 프로토콜은 방사선 추적자 준비, 환자 준비, 영상 서열 설계, 이중 추적자 영상 해석 전략 등 주요 측면을 상세하고 단계별로 포괄하는 프레임워크를 제공하여 이 격차를 해소하는 것을 목표로 합니다.

이 연구는 두 가지 대표적인 사례를 제시합니다. 환자 A에서는 일치 저대사(FDG)와 수용체 결합 감소(FMZ)가 우측 해마에 동일하게 위치하였다. 반면 B 환자는 FMZ 결합이 감소하는 더 초점 영역을 포함하는 광범위한 해...

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공개 사항

저자들은 이해 상충을 선언할 수 없으며, 연구의 투명성과 진실성에 대한 의지를 확인하고, 개인적 또는 재정적 관계에서 발생할 수 있는 부당한 영향이나 편견 없이 연구 결과와 결론이 제시되도록 보장합니다.

감사의 글

이 연구는 북부 극장 병원의 독립 연구 프로젝트 '대장암 면역 미세환경의 대사 재프로그래밍 및 재형성 조절'(ZZKY2024001), 북부 극장 지휘 병원의 독립 연구 프로젝트 '알츠병에 대한 PET/MR 복합 림프구 영상 유도 치료 기법 선택'(ZZKY2024002), 그리고 북부 극장 지휘 병원의 독립 연구 프로젝트의 지원을 받았습니다. '유방암 골전이에 대한 지능형 다중 모달 진단 및 치료 시스템에 관한 연구'(ZZKY2024003).

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
18도 풍부한 물은일본 태양 산소,24-0091
아세토니트릴ABX, 독일TF-A1-231207002
공기 필터 멤브레인 (Millex-25)머크, 독일SLFGN25VS
무수 에탄올시노팜 화학 시약, 상하이, 중국10009293
C18 결합 실리카 크로마토그래피 컬럼마셰레이-나겔, 독일715412.100
사이클로트론GE, 미국미니트레이스
데스메틸플루마제닐장쑤 화이이 테크놀로지 유한공연, 중국DFBE-95-0001A
디메틸포름아마이드 (DMF)바이링웨이 테크놀로지 유한회사, 중국983353
에트오흐ABX, 독일10009216
HPLC 준준비분석 시스템SYKNM, 독일S-1122
K2CO3 용액ABX, 독일TF-K1-230724001
크립토픽스[2.2.2](K222)ABX, 독일800
액체 필터 멤브레인 (Millex-GV)머크, 독일SLGVR33RB
아니야바이링웨이 테크놀로지 유한회사, 중국114895
펫/미GE, 미국시그나
QMA 컬럼워터스, 미국186002350
방사성 핵종 활성캡틴텍, 미국CRC-25R
기준 플루마제닐 기준장쑤 화이이 테크놀로지 유한공연, 중국FBE-97-0001A
Sep-Pak C18 크로마토그래피 컬럼워터스, 미국046933248A
트리플루오로메탄설폰산시그마-올드리치, 미국MKBW5282V

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