정량 [18F]-Naf-PET-MRI 분석 은 얼굴 투박성 요통 환자에서 동적 뼈 회전율의 평가를 위한
2019년 8월 8일
동적 뼈 회전율을 반영하는 화상 진찰 기술은 뼈 병리의 넓은 범위를 특성화하는 것을 도울 수 있습니다. 우리는 관심의 프로토 타입 영역으로 요추 면 관절을 사용하여 안면 성 요통 환자에서 동적[18F]-NaF-PET-MRI 데이터를 수행하고 분석하기위한 상세한 방법론을 제시한다.
이 기술을 통해 PET-MRI를 사용하여 뼈 회전율의 생리학적 바이오마커를 식별합니다. 우리는 이 생리적인 biomarkers가 CT와 MRI 정적인 심상 보다는 면 관절 병리를 더 정확하게 반영할 수 있다는 것을 믿습니다. 우리는 이 기술이 요추 척추에 있는 고통스럽고 현상적인 합동을 확인하는 것을 도울 수 있다고 믿습니다.
우리는 또한 이 기술이 현상성 면관절의 식별을 위한 자궁경부 및 흉부 척추와 같은 척추의 그밖 지구에 적용될 수 있기를 희망합니다, 심지어 퇴행성 디스크 질병. 동시 PET 및 자기 공명 이미지 또는 MRI 획득을 위해, 후방 배열 중앙 분자 이미징 어레이 코일과 3.0 PET 및 MR 이미저를 사용하여, T-12에서 S-3까지 의 하부 척추 영역을 커버하기 위해 두 이미징 양면 모두에서 시야를 중심으로 한다. PET 획득및 요추 척추 프로토콜에 대한 임상 MRI 서열에 적합한 매개 변수를 설정합니다.
MRI 서열을 획득하기 직전에, 정맥 내 환자의 영양 포사에 가도부트롤 대조의 킬로그램 당 0.1 밀리미터를 주입하고 나트륨 불소 F-18의 킬로그램 방사성 복용량 킬로그램 당 2.96 메가 베크렐. 다음으로, 아래척추를 중심으로 세 개의 별도의 측두단계를 사용하여, 각각 12프레임10초, 각각 30초의 두 번째 단계, 그리고 각각 4분의 14프레임의 마지막 단계로 스캔의 첫 번째 단계를 획득하는 60분 동적 PET 스캔을 수행한다. 그런 다음 3밀리미터 필터 차단, 표준 Z축 필터, 심장 3D 필터, 28개의 서브세트, 그리고 4회 반복으로 비행 시간 주문 서브셋 예상 최대화로 콘솔의 PET 데이터를 재구성하여 60센티미터 시야를 설정합니다.
획득한 PET 및 MR 이미지를 분석하기 위해 동적 PET 데이터를 분석할 수 있는 전용 워크스테이션으로 이미지를 전송합니다. L-1에서 L-2, L-5에서 S-1까지 요추 척추의 양측 측면 관절을 찾습니다. 각 요추 면 관절의 중심점을 식별하기 위해 각 요추 측면 T-2 MR 이미지를 시각적으로 삼각 측량 및 근사 중심의 슬라이스 수를 기록한다.
뷰 탭에서 환자 데이터가 열려 있는 경우 관심 도면 단추를 클릭하고 구 오브젝트를 선택합니다. 미리 정의된 팝업 창 내에서 반지름으로 7.5밀리미터를 입력하고 클릭하면 새로운 관심 볼륨을 만듭니다. 왼쪽 클릭을 클릭하여 각 면조의 중앙에 7.5밀리미터 구형 볼륨을 배치하고, 볼륨이 시각적으로 면에 중심이 될 때까지 왼쪽 클릭 및 드래그로 구를 조정합니다.
각 면에 관심의 양이 배치된 경우, 참조 영역으로 피질 개입을 배제하기 위해 중앙 골수 구멍에 오른쪽 장심 문장에 관심의 5 밀리미터 구형 볼륨을 배치합니다. 그런 다음 관심 볼륨을 배치하여 가장자리가 완전히 골수 내에 있도록 합니다. 축 이미지를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 데이터 검사를 선택하여 복부 대상 근분의 직경을 측정하여 양면으로 이동합니다.
부분 볼륨 보정 계수를 계산하려면 대동맥 벽의 오른쪽을 클릭하고 대동맥 벽의 왼쪽으로 커서를 이동하여 데이터 검사창에서 대동맥 벽 직경의 거리를 기록합니다. 다음으로, 왼쪽은 관심 도면 버튼의 볼륨을 클릭하고 관심있는 원 영역을 선택하여 대동맥 직경의 반경반경으로 관심있는 원형 영역을 만듭니다. 대동맥 중앙에 새로운 관심 볼륨을 만들고 클릭하면 대동맥 중앙에 있는 볼륨을 이동하여 원이 대동맥 벽 위치를 근사화할 수 있도록 필요에 따라 볼륨을 재배치합니다.
그런 다음 축 평면에서 한 조각을 내려 놓고 관심있는 두 번째 원형 영역을 만들어 두 겹치는 원형 영역에서 관심있는 원통 영역을 만듭니다. 부분 볼륨 보정 동맥 입력을 만들려면 PET 계산 단층 촬영 팬텀에서 파생된 복구 계수를 사용하여 내림차순 대동맥을 통해 이미지 기반 측정에 복구 계수를 적용합니다. 그런 다음 이 부분 볼륨 보정 동맥 입력을 운동 모델링 및 트레이서 역학의 정확한 정량화에 사용하기 위해 이미지 분석 소프트웨어에 대체합니다.
여기서, 불소 나트륨 F-18 PET, 축 T-2 지방 억제, 및 축 T-1 후 대조 지방은 L-3의 수준을 통해 MR 이미지를 억제하여 L-3에서 L-4 패싯 조인트까지 볼 수 있다. 본 표에서, 표준화된 섭취값 평균 및 최대, 대표 환자에서 10개의 샘플링된 패싯 조인트 각각에 대한 MRI 면 관절 등급이 요약되었다. 환자 Patlak 운동 모델 유입률이 표준화된 섭취량 값 평균및 MRI 기반 면 절지병등급에 대해 플롯되었을 때, 퇴행성 면 관절병증의 가장 높은 MRI 등급을 가진 패싯 조인트는 가장 높은 Patlak 운동 모델과 표준화된 업테이크 값 평균 값을 가졌다.
우리는 요추 면 관절 통증을 가진 환자에서 우리의 기술을 검증하기 위해 임상 시험의 한가운데에 있습니다. 우리는 곧이 데이터를 게시 할 수 있기를 기대합니다. PET MR 소프트웨어로 분석을 수행하는 방법을 이해하기 위한 가파른 학습 곡선이 있습니다.
또한 척추 해부학에 익숙하지 않은 사람들을 위해 면 관절을 찾기가 어려울 수 있습니다. 따라서 이미지 처리 단계를 시각적으로 묘사하면 프로세스에 대한 이해가 크게 향상될 것으로 믿습니다.
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개요
이 기사는 주요 초점을 갈바니 형성 요통의 맥락에서 골 대사의 생리적 바이오마커를 식별하기 위한 PET-MRI 영상 기법의 사용에 두고 있습니다. 제시된 방법론은 동적 영상 데이터를 제공함으로써 골 병리의 특성화를 향상시키는 것을 목표로 합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 영상 기법
- 골 병리학
배경
- 동적 영상 기법은 골 대사에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.
- 갈바니 형성 요통은 많은 개인에게 영향을 미치는 일반적인 상태입니다.
- 기존 영상 방법은 관절 병리를 정확히 반영하지 못할 수 있습니다.
- 증상이 있는 관절을 식별하는 것은 효과적인 치료를 위해 중요합니다.
연구 목적
- 골 대사 바이오마커를 식별하기 위해 PET-MRI를 활용합니다.
- 갈바니 관절 병리의 진단 정확도를 향상시킵니다.
- 이 기법의 다른 척추 부위에 대한 적용 가능성을 탐구합니다.
사용된 방법
- 특수한 영상 어레이를 사용한 동시 PET 및 MRI 획득.
- 요추 부위를 포함하도록 시야 중심을 조정합니다.
- PET 획득 및 임상 MRI 시퀀스의 매개변수 설정합니다.
- 동적 [18F]-NaF-PET-MRI 데이터를 분석합니다.
주요 결과
- 이 기법은 정적 영상보다 갈바니 관절 병리를 더 정확하게 반영할 수 있습니다.
- 요추 부위의 통증이 있고 증상이 있는 관절을 식별할 가능성이 있습니다.
- 경추 및 흉추 부위로 응용을 확장하는 가능성이 있습니다.
- 퇴행성 디스크 질환을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.
결론
- 동적 영상 기법은 골 병리에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다.
- PET-MRI는 관절 상태를 더 정확하게 평가할 수 있습니다.
- 이러한 발견을 다른 척추 부위에서 검증하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
Dynamic [18F]-NaF-PET-MRI enables quantitative assessment of bone turnover, offering a mechanistic biomarker for degenerative joint pathology. This approach supports target validation in musculoskeletal drug discovery by providing objective, physiologic readouts of osteoblastic activity. Integration with MRI facilitates anatomic correlation, enhancing predictive confidence in preclinical and early clinical evaluation of facet joint interventions.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Quantifies osteoblastic activity via Patlak kinetic modeling, enabling mechanistic interrogation of bone remodeling pathways in facet joint degeneration.
- Operational Value: Provides reproducible, region-specific kinetic parameters that support hypothesis testing in target validation cascades.
- Predictive Value: Correlates tracer influx rates with MRI-derived pathology grades, improving translational biomarker alignment for analgesic or disease-modifying programs.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Establishes standardized protocols for dynamic PET acquisition and arterial input correction, enabling scalable quantification of bone metabolism.
- Quantitative Output: Generates metabolic rate and blood flow metrics from kinetic modeling, supporting assay standardization across spinal regions.
- Platform Reuse: Designed for extension to cervical/thoracic spine and degenerative disc disease, promoting cross-indication applicability in musculoskeletal R&D.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Uses lumbar facet joint as a prototypical model for facetogenic pain, aligning with clinically relevant sites of degenerative arthropathy.
- Translational Continuity: Links dynamic PET metrics to structural MRI findings, supporting biomarker qualification for pain-associated bone turnover.
- Risk De-risking: Enables longitudinal monitoring of treatment effects on bone metabolism, reducing uncertainty in go/no-go decisions for joint-targeted therapies.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum by providing quantitative bone turnover data that informs target engagement and pathway modulation in musculoskeletal disease models.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of osteoblast-driven pathology in facet joint degeneration through kinetic modeling of [18F]-NaF uptake.
- Screening: Enables assay-ready, reproducible measurement of bone metabolism across spinal regions via standardized VOI placement and partial volume correction.
- Analytics: Delivers Patlak influx rates and SUV metrics as quantitative readouts for comparing treatment effects on bone turnover dynamics.
- Translational Research: Correlates PET-derived kinetic data with MRI-based arthropathy grades, supporting biomarker validation in pain pathways.
- Enterprise Reuse: Framework adaptable to other spinal regions and degenerative conditions, promoting platform-level investment in molecular imaging capabilities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in bone pathology by quantifying dynamic osteoblastic activity beyond static imaging limits.
- Operational Value: Standardizes dynamic PET-MRI workflows, including arterial input correction and VOI definition, enhancing cross-site reproducibility.
- Strategic Value: Improves target confidence by linking molecular imaging biomarkers to clinical pain phenotypes, enabling better portfolio prioritization.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement of musculoskeletal candidates through objective, mechanism-based biomarker stratification.
Implementation Considerations
- Requires expertise in PET-MRI instrumentation, kinetic modeling, and spinal anatomy for accurate VOI placement.
- Dependent on simultaneous PET-MRI capability with arterial sampling or image-derived input functions for quantitative modeling.
- Necessitates standardized protocols for contrast administration, dose calibration, and frame sequencing across imaging sessions.
- Involves learning curve for software-based analysis of dynamic PET data and partial volume correction techniques.
- Limited by anatomical complexity of facet joints, necessitating visual triangulation with MR images for precise localization.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:42
Simultaneous Positron Emission Tomography (PET) and Magnetic Resonance (MR) Image Acquisition
2:04
Data Analysis
3:25
Standardized Uptake Value (SUV) and Kinetic Data Calculation and PET Partial Volume Correction
4:57
Results: Representative Dynamic Bone Turnover Analyses
5:50
Conclusion
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