Dit manuscript beschrijft twee radiotracer beheerprotocollen voor FDG-PET (constante infusie en bolus plus infusie) en vergelijkt deze met bolustoediening. Tijdelijke resoluties van 16 s zijn haalbaar met behulp van deze protocollen.
Methodenartikel
Dit manuscript beschrijft twee radiotracer beheerprotocollen voor FDG-PET (constante infusie en bolus plus infusie) en vergelijkt deze met bolustoediening. Tijdelijke resoluties van 16 s zijn haalbaar met behulp van deze protocollen.
Functionele positron emissie tomografie (fPET) biedt een methode om moleculaire doelen in het menselijk brein bij te houden. Met een radioactief gelabeld glucose-analoog, 18F-fluordeoxyglucose (FDG-fpet), is het nu mogelijk om de dynamiek van het glucose metabolisme te meten met tijdelijke resoluties die die van functionele magnetische resonantie beeldvorming naderen (fMRI). Deze directe meting van de opname van glucose heeft een enorm potentieel voor het begrijpen van de normale en abnormale hersenfunctie en het aftasten van de effecten van metabole en neurodegeneratieve ziekten. Verder, nieuwe vooruitgang in hybride Dhr-PET hardware maken het mogelijk om te vangen schommelingen in glucose en bloed oxygenatie gelijktijdig met behulp van fMRI en FDG-fPET.
De temporele resolutie en signaal-ruis van de FDG-fPET beelden is kritisch afhankelijk van de toediening van de radio Tracer. Dit werk presenteert twee alternatieve continue infusie protocollen en vergelijkt ze met een traditionele bolus aanpak. Het presenteert een methode voor het verkrijgen van bloedmonsters, tijdvergrendelende PET, MRI, experimentele stimulans, en het beheer van de niet-traditionele Tracer levering. Met behulp van een visuele stimulans, de protocol resultaten tonen corticale kaarten van de glucose-respons op externe stimuli op een individueel niveau met een temporele resolutie van 16 s.
Positron emissie tomografie (PET) is een krachtige moleculaire beeldvormings techniek die op grote schaal wordt gebruikt in zowel klinische als onderzoeksinstellingen (Zie Heurling et al.1 voor een recente uitgebreide beoordeling). De moleculaire doelen die kunnen worden afgebeeld met behulp van Pet worden alleen beperkt door de beschikbaarheid van radiotracers, en tal van tracers zijn ontwikkeld om beeld neurale metabolisme receptoren, eiwitten, en enzymen2,3. In de neurowetenschappen is een van de meest gebruikte radiotracers 18F-fluorodeoxyglucose (FDG-PET), die de opname van glucose meet, meestal geïnterpreteerd als een index van het cerebrale glucose metabolisme. Het menselijk brein vereist een constante en betrouwbare levering van glucose om te voldoen aan de energie-eisen4,5, en 70-80% van cerebrale glucose metabolisme wordt gebruikt door neuronen tijdens synaptische transmissie6. Veranderingen in cerebrale glucose metabolisme worden verondersteld te initiëren en bijdragen aan talrijke voorwaarden, met inbegrip van psychiatrische, neurodegeneratieve, en ischemische voorwaarden7,8,9. Bovendien, als FDG-opname is evenredig met synaptische activiteit10,11,12, het wordt beschouwd als een directere en minder congefundeerde index van neuronale activiteit in vergelijking met de meer gebruikte bloed oxygenatie niveau-afhankelijke functionele magnetische resonantie imaging (BOLD-fMRI) respons. BOLD-fMRI is een indirecte index van neurale activiteit en meet veranderingen in gedeoxygeneerde hemoglobine die optreden na een cascade van neurovasculaire veranderingen na Neuronale activiteit.
De meeste FDG-PET-studies van het menselijk brein verwerven statische beelden van cerebrale glucose opname. De deelnemer rust 10 minuten stil met hun ogen open in een verduisterde ruimte. De volledige radiotracer dosis wordt gedurende een periode van seconden als een bolus toegediend en de deelnemer rust vervolgens nog eens 30 minuten. Na de opnameperiode worden de deelnemers in het midden van de PET-scanner geplaatst en een PET-afbeelding die de cumulatieve FDG-verdeling weergeeft tijdens de opname-en scan perioden. Zo, de neuronale activiteit geïndexeerd door het huisdier afbeelding vertegenwoordigt het cumulatieve gemiddelde van alle cognitieve activiteit over opname en scan perioden en is niet specifiek voor cognitieve activiteit tijdens de scan. Deze methode heeft een groot inzicht verschaft in het cerebrale metabolisme van de hersenen en neuronale functie. Echter, de tijdelijke resolutie is gelijk aan de Scanduur (vaak ~ 45 min, effectief het opleveren van een statische meting van de opname van glucose; dit vergelijkt ongunstig naar neuronale reactie tijdens cognitieve processen en gemeenschappelijke experimenten in neuroimaging. Vanwege de beperkte temporele resolutie biedt de methode een niet-specifieke index van de opname van glucose (d.w.z. niet vergrendeld aan een taak of cognitief proces) en kan geen maatregelen van binnen-onderwerp variabiliteit bieden, wat kan leiden tot foutieve wetenschappelijke conclusies als gevolg naar de paradox13van Simpson. De paradox van Simpson is een scenario, waarbij hersen verhoudingen die over-onderwerpen worden berekend, niet noodzakelijkerwijs indicatief zijn voor dezelfde relaties die binnen-onderwerpen zijn getest. Bovendien kunnen recente pogingen om functionele connectiviteits maatregelen toe te passen op FDG-PET alleen de connectiviteit tussen verschillende onderwerpen meten. Verschillen in connectiviteit kunnen dus alleen worden vergeleken tussen groepen en kunnen niet worden berekend voor individuele proefpersonen. Hoewel het discreerbaar is wat de connectiviteit van de verschillende onderwerpen14betreft, is het duidelijk dat maatregelen die over-maar niet binnen-subjecten worden berekend, niet kunnen worden gebruikt als biomarker voor ziektetoestanden of worden gebruikt om de bron van individuele variatie te onderzoeken.
In de afgelopen vijf jaar heeft de ontwikkeling en bredere toegankelijkheid van klinisch-grade gelijktijdige MRI-PET-scanners een hernieuwde onderzoeksinteresse gewekt in FDG-PET Imaging2 in cognitieve neurowetenschappen. Met deze ontwikkelingen hebben onderzoekers zich gericht op het verbeteren van de temporele resolutie van FDG-PET om de normen van BOLD-fMRI (~ 0.5 − 2.5 s) te benaderen. Merk op dat de ruimtelijke resolutie van BOLD-fMRI de submillimeter resoluties kan benaderen, maar de ruimtelijke resolutie van FDG-PET is fundamenteel beperkt tot ongeveer 0,54 mm volledige breedte op halve maximum (FWHM) als gevolg van het positron bereik15. Dynamische FDG-huisdieren overnames, die vaak klinisch worden gebruikt, gebruiken de bolus toedieningsmethode en reconstrueren de lijst-modus gegevens in opslaglocaties. De bolus dynamische FDG-PET methode biedt een temporele resolutie van ongeveer 100 s (bijv. Tomasi et al.16). Dit is duidelijk veel beter in vergelijking met statische FDG-PET Imaging, maar is niet vergelijkbaar met BOLD-fMRI. Bovendien is het venster waarin de hersenfunctie kan worden onderzocht beperkt, omdat de bloed plasmaconcentratie van FDG kort na toediening van de bolus afneemt.
Om dit experimentele venster uit te breiden, hebben een handvol studies17,18,19,20,21 de radiotracer infusiemethode aangepast die eerder door Carson22werd voorgesteld, 23. Bij deze methode, soms omschreven als "functioneel FDG-PET" (FDG-fPet, analoog aan Bold-fMRI), wordt de radio Tracer toegediend als een constante infusie tijdens de gehele pet-scan (~ 90 min). Het doel van het infuus protocol is het handhaven van een constante plasma toevoer van FDG om dynamische veranderingen in glucose opname te volgen gedurende de tijd. In een proof-of-concept studie gebruikte Villien et al.21 een constant Infusion protocol en gelijktijdige MRI/FDG-fPet om dynamische veranderingen in de glucose opname te laten zien als reactie op een dambord stimulatie met een temporele resolutie van 60 s. Volgende studies hebben deze methode gebruikt om taak-vergrendelde FDG-fPet (d.w.z. tijd vergrendeld aan een externe stimulus19) en taakgerelateerde FDG-fPet (d.w.z. niet tijdgebonden aan een externe stimulus17te tonen, 18) opname van glucose. Met behulp van deze methoden, FDG-fhuisdier tijdelijke resoluties van 60 s zijn verkregen, wat een substantiële verbetering ten opzichte van de bolus methoden. Voorlopige gegevens tonen aan dat de infuus methode tijdelijke resoluties van 20 − 60 s19kan geven.
Ondanks de veelbelovende resultaten van de constante infusiemethode, tonen de plasma radioactiviteitscurves van deze onderzoeken aan dat de infusiemethode niet volstaat om een steady-state te bereiken binnen het tijdsbestek van een 90 min scan19,21. In aanvulling op de constante infusie procedure, Carson22 ook voorgesteld een hybride bolus/infusie procedure, waarbij het doel is om snel evenwicht te bereiken aan het begin van de scan, en dan ondersteunen plasma radioactiviteitsniveaus bij evenwicht voor de duur van de scan. Rischka et al.20 heeft deze techniek onlangs toegepast met behulp van een 20% bolus plus 80% infusie. Zoals verwacht, de arteriële input functie snel steeg boven de basislijn niveaus en was langdurig op een hoger tarief, in vergelijking met resultaten met behulp van een infusie-only procedure19,21.
Dit artikel beschrijft de acquisitie protocollen voor het verkrijgen van Pet-scans met een hoge temporele resolutie van FDG-fmet behulp van infusie-only en bolus/infusie radiotracer toediening. Deze protocollen zijn ontwikkeld voor gebruik in een gelijktijdige MRI-PET-omgeving met een 90 − 95 min acquisitie tijd19. In het protocol worden bloedmonsters genomen om de radioactiviteit van het plasma serum te kwantificeren voor latere kwantificering van PET-beelden. Hoewel de focus van het protocol de toepassing van infusie methoden voor functionele neuroimaging met behulp van vet-fMRI/FDG-fpet is, kunnen deze methoden worden toegepast op elke Pet-studie van FDG-f, ongeacht of gelijktijdige MRI, Bold-f MRI, computertomografie (CT), of andere neuro images worden verworven. Afbeelding 1 toont het stroomschema van de procedures in dit protocol.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dit protocol is beoordeeld en goedgekeurd door het ethisch comité van de Monash University Human Research (erkenningsnummer CF16/1108-2016000590) in overeenstemming met de Australische nationale verklaring over ethisch gedrag in menselijk onderzoek24. Procedures werden ontwikkeld onder leiding van een geaccrediteerde medische fysicus, nucleaire geneeskunde technoloog, en klinische radio graaf. Onderzoekers moeten verwijzen naar hun lokale deskundigen en richtlijnen voor de toediening van ioniserende straling bij de mens.
1. benodigde apparatuur en personeel
2. voorbereiding

3. Scan de deelnemer
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Studie-specifieke methoden
Hier, studie-specifieke Details voor de representatieve resultaten worden gerapporteerd. Deze details zijn niet essentieel voor de procedure en zullen variëren in studies.
Deelnemers en taak ontwerp
Deelnemers (n = 3, tabel 2) onderging een gelijktijdige Bold-fMRI/FDG-fPet-studie. Aangezien dit manuscript zich richt op het huisd...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
FDG-PET is een krachtige beeldvormingstechnologie die de opname van glucose meet, een index van het cerebrale glucose metabolisme. Tot op heden gebruiken de meeste neurowetenschappelijke studies met FDG-PET een traditionele bolus toedieningsbenadering, met een statische beeldresolutie die de integraal van alle metabolische activiteit in de loop van de scan2vertegenwoordigt. Dit manuscript beschrijft twee alternatieve radiotracer beheerprotocollen: de infusie-only (bijv. villien et al., jamadar et ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren geen belangenconflict. De financieringsbron was niet betrokken bij het studie ontwerp, de verzameling, de analyse en de interpretatie van gegevens.
Jamadar wordt ondersteund door een Australische Raad voor onderzoek (ARC) Discovery Early Career researcher Award (DECRA DE150100406). Jamadar, Ward en Egan worden ondersteund door het ARC Centre of Excellence voor integratieve hersenfunctie (CE114100007). Chen en Li worden gesteund door de financiering van de Reignwood Cultural Foundation.
Jamadar, Ward, Carey en McIntyre ontwierpen het protocol. Carey, McIntyre, Sasan en Fallon hebben de gegevens verzameld. Jamadar, Ward, Parkes en Sasan analyseerden de gegevens. Jamadar, Ward, Carey en McIntyre schreven het eerste ontwerp van het manuscript. Alle auteurs hebben de definitieve versie beoordeeld en goedgekeurd.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Bloedverzamelapparatuur | |||
| --12-15 vacutainers | Becton Dickinson, NJ USA | 364880 | Blijf in steriele verpakking totdat er bloed in de buis moet worden geplaatst |
| --12-15 10mL LH bloedverzamelbuizen | Becton Dickinson | 367526 | Gemarkeerd met het monsternummer (bijv. S1, S2…) en vervolgens gemarkeerd met de monstertijd (bijv. tijd 0 + x min [T0+x]) |
| --2-15 10mL Terumo-spuiten | Terumo Tokyo, Japan | SS+10L | Deze worden op de dag van het onderzoek opgezogen en afgesloten met de ampul die de zoutoplossing bevatte |
| -- vooraf opgezogen 0,9% zoutoplossingsflushes | Pfizer, NY, USA | 61039117 | |
| --12-15 5mL Terumo-spuiten | Terumo Tokyo, Japan | SS+05S | Blijf in steriele verpakking totdat u klaar bent om een bloedmonster te nemen |
| Veiligheid & afvalapparatuur | Alle objecten zijn gerangschikt op een plastic stoel in de scannerruimte aan dezelfde kant als de arm waaruit de bloedmonsters worden genomen. Biohazard en niet-biohazard afvalzakken moeten worden gebruikt. Handschoenen en afvalzakken moeten gemakkelijk toegankelijk zijn bij het voorbereiden van de radioactiviteit in het dispensergebied en bij het pipetten van de plasmamonsters. Biohazard en niet-biohazard afvalzakken moeten worden gebruikt. Al het geproduceerde afval wordt gecontroleerd met de Geigerteller om ervoor te zorgen dat radioactief besmet afval wordt opgeslagen totdat het veilig kan worden verwijderd volgens de richtlijnen van de Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency (APRANSA) voor Radiation protection series No.6 (2017). | ||
| -- Handschoenen | Westlab, VIC, Australië | 663-219 | |
| -- afvalzakken | Austar Packaging, VIC, Australië | YIW6090 | |
| --cello onderlagen 'blueys' Onderlagen 5 Ply | Halyard Health, NSW, Australië | 2765A | |
| --Blauwe Sharpie pen | Sharpie, TN, USA | S30063 | |
| Dosisspuiten | Blijf in steriele verpakking totdat u klaar bent om ze te gebruiken. Alle spuiten die in deze faciliteit worden gebruikt, hebben een extra volumecapaciteit van 20% boven het vermelde volume op de verpakking. Dit is belangrijk voor de 50mL-spuit waar de totale capaciteit van 60mL wordt gebruikt | ||
| --5mL | Terumo Tokyo, Japan | SS+05S | |
| -- 20mL | Terumo Tokyo, Japan | SS+20L | |
| --50mL | Terumo Tokyo, Japan | SS*50LE | |
| --1 Terumo 18-gauge naald | Terumo Tokyo, Japan | NN+1838R | Blijf in steriele verpakking totdat u klaar bent om [18F]FDG in de zoutoplossingszak te injecteren |
| --100mL 0,9% zoutoplossingszak | Baxter Pharmaceutical, IL, USA | AHB1307 | Blijf in steriele verpakking totdat u klaar bent om [18F]FDG te injecteren |
| Radiochemie Lab Benodigdheden | |||
| --Heraeus Megafuge 16 centrifuge; Rotor Bioshield 720 | ThermoScientific MA, USA | 75004230 | Relatieve centrifugale kracht = 724 Onze instellingen zijn 2000RPM gedurende 5 minuten. Versnellings- en vertragingscurves ingesteld op 8 |
| --Single well counter | Laboratory Technologies, Inc. IL, USA | 630-365-1000 | Voltooi dagelijkse kwaliteitscontrole (inclusief achtergrondtelling) en protocol ingesteld op 18F en 4 minuten. Kruiskalibratie wordt tweemaandelijks uitgevoerd tussen de well counter, dosiscalibrator en scanner. |
| --Pipette | ISG Xacto, Wenen, Oostenrijk | LI10434 | We gebruiken een 100-1000 μL ingesteld op 1000μL. Het wordt jaarlijks gekalibreerd. |
| --12-15 plasmatellingsbuizen | Techno PLAS; SA Australië | P10316SU | Gemarkeerd op dezelfde manier als de LH-bloedbuizen |
| --12-15 pipettentips | Expell Capp, Denemarken | 5130140-1 | |
| --3 testbuisjeshouders | Generiek | Geccheckt met een Geigerteller om ervoor te zorgen dat er geen stralingsbesmetting op staat | |
| --500mL volumetrische kolf en gedistilleerd water | Generiek | Ongeveer 500mL gedistilleerd water nodig om de referentie voor gammatelling voor te bereiden | |
| --Gesynchroniseerde klokken in scannerruimte, console en radiochemielabo | Generiek | Synchronisatiecontroles worden routinematig wekelijks in de faciliteit uitgevoerd | |
| --Haemoglobine Monitor | EKF Diagnostic Cardiff, UK Haemo Control. | 3000-0810-6801 | Aanbevolen kwaliteitscontrole van de fabrikant uitgevoerd vóór het testen van het bloedmonster van de deelnemer. |
| --Glucometer | Roche Accu-Chek | 6870252001 | Accu-Chek Performa wordt gebruikt om de bloedsuikerspiegel van de deelnemer in mmol/L te meten. Kwaliteitscontrole wordt dagelijks uitgevoerd met behulp van een oplossingscontroletest met hoge en lage concentratie. |
| Canuleringsapparatuur | Controleer de vervaldatums en train NMT om aseptisch voor te bereiden op canuleringen. | ||
| --Reguleerbare tourniquet | CBC Classic Kimetec GmBH | K5020 | |
| --20, 22 en 24 gauge canules | Braun, Melsungen Duitsland | 4251644-03; 4251628-03; 4251601-03 | |
| --tegaderm-verband |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen