Methodenartikel

Studie van metabole hersenconnectiviteit met behulp van 2-Deoxy-2-[18F]Fluoro-D-Glucose dynamische positronemissietomografie op het niveau van één proefpersoon

DOI:

10.3791/67458

⸱

24 januari 2025

 ,  ,  ,  , 
1IBiTech MEDISIP Infinity Lab, Department of Electronics and Information Systems, Ghent University, 24BRAIN, Department of Neurology, Ghent University Hospital

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De verwerving van dynamische positronemissietomografie (PET)-gegevens en reconstructie in tijdsbestekken maakt analyse van metabole hersenconnectiviteit op het niveau van één persoon mogelijk. We beschrijven een methode om [18F]FDG dynamische PET-gegevens van de hersenen van de rat te verkrijgen en een connectiviteitsmatrix te verkrijgen door de extractie van tijd-activiteitscurven van interessante volumes.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tot op de dag van vandaag wordt metabole hersenconnectiviteit meestal op groepsniveau bestudeerd door het verkrijgen van statische positronemissietomografie (PET)-gegevens van meerdere proefpersonen. Onze onderzoeksgroepen bestuderen momenteel veranderingen in metabole connectiviteit over meerdere tijdstippen na een intracerebrale bloeding op intrasubjectniveau bij ratten. Om de metabole hersenconnectiviteit binnen de proefpersoon te onderzoeken, is temporele informatie over de traceropname in verschillende hersengebieden vereist, wat kan worden bereikt door middel van dynamische PET. In deze publicatie geven we een gedetailleerde beschrijving van ons protocol voor data-acquisitie en -analyse.

Dynamische PET-gegevens van de hersenen van de rat worden verkregen op een speciaal preklinisch PET-systeem met behulp van 2-deoxy-2-[18F]fluor-D-glucose ([18F]FDG) als tracer. De tracer wordt bij aanvang van de PET-scan intraveneus geïnjecteerd als een bolus. Tijdens de 60 minuten durende acquisitie worden de dieren verdoofd met medetomidine.

Na acquisitie worden de PET-gegevens gereconstrueerd in tijdsbestekken van dertig minuten met behulp van een iteratief reconstructiealgoritme (Maximum-Likelihood Expectation-Maximization). Een verkavelde atlas bestaande uit meerdere volumes van belang (VOI's) wordt gebruikt om tijd-activiteitscurven van elke VOI te extraheren, die vervolgens worden gebruikt om de Pearson-correlatiecoëfficiënt tussen elk paar VOI's te berekenen.

Dit dynamische PET-protocol maakt het mogelijk om metabole connectiviteitsverschillen tussen twee afzonderlijke scans te beoordelen, in plaats van tussen groepen scans. Deze benadering maakt het mogelijk om veranderingen in metabole connectiviteit binnen een enkele proefpersoon op verschillende tijdstippen te bestuderen, of om de metabole connectiviteit van een individu te vergelijken met een normale database. Dergelijke vergelijkingen kunnen nuttig zijn voor het volgen van ziekteprogressie of bij de diagnose van neurologische aandoeningen die worden gekenmerkt door verstoorde communicatie tussen hersengebieden, zoals epilepsie of dementie.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Positronemissietomografie (PET) is een moleculaire beeldvormingstechniek die vaak wordt gebruikt in zowel onderzoek als in klinische omgevingen. Door de ontwikkeling van verschillende PET-tracers kan PET worden gebruikt om de pathofysiologie van de ziekte te bestuderen en de progressie van de ziekte en de respons op behandelingen te volgen1. Een van de meest gebruikte radiotracers is 2-deoxy-2-[18F]fluor-D-glucose ([18F]FDG), waarmee het glucosemetabolisme in beeld kan worden gebracht, wat wijst op cellulaire activering. Het wordt in de oncologie gebruikt voor diagnose, stadiëring en prognose; in de neurologie, meestal in de context van neurodegeneratieve ziekten zoals dementie; En in de cardiologie, om aandoeningen zoals sarcoïdose te diagnosticeren, om maar een paar voorbeelden te noemen: 1,2,3.

Beoordeling van metabole hersenconnectiviteit, verkregen uit [18F]FDG PET-gegevens, verwijst naar de functionele relaties tussen de opname van tracers in verschillende hersengebieden. Deze benadering maakt het mogelijk om een "connectiviteitsmatrix" te berekenen door een reeks hersengebieden te selecteren, die inzicht kunnen geven in hoe verschillende delen van de hersenen op elkaar inwerken en samenwerken. Dit type analyse is met name nuttig voor het bestuderen van de hersenfunctie bij gezondheid en ziekte, waaronder aandoeningen zoals dementie, epilepsie en andere neurologische aandoeningen 4,5.

De eerste studie die de metabole hersenconnectiviteit beoordeelde, dateert al uit de jaren 19806, maar onderzoekers onderzochten vooral structurele hersenconnectiviteit, ook bekend als het "connectoom"7, door middel van diffusiegewogen magnetische resonantiebeeldvorming (DW-MRI). Bovendien wordt functionele connectiviteit met behulp van technieken zoals functionele MRI (fMRI), elektro-encefalografie (EEG) en magneto-encefalografie (MEG) al tientallen jaren op grote schaal onderzocht 8,9.

Onlangs is er een hernieuwde belangstelling voor het bestuderen van metabole hersenconnectiviteit met behulp van [18F]FDG PET, niet alleen op zichzelf, maar ook in combinatie met andere vormen van hersenconnectiviteit10. Vanwege de inherente "statische" aard van PET-beelden (in tegenstelling tot bijvoorbeeld functionele MRI), is de overgrote meerderheid van de op PET gebaseerde resultaten van het hersennetwerk echter gebaseerd op analyse op groepsniveau, waarbij correlaties tussen hersengebieden worden berekend op het niveau tussen proefpersonen. Deze beperking maakt een analyse binnen het onderwerp van PET-beelden onmogelijk, wat essentieel is voor longitudinale studies die veranderingen in de tijd binnen hetzelfde individu kunnen volgen4. Daarom is de ontwikkeling van methoden die analyse van één onderwerp mogelijk maken, zoals dynamische moleculaire connectiviteit op basis van PET, een belangrijke onderzoeksrichting in het hersenonderzoek naar netwerkstoornissen, omdat het de deur opent naar het gebruik van moleculaire netwerkanalyse in de klinische praktijk. Daarom werden in onze preklinische studie dynamische PET-gegevens gebruikt.

Onze onderzoeksgroepen voeren momenteel een studie uit die veranderingen in metabole connectiviteit onderzoekt na een intracerebrale bloeding op intrasubject-niveau op meerdere tijdstippen met behulp van het rattencollagenasemodel11. Om de metabole hersenconnectiviteit binnen de proefpersoon te onderzoeken, is temporele informatie over de traceropname in verschillende hersengebieden vereist, die kan worden verkregen via dynamische PET. In de volgende paragrafen geven we een gedetailleerde beschrijving van het protocol voor gegevensverzameling en -analyse.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle procedures zijn in overeenstemming met de Europese richtlijnen (richtlijn 2010/63/EU), en het protocol werd goedgekeurd door de lokale Dierethische Commissie van de Universiteit Gent (ECD 23/33). Twaalf Sprague Dawley-ratten (zes vrouwtjes, zes mannetjes) werden in het onderzoek opgenomen. Hun PET-scans werden verkregen met behulp van het volgende protocol op meerdere tijdstippen, variërend van 2 weken vóór tot 18 weken na een geïnduceerde intracerebrale bloeding. Op het moment van de eerste scan waren alle dieren 18 weken oud en wogen de vrouwtjes 244,8 ± 10,1 g (gemiddelde ± SD), terwijl de mannetjes 363,6 ± 13,3 g wogen.

Zorg ervoor dat radioactieve materialen alleen worden bewerkt en gehanteerd door opgeleid personeel. Houd de dosis voor personeel en dieren zo laag als redelijkerwijs mogelijk is (ALARA).

1. Gegevensverzameling

OPMERKING: Zie de materiaaltabel voor meer informatie over de preklinische PET-imager en de software die wordt gebruikt voor gegevensverzameling. De imager is een PET-scanner met 45 detectoren (gerangschikt in 5 ringen) met een axiaal gezichtsveld (FOV) van 13 cm en een transaxiaal gezichtsveld van 7,6 cm, met behulp van LYSO-kristallen en SiPM-detectoren. Het systeem vertoont een ruimtelijke resolutie van 850 μm, een gevoeligheid van 12% en een energieresolutie van 12,6%12. De volgende stappen zijn met dit in gedachten geschreven.

  1. Ontneem de dieren ten minste 6 uur voor het scannen voedsel door al het voer uit hun kooi te halen. Zodra het dier een voldoende vastenperiode heeft ondergaan, begint u als volgt met de voorbereidingen voor het verzamelen van gegevens.
  2. Zet een verwarmingskussen aan en laat het opwarmen tot 30-35 °C.
  3. Verdoof het dier met isofluraan door het dier in een gasanesthesiekamer gevuld met 5% isofluraan in medische O2 te plaatsen met een debiet van 2.000 ml/min. Help de lichaamstemperatuur van het dier op peil te houden door een verwarmingslamp op 30 cm van de kamer te plaatsen. Het dier wordt goed verdoofd wanneer de ademhalingsfrequentie 0,5-1 Hz bedraagt.
  4. Weeg het dier.
  5. Plaats het dier op het verwarmingskussen. Gebruik een neuskegel om 2% isofluraan toe te dienen in medische O2 bij een debiet van 500 ml/min. Pas de dosis isofluraan zo nodig aan om het dier goed verdoofd te houden.
  6. Scheer een deel van de nek van het dier tussen de schouderbladen.
  7. Staartader preparaat voor tracer injectie:
    1. Draai het dier op zijn linker- of rechterzij en gebruik de verwarmingslamp om zijn staart op te warmen, waardoor vaatverwijding ontstaat.
    2. Neem ongeveer 20 cm BTPE-10 slang mee. Breek met behulp van een naaldhouder de schacht van een naald van 30 G af en steek 1-2 mm van de achterkant in de PE-slang. Vul een insulinespuit van 1 ml met zoutoplossing en steek de naaldpunt 3-5 mm in de PE-slang. Vul de PE-slang voor met zoutoplossing uit de gevulde spuit en houd de zoutoplossing aangesloten op de PE-slang.
    3. Maak de staart van het dier schoon met ethanol. Verwijder het verwarmingslampje.
    4. Steek de naaldpunt van de PE-slang in een laterale staartader. Controleer de juiste plaatsing van de naald: zoek naar bloed dat de PE-slang binnendringt wanneer de zuiger wordt teruggetrokken, een afwezigheid van weerstand tijdens het injecteren en de vorming van een onderhuidse bleb (wat wijst op paraveneuze injectie) op de injectieplaats. Als de invoer niet is gelukt, verwijder dan de naald van de staart en probeer het opnieuw op een meer proximaal gedeelte.
    5. Zet de naald vast met een druppel instantlijm op de penetratieplaats en plak de PE-slang aan de staart.
      NOTITIE: Vermijd beweging van de PE-slang. Als er op enig moment bloed in de PE-slang komt, spoel deze dan onmiddellijk met zoutoplossing om verstopping te voorkomen.
  8. Schakel over op medetomidine sedatie:
    1. Plaats het dier in buikligging op de verwarmingsmat. Doe een druppel ooggel op elk oog om te voorkomen dat ze uitdrogen.
    2. Bereid de PE-slang (40-100 cm) voor op aansluiting op een infuuspomp die dicht bij de PET-scanner wordt geplaatst. Breek met een naaldhouder de schacht van een naald van 30 G af en steek 1-2 mm van de achterkant in de PE-slang. Vul een plastic spuit van 1 ml met een naald van 30 g met ten minste 0,2 ml medetomidine (per dier) en steek de naaldpunt 3-5 mm in de PE-slang. Vul de PE-slang voor met medetomidine uit de spuit.
    3. Plaats de spuit met medetomidine in de infuuspomp. Zet de pomp aan en selecteer de juiste spuit door te klikken op Spuit zoeken | BD Plastic | 1 ml.
    4. Werp boli van 0,005 ml uit met behulp van de pomp totdat er een druppel uit de naald aan het andere uiteinde van de PE-slang komt. Zorg ervoor dat er geen luchtbellen in de PE-slang aanwezig zijn.
    5. Steek de naald van de PE-slang 2-3 mm subcutaan tussen de schouderbladen van het dier. Zet de naald vast met een druppel instantlijm op de penetratieplaats en plak de PE-slang voorzichtig op de rug van het dier.
    6. Injecteer een bolus met volume v medetomidine (snelheid: 3 ml/min) op basis van het gewicht van het dier:
      figure-protocol-1
      Waarbij d = 0,05 mg/kg (de dosis medetomidine in mg per kg dierlijk gewicht), m het gewicht van het dier in kg is en c de concentratie medetomidine in mg/ml.
    7. Stop de toediening van isofluraan 10 minuten na de toediening van de medetomidinebolus en pas de dosis isofluraan zo nodig aan om een stabiele anesthesie tijdens deze wachttijd te behouden.
      OPMERKING: Isofluraan in combinatie met medetomidine vertraagt de ademhalingsfrequentie van het dier aanzienlijk. Nauwgezette controle is essentieel totdat de toediening van isofluraan wordt gestaakt.
    8. Vijf minuten na het stoppen met isofluraan begint u met een continue infusie van medetomidine met een snelheid van:
      rcont = r • m
      Waarbij r = 0,1 mg/(kg·h); de hoeveelheid medetomidine in mg per lichaamsgewicht van het dier in kg/uur) en m is het gewicht van het dier in kg.
      OPMERKING: Een equilibratieperiode van nog eens 25 minuten na het starten van de continue infusie (dus 30 minuten na het stoppen met isofluraan) is nodig voordat de scan kan worden gestart om er zeker van te zijn dat het systeem van het dier vrij is van isofluraan. Ga gedurende deze tijd verder met de volgende stappen.
  9. Positionering van dieren in de PET-scanner:
    1. Bereid het scannerbed voor met een verwarmingskussen, een druksensor en papieren zakdoekjes. Gebruik de sensor om de ademhalingsfrequentie van het dier te controleren en de papieren zakdoekjes om de door het dier uitgescheiden urine op te nemen.
      OPMERKING: Vanwege de medetomidine zal het dier doorgaans grote hoeveelheden urine uitscheiden.
    2. Breng het dier voorzichtig over op het scannerbed en zorg ervoor dat de medetomidinelijn en de staartaderkatheter goed blijven zitten. Plaats de kop van het dier zo recht mogelijk met behulp van een neuskegel voor hulp indien nodig. Zet de kop vast met tape zodra deze goed is geplaatst.
    3. Schakel het verwarmingskussen in en controleer of het ademhalingsfrequentiebewakingssysteem correct werkt, waarbij u de positionering van de druksensor indien nodig aanpast.
  10. Tien tot vijf minuten voordat u met de PET-scan begint, vult u een insulinespuit met ongeveer 20 MBq 2-deoxy-2-[18F]fluor-D-glucose ([18F]FDG) verdund in 0,1-0,8 ml zoutoplossing.
    LET OP: Fluor-18 (18F) is een fluor radio-isotoop met een halfwaardetijd van 109,8 min. Volg de lokale stralingsveiligheidsprotocollen bij het omgaan met radioactief materiaal.
  11. Open de scannersoftware en configureer de volgende scanparameters: Selecteer 18F als isotoop (belangrijk voor het corrigeren van verval), voer de gemeten activiteit in van de spuit met de radiotracer (in MBq gemeten door de dosiskalibrator) en het meettijdstip (de informatie wordt opgeslagen in de metadata, die nodig is om de gegevens om te zetten in andere eenheden, zoals standaard opnamewaarden). Selecteer het algemene protocol en vink Automatisch sorteren na acquisitie aan. Stel de scanduur in op 1 uur en pas het interessegebied (ROI) aan zodat het het hele rattenbrein bevat (meestal positie 2-5).
  12. Zodra er 30 minuten zijn verstreken sinds de stopzetting van de toediening van isofluraan, start u de PET-scan:
    1. Nogmaals, controleer de juiste plaatsing in de ader door aspiratie, gevolgd door injectie van een kleine hoeveelheid zoutoplossing zoals beschreven in stap 1.7.4.
    2. Vervang de spuit met zoutoplossing door de spuit met radiotracer. Bij het verwijderen van de spuit uit de PE-slang is het mogelijk dat er bloed in de PE-slang komt, waardoor de zoutoplossing naar buiten wordt geduwd. Steek de naald van de radiotracer-spuit snel in zonder de PE-slang te doorboren.
    3. Start de scan met behulp van de scannersoftware.
    4. Zodra de acquisitie begint, injecteert u de tracer als een bolus over ongeveer 0,5-2 s. Vervang de lege radiotracer-spuit onmiddellijk door de zoutspuit en spoel de PE-slang door met ongeveer 0,1 ml zoutoplossing. Gebruik een tissue om eventuele druppels radiotracer op te vangen die tijdens het verwisselen van de spuit kunnen ontsnappen.
      OPMERKING: De telsnelheid die door de scannersoftware wordt weergegeven, zou snel moeten toenemen tot 4.5-6.5 Mcps na tracerinjectie. Het feit dat het tellingspercentage aanvankelijk significant lager was dan 4 Mcps en daarna toeneemt, duidt op een (gedeeltelijk) paraveneuze tracerinjectie.
    5. Beoordeel de resterende activiteit die niet in het dier is geïnjecteerd door de activiteit van de tracerspuit en mogelijk besmet weefsel(s) en handschoenen te meten. Voer die activiteit en het tijdstip van meting in de scannersoftware in om deze op te slaan in de metadata.
      OPMERKING: Een resterende activiteit van 0,1-1,5 MBq is typisch, afhankelijk van de hoeveelheid tracer die is ontsnapt bij het omschakelen van de tracer voor de zoutspuit.
  13. Zodra de scan is voltooid, werpt u het bed met het dier uit de scanner.
    OPMERKING: Het dier kan reageren op prikkels of wakker worden voordat medetomidine is geantagoniseerd. Behandel het dier met zorg en wees voorbereid op plotselinge bewegingen tijdens de volgende stappen. Houd er ook rekening mee dat het dier radioactief is. Probeer daarom de volgende stappen zo snel en zorgvuldig mogelijk te doorlopen.
  14. Verwijder de naald en PE-slang van de staart van het dier met behulp van een naaldhouder. Breng een tissue of kompres aan op de prikplaats om mogelijke bloedingen te stoppen.
  15. Stop de toediening van medetomidine en verwijder de naald en het PE-slangetje uit de nek van het dier.
  16. Plaats het dier in een kooi vrij van andere dieren en gebruik een tissue om (radioactieve) urine op te vangen die kan worden uitgescheiden tijdens het verplaatsen van het dier. Dien 1 ml zoutoplossing subcutaan toe in de rug met behulp van een insulinespuit van 1 ml om rehydratatie te bevorderen.
  17. Draai de sedatie ongedaan met een subcutane injectie van atipamezole.
    1. Bereken het juiste volume v met behulp van de volgende vergelijking:
      figure-protocol-2
      Waarbij d = 0,5 mg/kg, d.w.z. de dosis medetomidine in mg per kg dierlijk gewicht, m het gewicht van het dier in kg is en c de concentratie van atipamezol in mg/ml.
    2. Voor dieren met een laag gewicht die resulteren in kleine berekende volumes, verdun de atipamezol met zoutoplossing om een nauwkeurigere dosis mogelijk te maken. Vul een insulinespuit met 4 • v atipamezol en 12• v zoutoplossing. Injecteer 1/4 van de resulterende oplossing subcutaan in de rug van het dier bij de nek.
  18. Houd het dier visueel in de gaten totdat het wakker wordt, wat 1-5 minuten zou moeten duren. Zodra het dier in staat is om rechtop te blijven en vrij te bewegen, breng je het terug naar de groepshuisvesting. Geef het dier voer en water.

2. Reconstructie van gegevens en kwaliteitscontrole

OPMERKING: Met behulp van de hard- en software die beschikbaar is in onze studie, werden alle PET-gegevens gecorrigeerd voor radionuclideverval en werden verkregen sinogrammen gereconstrueerd met het geordende subset verwachtingsmaximalisatie 3-dimensionale (OSEM-3D) algoritme met behulp van een 30% venster rond de 511 keV fotopiek. De OSEM-reconstructiesoftware gebruikte de standaardinstellingen van 10 subsets met 20 miljoen gebeurtenissen per subset. Afbeeldingen werden gereconstrueerd tot een transversale matrix van 192 x 192 x 384 met kubische beeldvoxels van 0,4 mm. Er werd geen dempingscorrectie uitgevoerd.

  1. Om te controleren of de tracerinjectie is geslaagd, controleert u de telsnelheid die tijdens de 60 minuten acquisitie is gedetecteerd (d.w.z. tijd-activiteitscurve (TAC)). Controleer of er een piek is binnen de eerste minuut na acquisitie, onmiddellijk nadat de tracer is geïnjecteerd.
  2. Statische reconstructie: Reconstrueer de verkregen gegevens met behulp van een OSEM-algoritme met behulp van 30 iteraties, een isometrische voxelgrootte van 400 μm en een energievenster van 30% gecentreerd op de fotopiek van 511 keV.
  3. Zodra de reconstructie is voltooid, inspecteert u de resulterende afbeelding op artefacten.
  4. Dynamische reconstructie: Reconstrueer de verkregen gegevens in tijdsbestekken van dertig minuten van 2 minuten met dezelfde instellingen als voor de statische reconstructie.

3. Gegevensanalyse

OPMERKING: De volgende stappen 3.1 en 3.2 worden uitgevoerd in een biomedische softwareomgeving die is bedoeld voor het kwantificeren van PET-gegevens, met behulp van de Image Registration and Fusion Tool (PFUS) en de General Kinetic Modeling Tool (PKIN).

  1. In PFUS:
    1. Op de subpagina Invoerafbeeldingen laden:
      1. Laad het DICOM-bestand van de dynamische reconstructie met behulp van de INP-laadknop of door het bestand naar het canvas te slepen en neer te zetten. Gebruik het besturingselement Algemene afbeeldingsweergave rechtsboven om door segmenten en tijdframes te navigeren en de kleurenbalk aan te passen. Pas indien nodig de afdrukstand van de afbeelding aan naar de standaardstand met behulp van de knop Invoerbeeldstand wijzigen in de rechterzijbalk.
      2. Bijsnijden en kadergemiddelde: Klik op de pijl rechtsonder om de verborgen besturingselementen voor optellen en bijsnijden weer te geven en vink Bijsnijden aan. Definieer in het canvas de grenzen voor bijsnijden door de randen aan te passen en het midden van het bijsnijdvak te slepen; Zorg ervoor dat de hele hersenen en een beetje vulling, met delen van de ogen en het ruggenmerg, worden ingesloten. Zodra het bijsnijdvak correct is gedefinieerd, klikt u op de bijsnijdknop om de afbeelding bij te snijden. Bereken het tijdgewogen framegemiddelde over alle tijdsbestekken door op de oranje gemiddeldeknop te klikken en wacht tot het resultaat automatisch wordt toegevoegd aan de invoerafbeeldingen, wat resulteert in twee invoerafbeeldingen in totaal: de bijgesneden dynamische gegevens met de tijdframes en het bijgesneden tijdgewogen gemiddelde van dezelfde gegevens.
      3. Selecteer Vervormen als overeenkomende methode of druk op de knop als deze al is geselecteerd om door te gaan naar normalisatie op basis van sjabloon.
    2. In subpagina Referentie & Matching:
      1. Selecteer de tijdgewogen gemiddelde afbeelding als de invoerafbeelding (deze wordt normaal gesproken automatisch geselecteerd vanaf de laatste stap).
      2. Laad een referentie door op de knop te klikken om een normalisatiesjabloon als referentieafbeelding te selecteren. Selecteer Rat FDG (W. Schiffer).
      3. Vergelijk de invoer met de sjabloon door te klikken op de knop voor Invoer vergelijken | Invoer: Handmatig aanpassen in de zijbalk aan de rechterkant. Sleep en roteer de invoerafbeelding zodat deze ongeveer overeenkomt met de sjabloon. Zorg ervoor dat Rat als soort is geselecteerd, de registratiemethode is Vervormen en klik vervolgens op de knop Overeenkomen met stroom om naar de volgende subpagina te gaan.
    3. In subpagina Matching Resultaat:
      1. Controleer het resultaat en pas de match indien nodig handmatig aan. Klik op Huidige transformatie toepassen op alles om ook overeen te komen met de invoerafbeelding die bestaat uit de tijdframes.
      2. Klik op de groene knop VOI's om door te gaan naar de volgende verwerkingsstap.
    4. In subpagina VOI-analyse:
      1. Selecteer de afbeelding met de tijdframes als afbeelding A in het menu rechtsonder.
      2. Ga naar het tabblad Sjabloon en selecteer Px Rat (W. Schiffer) op het tabblad Atlas , of laad een aangepaste atlas en selecteer de gewenste volumes. Als u de VOI's wilt toepassen, klikt u op de knop Overzicht onderaan.
      3. Klik op de knop boven het tabblad Sjabloon om TAC's te berekenen en naar PKIN-tools te sturen.
  2. In PKIN:
    1. Selecteer rechtsonder de TAC's voor Weergavetype om de TAC's in kBq/ml van de eerder geselecteerde VOI's te visualiseren.
    2. Klik met de rechtermuisknop op het canvas met de TAC's en klik op Waardetabel met zichtbare curven. Kopieer de tabel naar een spreadsheet voor verdere analyse.
  3. Bereken de Pearson-correlatie tussen alle paren van VOI's, met behulp van gegevens van het zesde tot het laatste tijdsbestek (= 10-60 minuten na het starten van de scan), om een correlatiematrix te verkrijgen. Een Python-script met de naam "correlation_matrix.py" dat aan dit doel voldoet, is opgenomen in aanvullend bestand 1.
  4. Bereken of de Pearson-correlatie significant is met behulp van de t-toets-statistiek: figure-protocol-3 met n - 2 vrijheidsgraden, waarbij r de Pearson-correlatiecoëfficiënt is en n = 25 het aantal tijdsbestekken dat is gebruikt voor het berekenen van de Pearson-correlatie. Pas een geschikte correctie toe voor meervoudige vergelijkingen en vergelijk de statistiek met de kritische waarde van een tweezijdige t-verdeling (p = 0,05) met n - 2 vrijheidsgraden. Beschouw de Pearson-correlatie tussen twee VOI's als significant als de gecorrigeerde t-testwaarde kleiner is dan de kritische waarde.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zodra de scan is voltooid, kan de TAC van de gedetecteerde snelheid tijdens de acquisitie worden onderzocht om te controleren of de tracerinjectie en -opname correct is. Figuur 1 toont een TAC die het resultaat is van het gehele gezichtsveld van de scanner na een succesvolle tracerinjectie en -acquisitie (paneel A), en een TAC die het resultaat is na een gedeeltelijk paraveneuze tracerinjectie (paneel B). In het succesvolle geval stijgt de t...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het protocol dat hier wordt aangeboden, leidt gebruikers door het proces van het verkrijgen van dynamische PET-gegevens van 1 uur met behulp van [18F]FDG als tracer bij ratten. Uiteindelijk wordt een correlatiematrix van VOI's verkregen, die kan worden gebruikt om metabole connectiviteit op het niveau van één persoon te beoordelen. Ervaren onderzoekers kunnen het protocol op verschillende punten aanpassen aan hun specifieke behoeften, bijvoorbeeld door een andere radiotracer, ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door een onderzoeksbeurs van het Vlaams Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek [G0A7422N].

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
AntisedanOrion PharmaAtipamezole hydrochloride 5 mg/mL
BD Micro-Fine+ insulin syringe 1 mLBD3248270.33 mm (29G) x 12.7 mm
BD Microlance 3 Needles 30 G x 1/2"BD30400030 G x 1/2"; 0,3 x 13 mm
BD Plastipak syringe 1 mLBD303172voor infuuspomp
BTPE-10 Polyethylene tubingInstech0.11x.024in (.28x60mm)
DomitorOrion Pharma1070499Medetomidine hydrochloride 1 mg/mL
Fusion 100 infuuspompChemyx Inc.07100Nieuwere model beschikbaar: Fusion 100X
Isoflutek 1000 mg/gAliviraIsoflurane
MOLECUBES β-CUBE met CUBEFLOW softwareMOLECUBES NVPreklinische PET-scanner
PMOD Software versie 4.4 Bruker Corporationhttp://www.pmod.com; kwantificering van PET-gegevens
SalineB. Braun394496NaCl 0,9%
Vidisic ooggelVidisicCarbomerum 980 2 mg/g

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wilson, H., Pagano, G., Politis, M. Dementia spectrum disorders: lessons learnt from decades with PET research. J Neural Transm. 126 (3), 233-251 (2019).
  2. Singnurkar, A., Poon, R., Metser, U. Comparison of 18F-FDG-PET/CT and 18F-FDG-PET/MR imaging in oncology: a systematic review. Ann Nucl Med. 31 (5), 366-378 (2017).
  3. Youssef, G., et al. The use of 18F-FDG PET in the diagnosis of cardiac sarcoidosis: a systematic review and metaanalysis including the Ontario experience. J Nucl Med. 53 (2), 241-248 (2012).
  4. Carli, G., Tondo, G., Boccalini, C., Perani, D. Brain molecular connectivity in neurodegenerative conditions. Brain Sci. 11 (4), 433(2021).
  5. Sala, A., Perani, D. Brain molecular connectivity in neurodegenerative diseases: Recent advances and new perspectives using positron emission tomography. Front Neurosci. 13, 617(2019).
  6. Horwitz, B., Duara, R., Rapoport, S. I. Intercorrelations of glucose metabolic rates between brain regions: Application to healthy males in a state of reduced sensory input. J Cereb Blood Flow Metab. 4 (4), 484-499 (1984).
  7. Sporns, O., Tononi, G., Kötter, R. The human connectome: A structural description of the human brain. PLOS Comput Biol. 1 (4), e42(2005).
  8. Biswal, B., Zerrin Yetkin, F., Haughton, V. M., Hyde, J. S. Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echo-planar MRI. Magn Reson Med. 34 (4), 537-541 (1995).
  9. Sanchez-Catasus, C. A., et al. Use of nuclear medicine molecular neuroimaging to model brain molecular connectivity. PET and SPECT in neurology. Diercke, R. A. J. O., de Vries, E. F. J., van Waarde, A., Leenders, K. L. , Springer. Cham. 181-207 (2021).
  10. Wehrl, H. F., et al. Simultaneous PET-MRI reveals brain function in activated and resting state on metabolic, hemodynamic and multiple temporal scales. Nat Med. 19 (9), 1184-1189 (2013).
  11. Rosenberg, G. A., Mun-Bryce, S., Wesley, M., Kornfeld, M. Collagenase-induced intracerebral hemorrhage in rats. Stroke. 21 (5), 801-807 (1990).
  12. Krishnamoorthy, S., et al. Performance evaluation of the MOLECUBES β-CUBE - a high spatial resolution and high sensitivity small animal PET scanner utilizing monolithic LYSO scintillation detectors. Phys Med Biol. 63 (15), 155013(2018).
  13. Schiffer, W. K., Mirrione, M. M., Dewey, S. L. Optimizing experimental protocols for quantitative behavioral imaging with 18F-FDG in rodents. J Nucl Med. 48 (2), 277-287 (2007).
  14. Fueger, B. J., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. J Nucl Med. 47 (6), 999-1006 (2006).
  15. Gold, M. E. L., Norell, M. A., Budassi, M., Vaska, P., Schulz, D. Rapid 18F-FDG uptake in brain of awake, behaving rat and anesthetized chicken has implications for behavioral PET studies in species with high metabolisms. Front Behav Neurosci. 12, 115(2018).
  16. Miranda, A., et al. PET imaging of freely moving interacting rats. NeuroImage. 191, 560-567 (2019).
  17. Miranda, A., et al. Awake 18F-FDG PET imaging of memantine-induced brain activation and test-retest in freely running mice. J Nucl Med. 60 (6), 844-850 (2019).
  18. Jahreis, I., Bascuñana, P., Ross, T. L., Bankstahl, J. P., Bankstahl, M. Choice of anesthesia and data analysis method strongly increases sensitivity of 18F-FDG PET imaging during experimental epileptogenesis. PLOS ONE. 16 (11), e0260482(2021).
  19. Pawela, C. P., et al. A protocol for use of medetomidine anesthesia in rats for extended studies using task-induced BOLD contrast and resting-state functional connectivity. NeuroImage. 46 (4), 1137-1147 (2009).
  20. Rubinov, M., Sporns, O. Complex network measures of brain connectivity: Uses and interpretations. NeuroImage. 52 (3), 1059-1069 (2010).
  21. Engel, J., et al. Connectomics and epilepsy. Curr Opin Neurol. 26 (2), 186(2013).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Dynamische PETFDG PETanalyse van een enkel subjectbeeldvorming van de rattenhersenentijd activiteitscurvesmodel voor intracerebrale bloedingPearson correlatiepreklinische PETglucoseopname in de hersenen

Gerelateerde artikelen