Pozytonowa tomografia emisyjna ludzkiego mózgu za pomocą radioznacznika

Streszczenie

Źródło: Jamadar, S. et. al. Podawanie radioznacznika w pozytonowej tomografii emisyjnej ludzkiego mózgu o wysokiej rozdzielczości czasowej: zastosowanie do FDG-fPET. J. Vis. Exp. (2019 rok)

Ten film przedstawia kwantyfikację metabolizmu glukozy w mózgu za pomocą pozytonowej tomografii emisyjnej (PET). Podczas skanowania uczestnikowi podaje się znacznik F-18 fluorodeoksyglukozy (FDG). FDG gromadzi się w aktywnych neuronach i emituje pozytony po rozpadzie F-18. Pozytony te oddziałują z elektronami, wytwarzając fotony wykrywane przez skaner PET w celu stworzenia map aktywności mózgu o wysokiej rozdzielczości.

Protokół

Wszystkie procedury z udziałem ludzi zostały przeprowadzone zgodnie z instytucjonalnymi, krajowymi i międzynarodowymi wytycznymi dotyczącymi dobrostanu ludzi i zostały zweryfikowane przez lokalną instytucjonalną komisję rewizyjną.

1. Wymagany sprzęt i personel

1. Zapoznaj się z tabelą materiałów dla pomieszczenia skanera, pracowni radiochemicznej i materiałów ogólnych. Do wykonania radioznacznika wykorzystano komercyjnego dostawcę.
2. W środowisku jednoczesnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego - pozytonowej tomografii emisyjnej (MRI-PET) należy zatrudnić czterech pracowników: radiologa (RG) do przeprowadzenia skanowania, technologa medycyny nuklearnej (NMT) do nadzorowania podawania radioznacznika i pobierania próbek krwi, asystenta laboratoryjnego (LA) do wirowania krwi oraz asystenta badawczego (RA) odpowiedzialnego za nadzorowanie projektu eksperymentu i prezentacji bodźca.

2. Przygotowanie

1. Przygotowanie dawki znacznika przez NMT
   1. Oblicz objętość infuzji, która zostanie podana w trakcie skanowania. W tym protokole szybkość infuzji wynosi 0,01 ml/s przez 95 minut. Tak więc w 95-minutowym skanie uczestnicy otrzymują 0,01 ml / s x 60 s x 95 min = 57 ml.
   2. Obliczyć dawkę znacznika, która zostanie rozcieńczona w podanym roztworze soli fizjologicznej. W tym protokole uczestnikowi podaje się całkowitą dawkę 260 MBq w ciągu 95 minut. Dawka ta została dobrana w celu ograniczenia narażenia na promieniowanie do 4,9 mSv, aby utrzymać się w kategorii "niskiego ryzyka" zgodnie z wytycznymi Australijskiej Agencji Ochrony przed Promieniowaniem i Bezpieczeństwa Jądrowego (ARPANSA) dotyczącymi narażenia ludzi na promieniowanie jonizujące. Rozkład prawidłowy 260 MBq od środkowego punktu infuzji (47,5 min) z powrotem do T0. Korzystając z równania 1, rozwiąż dla A₀ Gdzie A_t jest radioaktywnością (MBq) w środkowym punkcie czasowym infuzji, A₀ jest początkową radioaktywnością, a λ jest stałą rozpadu promieniotwórczego właściwą dla znacznika. W przypadku FDG wartość wynosi λ ≈ 0,693/T_1/2. T_1/2 to okres półtrwania ¹⁸F (110 min).
      UWAGA: W tym przykładzie A_t = 260 MBq, λ = 0,693/110 i t = -47,5, więc A₀ = 350,942 MBq.
   3. Oblicz wymaganą dawkę radioznacznika dla 100 ml worka z solą fizjologiczną, który zostanie użyty do podania dawki uczestnikowi. Wymagany radioznacznik do worka z solą fizjologiczną rozcieńcza się do całkowitej objętości 5 ml i umieszcza w strzykawce o pojemności 5 ml. W związku z tym w przypadku worka z solą fizjologiczną o pojemności 100 ml współczynnikiem rozcieńczenia jest objętość soli fizjologicznej (100 ml) oprócz objętości 5 ml strzykawki z radioznacznikiem. Tę całkowitą objętość 105 ml dzieli się przez objętość infuzji wynoszącą 57 ml (tj. 105 ml/57 ml = 1,842). Tak więc całkowita radioaktywność w objętości 5 ml wymagana do dodania do worka 100 ml wynosi_{A 0} x współczynnik rozcieńczenia (tj. 350,942 MBq x 1,842 = 646,44 MBq). Aseptycznie dodać radioznacznik do worka z solą fizjologiczną.
      UWAGA: Ważne jest, aby pamiętać, że obliczona aktywność 646,44 MBq dodawana do worka z solą fizjologiczną jest aktywnością wymaganą na początku infuzji. Ogólnie rzecz biorąc, dawki dla tego protokołu są przygotowywane od 15 minut do 1 godziny przed podaniem. Dlatego ważne jest, aby wziąć pod uwagę rozpad radioizotopu. Równanie 1 w ppkt 2.1.2. można użyć do wyjaśnienia tego, gdzie czas (t) jest całkowitą liczbą minut od przygotowania dawki do momentu, gdy czynność zostanie poprowadzona, A_t = 646,44 MBq, rozwiązując dla A₀.
   4. Przygotować dawkę wstępną. Pobrać 20 ml z torebki do strzykawki i zakręcić ją w korek. Skalibruj tę strzykawkę o pojemności 20 ml i oznacz etykietą. Strzykawka jest kalibrowana jako kontrola referencyjna, aby upewnić się, że radioaktywność jest równomiernie rozproszona w worku z solą fizjologiczną.
   5. Przygotuj dawkę. Za pomocą strzykawki o pojemności 50 ml wyjąć 60 ml z torebki i zakryć ją czerwonym korkiem Combi. Strzykawka ta nie jest kalibrowana, ponieważ stężenie radioaktywności jest znane od momentu dodania jej do worka z solą fizjologiczną (krok 2.1.3). Przechowuj obie strzykawki w laboratorium radiochemicznym do czasu, aż będą gotowe do skanowania.
      UWAGA: Możliwe jest pobranie objętości 60 ml do strzykawki o pojemności 50 ml, ponieważ strzykawki Terumo są oznaczone do 20% powyżej oznaczonej objętości (tj. strzykawka o pojemności 50 ml jest oznaczona do 60 ml).
   6. Przygotować dawkę referencyjną. Napełnij kolbę miarową o pojemności 500 ml około 480 ml wody destylowanej. Pobrać 10 MBq ¹⁸F fluorodeoksyglukozy (¹⁸F-FDG) do strzykawki, z korekcją próchnicy do czasu rozpoczęcia skanowania (stosując równanie 1) i dodać do kolby. Uzupełnij objętość do oznaczenia 500 ml większą ilością wody destylowanej i dokładnie wymieszaj. Umieść etykiety przed i po kalibracji strzykawki.
2. Przygotowanie pomieszczenia skanera przez NMT
   1. Gdy uczestnik zostanie umieszczony w skanerze, jest bardzo mało miejsca na manipulowanie lub uratowanie linii do infuzji lub próbek krwi, jeśli wystąpi blokada. Przygotuj pomieszczenie skanera, aby zminimalizować ryzyko zablokowania linii.
   2. Upewnij się, że cały sprzęt do pobierania krwi znajduje się w łatwo dostępnym miejscu pobrań. Umieść podkładki na końcu kaniuli i na dowolnej powierzchni, na której będą znajdować się pojemniki z krwią. Umieść pojemniki na zwykłe odpady i odpady niebezpieczne biologicznie w pobliżu miejsca pobierania krwi.
3. Przygotowanie pompy infuzyjnej przez NMT
   1. Ustaw pompę infuzyjną w pomieszczeniu skanera po stronie, która będzie podłączona do uczestnika. Zbuduj ołowiane cegły wokół podstawy pompy i umieść ołowianą osłonę przed pompą. Podłączyć rurkę do pompy infuzyjnej, która dostarcza infuzję do uczestnika, i upewnić się, że została wprowadzona prawidłowa szybkość infuzji. W przypadku tego protokołu szybkość wynosi 0,01 ml/s.
   2. Zagruntować rurkę przed podłączeniem jej do kaniuli uczestnika. Podłączyć dawkę zalewową 20 ml do pompy infuzyjnej. Na końcu rurki, która zostanie podłączona do uczestnika, podłącz kran trójdrożny i pustą strzykawkę o pojemności 20 ml. Upewnić się, że kran jest ustawiony w taki sposób, aby roztwór ¹⁸F-FDG mógł przepływać z dawki zalewowej przez rurkę i zbierać się tylko do pustej strzykawki.
   3. Ustaw pompę infuzyjną tak, aby zalała objętość 15 ml. Wybierz przycisk Zalewanie na pompie i postępuj zgodnie z instrukcjami, aby zalać linię.
   4. Podłączyć strzykawkę dozującą o pojemności 50 ml do pompy infuzyjnej w miejsce dawki podstawowej. Dawka 15 ml zalana na kranie trójdrożnym może tam pozostać do momentu, gdy uczestnik będzie gotowy do podłączenia do pompy.
4. Przygotowanie uczestników przez NMT, RA i RG
   1. Poradź uczestnikom, aby pościli przez 6 godzin i spożywali tylko wodę (około dwóch szklanek) przed skanowaniem.
   2. Zlecenie RA przeprowadzenia procedur wyrażania zgody i uzyskania dodatkowych środków (np. badań demograficznych, baterii kognitywnych itp.). Poproś NMT i RG o przeprowadzenie badań przesiewowych bezpieczeństwa, NMT dokonaj przeglądu bezpieczeństwa skanowania PET (np. wykluczenie w przypadku ciąży, cukrzycy, chemioterapii lub radioterapii w ciągu ostatnich 8 tygodni oraz znanych alergii), a RG dokonaj przeglądu bezpieczeństwa uczestników w badaniu MRI (np. wykluczenie w przypadku ciąży, medycznych lub niemedycznych implantów metalowych, nieusuwalnych implantów dentystycznych, klaustrofobii).
   3. Kaniuluj uczestnika.
      1. Użyj dwóch kaniul: jednej do podawania dawki, a drugiej do pobierania próbek krwi. Najbardziej odpowiednia kaniula różni się w zależności od uczestników, ale najbardziej odpowiednia żyła powinna być zarezerwowana do pobrania krwi. Preferowanym minimalnym rozmiarem jest kaniula 22 G. Pobrać 10 ml wyjściowej próbki krwi podczas kaniulacji. Odłącz wszystkie spłukiwania soli fizjologicznej pod ciśnieniem, aby utrzymać drożność linii.
      2. Przetestuj poziom cukru we krwi uczestnika i inne podstawowe pomiary krwi (np. hemoglobinę) z próbki wyjściowej.
5. Pozycjonowanie uczestnika w skanerze przez RG i NMT
   1. Niech RG ustawi uczestnika w skanerze. W przypadku długich skanów konieczne jest zapewnienie komfortu, aby zmniejszyć ryzyko wypadnięcia uczestnika i artefaktów ruchowych z powodu dyskomfortu. Uczestnik powinien być przykryty jednorazowym kocem, aby utrzymać komfortową temperaturę ciała.
   2. Przed podłączeniem linii infuzyjnej należy przepłukać kaniulę NMT, aby upewnić się, że jest opatentowana i ma minimalny opór. Po podłączeniu rurkę można lekko przykleić taśmą w pobliżu nadgarstka. Poinstruuj uczestnika, aby trzymał rękę wyprostowaną. Dla wygody używaj podpór, takich jak pianka lub poduszki. Niech NMT sprawdzi również kaniulę, która będzie używana do próbek osocza, aby upewnić się, że jest w stanie pobrać krew przy minimalnym oporze. Może być konieczne podłączenie rurki przedłużającej zalanej zwykłą solą fizjologiczną, aby kaniula była bardziej dostępna, gdy uczestnik znajduje się w skanerze. Jeśli jest to wymagane, należy go sprawdzić pod kątem wycieków.
   3. Gdy obiekt znajdzie się w otworze skanera, poproś NMT o sprawdzenie, czy ma odpowiedni dostęp do obu kaniul.
   4. Poproś NMT o powiadomienie RG i RA, jeśli wystąpią jakiekolwiek problemy z kaniulą do pobierania krwi, kaniulą infuzyjną lub pompą infuzyjną (np. okluzja, bateria, wynaczynienie) w dowolnym momencie podczas skanowania.

3. Zeskanuj uczestnika

1. Rozpoczynając skanowanie za pomocą NMT, RG i RA
   1. Na początku skanowania umieść NMT w pomieszczeniu skanera, aby monitorować sprzęt infuzyjny. Upewnij się, że NMT nosi ochronniki słuchu i używa osłony barierowej, aby zminimalizować narażenie na promieniowanie po dawce, jeśli to możliwe.
   2. Gdy RG wykonuje skanowanie lokalizatora, aby upewnić się, że uczestnik znajduje się we właściwej pozycji, sprawdź szczegóły akwizycji PET (np. czas skanowania, zbieranie danych w trybie listy, prawidłowy izotop).
   3. Zaprojektuj protokół w taki sposób, aby akwizycja PET rozpoczęła się od pierwszej sekwencji MRI. RG przygotowuje i rozpoczyna sekwencję rezonansu magnetycznego. Czas rozpoczęcia 95-minutowej akwizycji PET jest ograniczony w czasie do początku sekwencji MRI. W razie potrzeby NMT powinien dostarczyć bolus w momencie pobrania PET (ryc. 1).
   4. Uruchomić pompę infuzyjną. RG powinien sygnalizować NMT (np. za pomocą znaku kciuka w górę), aby uruchomił pompę 30 s po rozpoczęciu akwizycji PET. Ten protokół uruchamia pompę infuzyjną 30 s po czasie rozpoczęcia skanowania, aby zapewnić bufor bezpieczeństwa w przypadku niepowodzenia skanowania. Gwarantuje to również, że pierwszy obraz wykonany podczas skanowania PET indeksuje mózg przed podaniem radioznacznika w celu zebrania pełnych danych dotyczących krzywej aktywności w czasie. Niech NMT obserwuje pompę, aby upewnić się, że zaczęła podawać ¹⁸F-FDG i że nie ma natychmiastowej niedrożności linii.
   5. Niech RZS zainicjuje dowolny bodziec zewnętrzny w uzgodnionym czasie (tj. na początku cyklu funkcjonalnego/bloku eksperymentalnego) i obliczy czas dla próbek krwi. Poproś RA o obliczenie przewidywanego czasu każdej próbki krwi i dostarczenie kopii do NMT i asystenta laboratoryjnego (LA). Poproś RZS o upewnienie się, że NMT pobiera próbki krwi w przybliżeniu we właściwym czasie i monitoruje sprzęt (np. pompę infuzyjną, bodziec) pod kątem jakichkolwiek oznak błędów.

Wyniki

Rysunek 1: Schemat blokowy procedur dla eksperymentów FDG-fPET. U góry: procedury wstępnej selekcji uczestników przed rekrutacją do badania. U dołu: procedury dotyczące protokołów "tylko bolus" (po lewej), "tylko infuzja" (w środku) i "bolus/...

Materiały