Artykuł metodologiczny

Ilościowe oznaczanie aktywności blaszki miażdżycowej i stanu zapalnego naczyń krwionośnych za pomocą pozytonowej tomografii emisyjnej z tomografią komputerową z użyciem [18-F] fluorodeoksyglukozy (FDG-PET/CT)

DOI:

10.3791/3777

⸱

2 maja 2012

 ,  ,  ,  , 
1Division of Cardiovascular Medicine, University of Pennsylvania, Perelman School of Medicine, 2Department of Radiology, University of Pennsylvania, Perelman School of Medicine, 3Department of Dermatology, University of Pennsylvania, Perelman School of Medicine

W tym artykule

Podsumowanie

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

Istnieje ogromna potrzeba nieinwazyjnego rozpoznawania miażdżycy; w niniejszej pracy demonstrujemy, w jaki sposób badanie FDG-PET/CT może zostać wykorzystane do wykrywania i ilościowego określania aktywności blaszki miażdżycowej oraz stanu zapalnego naczyń.

Streszczenie

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

Konwencjonalne nieinwazyjne metody obrazowania miażdżycy, takie jak ocena poziomu zwapnienia tętnic wieńcowych (CAC)1 oraz pomiar grubości kompleksu intima-media tętnicy szyjnej (C-IMT)2, dostarczają informacji o stopniu zaawansowania choroby. Jednak mimo licznych badań walidacyjnych CAC3-5 oraz C-IMT2,6, metody te nie pozwalają na dokładną ocenę charakterystyki blaszki miażdżycowej7,8, podczas gdy skład i stan zapalny blaszki determinują jej stabilność, a tym samym ryzyko wystąpienia zdarzeń klinicznych9-13.

Obrazowanie z wykorzystaniem [18F]-2-fluoro-2-deoksy-D-glukozy (FDG) za pomocą tomografii pozytonowej (PET)/tomografii komputerowej (CT) było szeroko badane w kontekście metabolizmu onkologicznego14,15. Badania z wykorzystaniem modeli zwierzęcych oraz immunohistochemii u ludzi wykazują, że FDG-PET/CT jest niezwykle czułe w wykrywaniu aktywności makrofagów16, które stanowią istotne źródło zapalenia komórkowego w ścianach naczyń. Niedawno my17,18 oraz inni autorzy wykazaliśmy, że FDG-PET/CT umożliwia wysokoprecyzyjne, nowatorskie pomiary aktywności zapalnej blaszek miażdżycowych w tętnicach dużych i średnich9,16,19,20. Badania FDG-PET/CT mają wiele zalet w porównaniu z innymi metodami obrazowania: 1) wysoką rozdzielczość kontrastową; 2) możliwość ilościowego określenia objętości i aktywności metabolicznej blaszki, co pozwala na multimodalną kwantyfikację blaszki miażdżycowej; 3) dynamiczne obrazowanie in vivo w czasie rzeczywistym; 4) minimalną zależność od operatora. Wreszcie wykazano, że zapalenie naczyń wykryte za pomocą FDG-PET/CT pozwala przewidywać zdarzenia sercowo-naczyniowe (CV) niezależnie od tradycyjnych czynników ryzyka21,22 i jest również silnie powiązane z całkowitym obciążeniem miażdżycą23. Aktywność blaszki w badaniu FDG-PET/CT jest modulowana przez znane korzystne interwencje w zakresie układu CV, takie jak krótkoterminowa (12-tygodniowa) terapia statynami24, a także długoterminowe zmiany stylu życia w celach terapeutycznych (16 miesięcy)25.

Obecna metodologia ilościowego oznaczania wychwytu FDG w blaszkach miażdżycowych polega na pomiarze standaryzowanej wartości wychwytu (SUV) w badanej tętnicy oraz w puli krwi żylnej w celu obliczenia stosunku celu do tła (TBR), który wyznacza się poprzez podzielenie SUV tętnicy przez SUV puli krwi żylnej. Wykazano, że metoda ta reprezentuje stabilny, powtarzalny fenotyp w czasie, charakteryzuje się wysoką czułością w wykrywaniu stanu zapalnego naczyń oraz wysoką niezawodnością między- i wewnątrzobserwatorową26. W niniejszej pracy przedstawiamy naszą metodologię przygotowania pacjenta, akwizycji obrazów oraz ilościowego oznaczania aktywności blaszki miażdżycowej i stanu zapalnego naczyń z wykorzystaniem SUV, TBR oraz globalnego parametru zwanego metabolicznym produktem objętościowym (MVP). Podejścia te można stosować do oceny stanu zapalnego naczyń w różnych badanych grupach w sposób spójny, co wykazaliśmy w kilku wcześniejszych publikacjach.9,20,27,28

Protokół

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

1. Przygotowanie pacjenta i pozyskiwanie obrazów

  1. Zarezerwuj co najmniej godzinną sesję obrazowania w skanerze PET/CT, najlepiej w urządzeniu z funkcją time-of-flight (TOF) w celu uzyskania lepszej jakości obrazu. W naszej instytucji używamy skanera Gemini TF, który jest najnowszym systemem PET/CT firmy Philips Medical Systems, łączącym skaner PET oparty na detektorach LYSO z 16-przekrojowym systemem Brilliance CT.
  2. Zapewnij badanym 8-godzinny post przed badaniem FDG-PET/CT. Sprawdź poziom glukozy w surowicy na czczo (FSG) za pomocą nakłucia palca, aby upewnić się, że poziom glukozy w surowicy wynosi < 200 mg/dL przed podaniem FDG. Gwarantuje to, że glukoza w organizmie nie będzie konkurować z FDG.
  3. Jeśli FSG < 200 mg/dL, wprowadź linię dożylną (IV) o rozmiarze nie mniejszym niż 20G w celu podania radiotracera (FDG) drogą dożylną. Podaj około 5,2 MBq/kg FDG.
  4. Około 60 minut po dożylnym podaniu FDG wykonaj niskodawkowe obrazowanie CT całego ciała. Następnie uzyskaj obrazy emisyjne PET od szczytu czaszki do palców stóp. W przypadku konkretnego systemu PET/CT wymienionego w punkcie 1.1), rekonstrukcja obrazu jest zazwyczaj wykonywana przy użyciu algorytmu list-mode maximum-likelihood expectation-maximization (ML-EM) z 33 podzbiorami i 3 iteracjami, gdzie model systemu obejmuje time-of-flight oraz korekcje normalizacji, atenuacji, zdarzeń przypadkowych i rozproszenia. Przeskalowane niskodawkowe obrazy CT są wykorzystywane do automatycznej korekcji atenuacji obrazów PET, co prowadzi do skrócenia czasu badania i poprawy jakości obrazu w porównaniu z korekcją atenuacji przy użyciu zewnętrznego źródła promieniowania stosowaną w urządzeniach wyłącznie PET.

2. Jakościowa ocena obrazu PET

  1. Interpretuj rekonstrukcje PET w płaszczyznach osiowej, strzałkowej i czołowej z korekcją i bez korekcji tłumienia, wykorzystując obrazy CT niskodawkowe bez kontrastu w celu przestrzennego wyznaczenia interesujących struktur naczyniowych, a także do precyzyjnej lokalizacji anatomicznej obszarów zwiększonego wychwytu radiotracera widocznych na obrazach PET.

3. Ilościowa ocena obrazu PET

  1. Po jakościowej analizie obrazów wyznacz granice w celu podziału aorty na następujące odcinki: aortę wstępującą, łuk aorty, zstępującą część aorty piersiowej, nadnerkową część aorty brzusznej oraz podnerkową część aorty brzusznej. Dla uproszczenia łuk aorty można zdefiniować jako te fragmenty aorty piersiowej, które na obrazach poprzecznych podczas przesuwania się w kierunku kraniokaudalnym pojawiają się jako ciągły segment, w którym część wstępująca i zstępująca aorty piersiowej nie wydają się być połączone. Jako punkt orientacyjny między zstępującą częścią aorty piersiowej a aortą brzuszną można przyjąć odejście tętnicy trzewnej, natomiast tętnice nerkowe służą jako punkt orientacyjny między odcinkiem nadnerkowym a podnerkowym aorty brzusznej.
  2. Wychwyt FDG w tętnicach (jako miara stanu zapalnego tętnic) w kończynach dolnych i szyi mierzy się poprzez umieszczenie obszaru zainteresowania (ROI) wokół każdej badanej tętnicy na korejestrowanych poprzecznych obrazach PET/CT przechodzących przez tę tętnicę. W przypadku aorty, zaczynając od najwyższego przekroju aorty, należy starannie wyrysować każdy ROI tak, aby objął cały obszar wychwytu FDG na danym przekroju, unikając jednocześnie innych otaczających tkanek o zwiększonym wychwycie radiotracera (Rycina 1). Obraz ten pochodzi od pacjenta biorącego udział w naszym badaniu nad starzeniem się i miażdżycą20.
  3. Następnie, korzystając ze specjalistycznego oprogramowania do analizy obrazów PET/CT w celu obliczenia SUV na przekrój [w naszej instytucji stosujemy Extended Brilliance Workstation, Philips Healthcare, Bothell, WA], mierzy się maksymalną i średnią standaryzowaną wartość wychwytu (SUV) każdego ROI (Rycina 2). Obraz ten pochodzi od pacjenta biorącego udział w naszym badaniu nad starzeniem się i miażdżycą20.
  4. Powtórz tę procedurę dla przekrojów skanu PET przechodzących przez badane tętnice w regularnych odstępach (np. co 5 - 20 mm). Całkowita liczba przekrojów będzie różnić się w zależności od badanego, w zależności od budowy ciała i zmienności anatomicznej.
  5. Zlokalizuj żyłę główną dolną (IVC) w jamie brzusznej, gdzie można zwizualizować co najmniej 6-8 sąsiednich przekrojów. Umieść ROI wokół IVC na każdym przekroju poprzecznym, aby uzyskać co najmniej 8 pomiarów średniego SUV w żyłach, które zostaną wykorzystane do obliczenia stosunku tkanki do tła (TBR), zgodnie z późniejszym opisem.

4. Obliczenia wyników obrazowania

  1. Oblicz średnie wartości SUV dla przekrojów tętniczych (wykorzystując wartości średnią i maksymalną) we wszystkich przekrojach przechodzących przez tętnicę (np. tętnicę szyjną) lub wybrany odcinek tętnicy (np. aortę wstępującą, łuk aorty, zstępującą część aorty piersiowej, brzuszną aortę nadnerkową, brzuszną aortę podnerkową), aby uzyskać pomiary średniego SUV oraz maksymalnego SUV dla każdej tętnicy lub wybranego odcinka tętnicy. Parametry te służą jako miernik wyniku średniego obciążenia miażdżycą w obrębie tętnicy lub wybranego odcinka tętnicy. Do analiz statystycznych należy zapisać odchylenie standardowe wartości SUV uzyskanych z pomiarów przekrojów.
  2. Następnie, w celu normalizacji, podziel średnią wartość SUV tętnicy lub odcinka tętnicy przez średnią wartość SUV żylną uzyskaną w kroku 3.4. Wynikiem jest pomiar TBR tętnicy lub odcinka tętnicy, który służy jako kolejny miernik wyniku aktywności blaszki miażdżycowej.
  3. Na koniec, aby zrozumieć globalne obciążenie chorobą miażdżycową w obrębie tętnicy lub wybranego odcinka tętnicy, pomnóż każdą średnią wartość SUV tętnicy uzyskaną dla ROI przekroju przez objętość ROI przekroju (obliczoną poprzez pomnożenie pola powierzchni ROI przez grubość przekroju) i zsumuj wyniki dla wszystkich przekrojów przechodzących przez tętnicę lub wybrany odcinek tętnicy. Pozwala to uzyskać średni produkt metaboliczno-objętościowy (MVP) tętnicy lub odcinka tętnicy jako trzeci miernik wyniku pomiaru aktywności i obciążenia blaszką. Należy zauważyć, że obszary w badanym naczyniu, które nie wykazują aktywności metabolicznej, będą w niewielkim stopniu przyczyniać się do MVP, zatem parametr ten pozostaje aktualnym miernikiem aktywnej blaszki.
  4. Jeśli przeprowadzi się sumowanie średnich wartości MVP aorty wymienionych w punkcie 4.3 we wszystkich przekrojach przechodzących przez aortę, wynikiem będzie globalne obciążenie zapalne (GIB), które będzie służyć jako czwarty miernik wyniku pomiaru aktywności blaszki miażdżycowej oraz miażdżycy w obrębie aorty.

Przykład wartości dla tych czterech wyników, uzyskanych od jednego pacjenta w ramach prowadzonego badania18 nad łuszczycą, przedstawiono w Tabeli 1.

5. Reprezentatywne wyniki

Poniższa tabela przedstawia różne metody określania wyników aktywności blaszek miażdżycowych oraz stanu zapalnego naczyń wykrytego za pomocą FDG-PET/CT u jednego pacjenta z łuszczycą.

Segment tętnicy (liczba przekrojów)SUVmean (SD)TBR (SD)MVP (SD)GIB(SD)
Aorta wstępująca (n=8)1.43 (0.24)1.31 (0.18)5.68 (3.08)53.99 (19.50)
Łuk aorty (n=5)1.38 (0.25)1.30 (0.22)8.88 (4.94)59.85 (18.66)
Zstępująca część piersiowa aorty (n=20)1.42 (0.20)1.29 (0.19)3.11 (0.98)125.66 (53.11)
Nadnerkowa część brzuszna aorty (n=29)1.40 (0.19)1.26 (0.17)2.37 (0.66)50.75 (17.64)
Podnerkowa część brzuszna aorty (n=26)1.38 (0.21)1.20 (0.16)1.72 (0.54)45.80 (10.86)

wyniki obrazowania jądrowego, radiologia diagnostyczna, obrazy w skali szarości, wielokrotne widoki pacjenta
Rycina 1. Obrazy PET. Seria reprezentatywnych wyników wstępnych obrazów rekonstrukcji PET u pacjenta z naszego badania nad starzeniem się i miażdżycą20, wykazujące wychwyt FDG w: A) tętnicach biodrowych i udowych; B) tętnicach podkolanowych; C) aorcie brzusznej; D) łuku aorty.

Obraz z badania PET; analiza SUV z danymi maksymalnymi, średnimi i sumarycznymi. Przekrój ciała, badanie onkologiczne.
Rycina 2. Wyznaczanie obszaru zainteresowania (ROI). Przedstawiono poprzeczny obraz z fuzji FDG-PET/CT na poziomie proksymalnego odcinka zstępującej aorty piersiowej u pacjenta z naszego badania nad starzeniem się i miażdżycą20. ROI zostało wyznaczone wokół zstępującej aorty piersiowej, a oprogramowanie obliczy średni SUV, maksymalny SUV oraz powierzchnię ROI w mm2. Przedstawiony obraz dotyczy jednego przekroju danych w tym badanym odcinku tętnicy; technikę tę powtarza się dla wszystkich przekrojów przechodzących przez każdy segment aorty.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Przedstawiona tutaj metodologia jest prosta w wykonaniu i może dostarczyć przydatnych informacji dotyczących aktywności blaszki miażdżycowej oraz stanu zapalnego naczyń w klinicznie istotnych łożach tętniczych. Istnieje kilka ważnych cech tego podejścia analitycznego, które wymagają podkreślenia: 1) używamy wysokiej jakości skanera PET/CT posiadającego 16 rzędów detektorów i funkcję czasu przelotu (time of flight); 2) do wykonywania pomiarów wykorzystujemy dwóch doświadczonych obserwatorów, którzy nie mają dostępu do inf...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Nie zgłoszono konfliktów interesów.

Podziękowania

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

NNM jest wspierany grantem z National Psoriasis Foundation, NHLBI 5K23HL97151-3 oraz HL111293. JMG jest wspierany przez NHLBI R01 HL089744 i R01 HL111293.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Church, T. S. Coronary artery calcium score, risk factors, and incident coronary heart disease events. Atherosclerosis. 190, 224-231 (2007).
  2. Kathiresan, S. Assessment by cardiovascular magnetic resonance, electron beam computed tomography, and carotid ultrasonography of the distribution of subclinical atherosclerosis across Framingham risk strata. Am. J. Cardiol. 99, 310-314 (2007).
  3. Detrano, R. Coronary calcium as a predictor of coronary events in four racial or ethnic groups. N. Engl. J. Med. 358, 1336-1345 (2008).
  4. Raggi, P., Cooil, B., Ratti, C., Callister, T. Q., Budoff, M. Progression of Coronary Artery Calcium and Occurrence of Myocardial Infarction in Patients With and Without Diabetes Mellitus. Hypertension. , (2005).
  5. Arad, Y., Goodman, K. J., Roth, M., Newstein, D., Guerci, A. D. Coronary calcification, coronary disease risk factors, C-reactive protein, and atherosclerotic cardiovascular disease events: the St. Francis Heart Study. J. Am. Coll. Cardiol. 46, 158-165 (2005).
  6. Lorenz, M. W., Markus, H. S., Bots, M. L., Rosvall, M., Sitzer, M. Prediction of clinical cardiovascular events with carotid intima-media thickness: a systematic review and meta-analysis. Circulation. 115, 459-467 (2007).
  7. Doherty, T. M., Detrano, R. C., Mautner, S. L., Mautner, G. C., Shavelle, R. M. Coronary calcium: the good, the bad, and the uncertain. Am. Heart. J. 137, 806-814 (1999).
  8. Detrano, R. C. Coronary calcium does not accurately predict near-term future coronary events in high-risk adults. Circulation. 99, 2633-2638 (1999).
  9. Chen, W., Bural, G. G., Torigian, D. A., Rader, D. J., Alavi, A. Emerging role of FDG-PET/CT in assessing atherosclerosis in large arteries. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 36, 144-151 (2009).
  10. Doherty, T. M. Calcification in atherosclerosis: bone biology and chronic inflammation at the arterial crossroads. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100, 11201-11206 (2003).
  11. Fuster, V. Lewis A. Conner Memorial Lecture. Mechanisms leading to myocardial infarction: insights from studies of vascular biology. Circulation. 90, 2126-2146 (1994).
  12. van der Wal, A. C., Becker, A. E., van der Loos, C. M., Das, P. K. Site of intimal rupture or erosion of thrombosed coronary atherosclerotic plaques is characterized by an inflammatory process irrespective of the dominant plaque morphology. Circulation. 89, 36-44 (1994).
  13. van der Wal, A. C., Becker, A. E., van der Loos, C. M., Tigges, A. J., Das, P. K. Fibrous and lipid-rich atherosclerotic plaques are part of interchangeable morphologies related to inflammation: a concept. Coron. Artery Dis. 5, 463-469 (1994).
  14. Alavi, A. Positron emission tomography imaging of regional cerebral glucose metabolism. Semin. Nucl. Med. 16, 2-34 (1986).
  15. Hustinx, R. Dual time point fluorine-18 fluorodeoxyglucose positron emission tomography: a potential method to differentiate malignancy from inflammation and normal tissue in the head and neck. Eur. J. Nucl. Med. 26, 1345-1348 (1999).
  16. Ogawa, M. (18)F-FDG accumulation in atherosclerotic plaques: immunohistochemical and PET imaging study. J. Nucl. Med. 45, 1245-1250 ( ).
  17. Yun, M. F-18 FDG uptake in the large arteries: a new observation. Clin. Nucl. Med. 26, 314-319 (2001).
  18. Mehta, N. N. Systemic and Vascular Inflammation in Patients With Moderate to Severe Psoriasis as Measured by [18F]-Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography-Computed Tomography (FDG-PET/CT): A Pilot Study. Arch. Dermatol. , Forthcoming.
  19. Davies, J. R. FDG-PET can distinguish inflamed from non-inflamed plaque in an animal model of atherosclerosis. Int. J. Cardiovasc. Imaging. 26, 41-48 (2011).
  20. Bural, G. G. FDG-PET is an effective imaging modality to detect and quantify age-related atherosclerosis in large arteries. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 35, 562-569 (2008).
  21. Arauz, A., Hoyos, L., Zenteno, M., Mendoza, R., Alexanderson, E. Carotid plaque inflammation detected by 18F-fluorodeoxyglucose-positron emission tomography. Pilot study. Clin. Neurol. Neurosurg. 109, 409-412 (2007).
  22. Rominger, A. 18F-FDG PET/CT identifies patients at risk for future vascular events in an otherwise asymptomatic cohort with neoplastic disease. J. Nucl. Med. 50, 1611-1620 (2009).
  23. Wasselius, J. A., Larsson, S. A., Jacobsson, H. FDG-accumulating atherosclerotic plaques identified with 18F-FDG-PET/CT in 141 patients. Mol. Imaging Biol. 11, 455-459 (2009).
  24. Tahara, N. Simvastatin attenuates plaque inflammation: evaluation by fluorodeoxyglucose positron emission tomography. J. Am. Coll. Cardiol. 48, 1825-1831 (2006).
  25. Lee, S. J. Reversal of vascular 18F-FDG uptake with plasma high-density lipoprotein elevation by atherogenic risk reduction. J. Nucl. Med. 49, 1277-1282 (2008).
  26. Rudd, J. H. (18)Fluorodeoxyglucose positron emission tomography imaging of atherosclerotic plaque inflammation is highly reproducible: implications for atherosclerosis therapy trials. J. Am. Coll. Cardiol. 50, 892-896 ( ).
  27. Bural, G. G. A pilot study of changes in (18)F-FDG uptake, calcification and global metabolic activity of the aorta with aging. Hell. J. Nucl. Med. 12, 123-128 (2009).
  28. Bural, G. G. Quantitative assessment of the atherosclerotic burden of the aorta by combined FDG-PET and CT image analysis: a new concept. Nucl. Med. Biol. 33, 1037-1043 (2006).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Standaryzowana warto pobraniastosunek sygna u celu do t ametaboliczny produkt obj to ciowyca kowite obci enie zapalneobrazowanie ca ego cia akwantyfikacja blaszki mia d ycowejidentyfikacja naczy krwiono nych

Powiązane artykuły