Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

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)

17.2K wyświetleń

⸱

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

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

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

1. Przygotowanie pacjenta i pozyskiwanie obrazów

  1. Zarezerwuj co najmniej godzinną sesję obrazowania w skanerze PET/CT, najlepiej w urządzeniu z technologią czasu przelotu (time-of-flight) w celu uzyskania lepszej jakości obrazu. W naszej instytucji korzystamy ze skanera Gemini TF, który jest najnowszym systemem PET/CT firmy Philips Medical Systems, łączącym skaner PET oparty na detektorach LYSO z 16-sekcyjnym systemem CT Brilliance.
  2. Badani powinni być na czczo przez 8 godzin przed badaniem FDG-PET/CT. Sprawdź poziom glukozy w surowicy na czczo (FSG) za pomocą nakłucia palca, aby upewnić się, że poziom glukozy wynosi < 200 mg/dL przed podaniem FDG. Zapewnia 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 dożylnego podania radiotracera (FDG). Podaj około 5,2 MBq/kg FDG.
  4. Około 60 minut po dożylnym podaniu FDG wykonaj niskodawkową tomografię komputerową (CT) całego ciała. Następnie wykonaj obrazy emisji PET od wierzchołka czaszki do palców stóp. W przypadku konkretnego urządzenia PET/CT wymienionego w punkcie 1.1), rekonstrukcja obrazu jest zazwyczaj przeprowadzana przy użyciu algorytmu maksymalnej wiarygodności i maksymalizacji oczekiwania (ML-EM) w trybie listy (list-mode) z 33 uporządkowanymi podzbiorami i 3 iteracjami, gdzie model systemu obejmuje czas przelotu oraz korekcje normalizacji, atenuacji, zdarzeń losowych i rozproszenia. Przeskalowane obrazy niskodawkowego CT są wykorzystywane do automatycznej korekcji atenuacji obrazów PET, co prowadzi do skrócenia czasu badania i poprawy jakości obrazu w porównaniu z korekcją atenuacji za pomocą zewnętrznego źródła radioaktywnego stosowaną w urządzeniach wyłącznie PET.

2. Jakościowa ocena obrazów PET

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

3. Ilościowa ocena obrazu PET

  1. Po jakościowej analizie obrazów wyznacz granice w celu podzielenia aorty na następujące odcinki: aortę wstępującą, łuk aorty, zstępującą aortę piersiową, nadnerkową aortę brzuszną oraz podnerkową aortę brzuszną. Dla uproszczenia łuk aorty można zdefiniować jako te części aorty piersiowej, które w przekrojach poprzecznych przy przemieszczaniu się w kierunku kraniokaudalnym jawią się jako ciągły segment, w którym wstępująca i zstępująca część aorty piersiowej nie wydają się być połączone. Jako punkt orientacyjny między zstępującą aortą piersiową a aortą brzuszną można przyjąć odejście tętnicy koutkowej, 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 wyznaczenie obszaru zainteresowania (ROI) wokół każdej badanej tętnicy na zarejestrowanych wspólnie poprzecznych obrazach PET/CT przechodzących przez 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, przy użyciu specjalistycznego oprogramowania do analizy obrazów PET/CT w celu obliczenia SUV dla każdego przekroju [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 pacjenta, zależnie od budowy ciała i zmienności anatomicznej.
  5. Zlokalizuj żyłę główną dolną (IVC) w jamie brzusznej, gdzie można zwizualizować co najmniej 6-8 ciągłych przekrojów. Wyznacz ROI wokół IVC na każdym przekroju poprzecznym, aby uzyskać co najmniej 8 pomiarów średniego SUV dla żył, które zostaną wykorzystane do obliczenia stosunku tkanki do tła (TBR), zgodnie z późniejszym opisem.

4. Obliczenia wyników obrazowania

  1. Średnie wartości SUV w przekrojach tętniczych (z wykorzystaniem wartości średnich i maksymalnych) dla wszystkich przekrojów przechodzących przez tętnicę (np. tętnicę szyjną) lub wybrany odcinek tętnicy (np. aortę wstępującą, łuk aorty, aortę piersiową zstępującą, aortę brzuszną nadnerkową, aortę brzuszną podnerkową), aby uzyskać pomiary średniego SUV oraz maksymalnego SUV dla każdej tętnicy lub wybranego odcinka tętnicy. Parametry te służą jako jedna z miar oceny średniego obciążenia miażdżycą w obrębie tętnicy lub wybranego odcinka tętnicy. Należy zapisać odchylenie standardowe wartości SUV uzyskanych z pomiarów w przekrojach do późniejszych analiz statystycznych.
  2. Następnie, w celu normalizacji, należy podzielić średni SUV tętnicy lub odcinka tętnicy przez średni SUV żylny uzyskany w kroku 3.4. Wynikiem jest pomiar TBR dla tętnicy lub odcinka tętnicy, który stanowi kolejną miarę aktywności blaszki miażdżycowej.
  3. W celu określenia całkowitego obciążenia chorobą miażdżycową w obrębie tętnicy lub wybranego odcinka tętnicy, należy pomnożyć każdy średni SUV tętniczy uzyskany dla ROI przekroju przez objętość ROI przekroju (obliczoną poprzez pomnożenie pola ROI przez grubość przekroju), a następnie zsumować wyniki dla wszystkich przekrojów przechodzących przez tętnicę lub wybrany odcinek tętnicy. W ten sposób otrzymuje się średni produkt metaboliczno-objętościowy (MVP) tętnicy lub odcinka tętnicy jako trzecią miarę aktywności i obciążenia blaszki miażdżycowej. Należy zauważyć, że obszary w badanym naczyniu pozbawione aktywności metabolicznej będą miały niewielki wkład w MVP, w związku z czym parametr ten pozostaje aktualny jako miara aktywnej blaszki.
  4. Jeśli przeprowadzi się sumowanie średnich MVP aorty wymienionych w punkcie 4.3 dla wszystkich przekrojów przechodzących przez aortę, wynikiem będzie całkowite obciążenie zapalne (GIB), które posłuży jako czwarta miara aktywności blaszki miażdżycowej i stopnia miażdżycy w obrębie aorty.

W Tabeli 1 przedstawiono przykład wartości dla tych czterech punktów końcowych, uzyskanych od jednego pacjenta w ramach prowadzonego badania18 nad łuszczycą.

5. Reprezentatywne wyniki

Poniższa tabela przedstawia różne metody określania wyników aktywności blaszki miażdżycowej oraz stanu zapalnego naczyń wykrytych za pomocą FDG-PET/CT u pojedynczego pacjenta z łuszczycą.

Odcinek 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 aorta piersiowa (n=20)1.42 (0.20)1.29 (0.19)3.11 (0.98)125.66 (53.11)
Nadnerkowy odcinek aorty brzusznej (n=29)1.40 (0.19)1.26 (0.17)2.37 (0.66)50.75 (17.64)
Podnerkowy odcinek aorty brzusznej (n=26)1.38 (0.21)1.20 (0.16)1.72 (0.54)45.80 (10.86)

Obrazowanie w medycynie nuklearnej, schemat, różne skany ciała, analiza diagnostyczna, badanie porównawcze.
Rysunek 1. Obrazy PET. Seria reprezentatywnych wyników wstępnych obrazów rekonstrukcji PET pacjenta z naszego badania nad starzeniem się i miażdżycą20, wykazująca wychwyt FDG w: A) tętnicach biodrowych i udowych; B) tętnicach podkolanowych; C) aorcie brzusznej; D) łuku aorty.

Schemat badania TK z pomiarami SUV, podkreślający analizę obszaru dla diagnostyki medycznej.
Rycina 2. Wyznaczanie obszaru zainteresowania (ROI). Przedstawiono poprzeczny obraz z fuzji FDG-PET/CT na poziomie proksymalnego odcinka zstępującej aorty piersiowej pacjenta uczestniczącego w naszym badaniu nad starzeniem się i miażdżycą20. ROI zostało wyznaczone wokół zstępującej aorty piersiowej; oprogramowanie obliczy średnią wartość SUV, maksymalną wartość SUV oraz powierzchnię ROI w mm2. Przedstawiony obraz pochodzi z jednego przekroju danych dla tego fragmentu tętnicy, a następnie technika ta jest powtarzana dla wszystkich przekrojów przechodzących przez każdy segment aorty.

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

Dyskusja

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

Nie zgłoszono konfliktów interesów.

Podziękowania

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

  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

Tagi

Standaryzowana wartość pobraniastosunek sygnału celu do tłametaboliczny produkt objętościowycałkowite obciążenie zapalneobrazowanie całego ciałakwantyfikacja blaszki miażdżycowejidentyfikacja naczyń krwionośnych
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)
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.