$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Standardowe techniki obrazowania klinicznego patologii kości ograniczają się przede wszystkim do charakteryzowania zmian strukturalnych, które mogą być niespecyficzne. Na przykład, bezobjawowe nieprawidłowości morfologiczne związane z normalnym starzeniem się mogą być nie do odróżnienia od zmian zwyrodnieniowych, które są odpowiedzialne za silny ból i niepełnosprawność1. Kość jest dynamiczną tkanką ulegającą ciągłej przebudowie z konkurencyjną aktywnością osteoblastów, które wytwarzają nową macierz kostną, oraz osteoklastów, których funkcją jest eliminacja zmineralizowanej kości2. [18F]-NaF jest radioznacznikiem pozytonowej tomografii emisyjnej (PET), który umożliwia wizualizację metabolizmu tkanki kostnej. [18F]-NaF jest chemicznie wchłaniany do hydroksyapatytu w macierzy kostnej przez osteoblasty i dzięki temu może nieinwazyjnie wykrywać aktywność osteoblastyczną, wykrywając w ten sposób proces metaboliczny, który jest ukryty w konwencjonalnych technikach obrazowania. W rezultacie, [18F]-NaF jest używany do charakteryzowania patologii kości w coraz większej liczbie zaburzeń kostnych, w tym nowotworów, chorób zapalnych i zwyrodnieniowych kości i stawów3,4,5.
Dane PET są najczęściej analizowane w sposób półilościowy, który można łatwo wykonać w rutynowej praktyce klinicznej ze standaryzowanymi wartościami absorpcji (SUV). Jako metryka, SUV-y są przydatne dla klinicystów, ponieważ reprezentują wychwyt tkankowy w stosunku do reszty ciała6. Wartości z kolejnych skanów mogą być wykorzystane do obserwacji zmian w wychwytie w wyniku leczenia lub progresji choroby. Numeryczny charakter SUV-ów pomaga również w porównywaniu między pacjentami i między kolejnymi skanami u tego samego pacjenta. Algorytm używany do obliczania SUV-ów, równanie 1, zakłada, że znacznik jest równomiernie rozłożony w całym ciele i że beztłuszczowa masa ciała dokładnie odzwierciedla objętość całego ciała. W związku z tym SUV-y są pomiarem półilościowym. Dla danego regionu zainteresowania (ROI),SUV max (maksymalna wartość SUV-a w ROI) iśrednia SUV (średnia wszystkich próbkowanych SUV-ów w ROI) są powszechnie stosowanymi wskaźnikami SUV w praktyce klinicznej6.
Modelowanie kinetyczne dynamicznych danych PET może być również przeprowadzone w celu przeprowadzenia bardziej szczegółowej analizy ilościowej. Podczas gdy akwizycja danych SUV jest statyczna, modelowanie kinetyczne wykorzystuje dynamiczne dane obrazowe, w których poziomy znaczników są stale rejestrowane, zapewniając wymiar czasowy. Z bardziej złożonego modelowania kinetycznego danych dynamicznych można wyodrębnić wartości ilościowe i wskaźniki informacyjne dynamiki znacznika w odniesieniu do zmierzonej aktywności w danych obrazu. Przykładowy model dwutkankowy zastosowany do dynamicznego modelowania kinetycznego jest pokazany w Rysunek 17. Cp jest stężeniem znacznika w osoczu krwi, podczas gdy Ce i Ct reprezentują stężenie odpowiednio w niezwiązanej przestrzeni śródmiąższowej i związanego znacznika w docelowej macierzy kostnej. K1, k2, k3, k4 to 4 parametry szybkości, które opisują model kinetyczny wymywania/usuwania i wiązania znacznika. K1 opisuje znacznik pobrany z osocza tętniczego do przestrzeni śródmiąższowej (Ct), k2 opisuje frakcję znacznika, która dyfunduje z powrotem z przestrzeni śródmiąższowej do osocza, k3 opisuje znacznik, który przemieszcza się z przestrzeni śródmiąższowej (Ce) do kości (Ct), a k4 opisuje znacznik, który przemieszcza się z kości (Ct) z powrotem do przestrzeni śródmiąższowej (Ce).

Rysunek 1. Przykładowy model dwutkankowy do dynamicznego modelowania kinetycznego. Cp jest stężeniem znacznika w kompartmencie osocza krwi, stężeniem wolnego i nieswoistie związanego znacznika Ce w tkance oraz stężeniem swoistie związanego znacznika Ct w tkance. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Model kinetyczny Patlaka wytwarza Ki_Patlak jako miarę szybkości napływu radioznacznika (mL/ccm/min, cm sześcienny = ccm) z puli krwi do macierzy kostnej. Szybkość napływu znacznika z puli krwi do macierzy kostnej można następnie obliczyć za pomocą równania 2 i równania 3 odpowiednio dla Ki_Patlak i Ki_NonLinear. Ki_Patlak i Ki_NonLinear to szybkości, z jaką [18F]-NaF opuszcza pulę krwi tętniczej i nieodwracalnie wiąże się z podmiejscową macierzą kostną, przy użyciu odpowiednio tych dwóch modeli. Różnica między modelem Patlaka a nieliniowym modelem kinetycznym polega na wykorzystaniu w nich danych dynamicznych. Model Patlaka wymaga spełnienia równowagi, a następnie oblicza szybkość napływu na podstawie ustalonego nachylenia liniowego. Model kinetyczny Patlaka wytwarza Ki_Patlak szybkości napływu, wykorzystując 24-minutowy czas do zrównoważenia puli plazmy, Cp, do puli niezwiązanej, Cu. Czas 24-minutowy może się zmieniać w zależności od czasu znalezionego dla wszystkich podmiejsc, aby osiągnąć równowagę z pulą osocza w próbce. Bardziej rygorystyczny obliczeniowo model nieliniowy wykorzystuje całość danych czasowych do dopasowania krzywej.
Celem tego manuskryptu metodologicznego jest nakreślenie szczegółowych technik wykonywania dynamicznych [18F]-NaF-PET-MRI. Staw międzywyrostkowy lędźwiowy jest częstym miejscem choroby zwyrodnieniowej stawów i częstą przyczyną osiowego bólu krzyża8. Ostatnie badania sugerują, że [18F]-NaF-PET-MRI może służyć jako użyteczny biomarker bolesnej choroby twarzogenetycznej9. Ludzkie stawy międzywyrostkowe lędźwiowe od jednego pacjenta z facetogennym bólem krzyża będą zatem analizowane jako prototypowy zwrot z inwestycji do dynamicznej analizy [18F]-NaF-PET-MRI.