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

Artykuł metodologiczny

Podawanie radioznacznika w pozytonowej tomografii emisyjnej ludzkiego mózgu o wysokiej rozdzielczości czasowej: zastosowanie do FDG-fPET

10.2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/60259

⸱

22 października 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Monash Biomedical Imaging, Monash University, 2Australian Research Council Centre of Excellence for Integrative Brain Function, 3Turner Institute for Brain and Mental Health, Monash University, 4Department of Medical Imaging, Monash Health, 5Department of Electrical and Computer Systems Engineering, Monash University

W tym artykule

Podsumowanie

Ten manuskrypt opisuje dwa protokoły podawania radioznaczników dla FDG-PET (infuzja stała i bolus plus infuzja) i porównuje je do podawania w bolusie. Rozdzielczości czasowe 16 s są osiągalne przy użyciu tych protokołów.

Streszczenie

Funkcjonalna pozytonowa tomografia emisyjna (fPET) dostarcza metody śledzenia celów molekularnych w ludzkim mózgu. Dzięki znakowanemu radioaktywnie analogowi glukozy, 18F-fluordeoksyglukozie (FDG-fPET), możliwe jest obecnie mierzenie dynamiki metabolizmu glukozy z rozdzielczościami czasowymi zbliżonymi do funkcjonalnych obrazów rezonansu magnetycznego (fMRI). Ten bezpośredni pomiar wychwytu glukozy ma ogromny potencjał w zrozumieniu prawidłowych i nieprawidłowych funkcji mózgu oraz w badaniu skutków chorób metabolicznych i neurodegeneracyjnych. Co więcej, nowe osiągnięcia w hybrydowym sprzęcie MR-PET umożliwiają jednoczesne rejestrowanie wahań stężenia glukozy i natlenienia krwi za pomocą fMRI i FDG-fPET.

Rozdzielczość czasowa i stosunek sygnału do szumu obrazów FDG-fPET jest krytycznie zależna od podania radioznacznika. W niniejszej pracy przedstawiono dwa alternatywne protokoły infuzji ciągłej i porównano je z tradycyjnym podejściem bolusowym. Przedstawiono w nim metodę pobierania próbek krwi, PET, rezonansu magnetycznego (MRI), bodźca eksperymentalnego oraz podawania nietradycyjnego znacznika. Wykorzystując bodziec wzrokowy, wyniki protokołu pokazują mapy korowe odpowiedzi glukozy na bodźce zewnętrzne na poziomie indywidualnym z rozdzielczością czasową 16 s.

Wprowadzenie

Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) to potężna technika obrazowania molekularnego, która jest szeroko stosowana zarówno w warunkach klinicznych, jak i badawczych (zobacz Heurling et al.1 dla najnowszego kompleksowego przeglądu). Cele molekularne, które można obrazować za pomocą PET, są ograniczone jedynie dostępnością radioznaczników, a liczne znaczniki zostały opracowane do obrazowania receptorów metabolizmu neuronalnego, białek i enzymów2,3. W neurobiologii jednym z najczęściej stosowanych radioznaczników jest 18F-fluorodeoksyglukoza (FDG-PET), która mierzy wychwyt glukozy, zwykle interpretowany jako wskaźnik metabolizmu glukozy w mózgu. Ludzki mózg wymaga stałego i niezawodnego dostarczania glukozy, aby zaspokoić swoje zapotrzebowanie na energię4,5, a 70-80% mózgowego metabolizmu glukozy jest wykorzystywane przez neurony podczas transmisji synaptycznej6. Uważa się, że zmiany w metabolizmie glukozy w mózgu inicjują i przyczyniają się do wielu schorzeń, w tym stanów psychiatrycznych, neurodegeneracyjnych i niedokrwiennych7,8,9. Ponadto, ponieważ wychwyt FDG jest proporcjonalny do aktywności synaptycznej10,11,12, jest uważany za bardziej bezpośredni i mniej zagmatwany wskaźnik aktywności neuronalnej w porównaniu z szerzej stosowaną odpowiedzią funkcjonalnego rezonansu magnetycznego zależnego od poziomu natlenienia krwi (BOLD-fMRI). BOLD-fMRI jest pośrednim wskaźnikiem aktywności neuronalnej i mierzy zmiany w odtlenionej hemoglobinie, które zachodzą w wyniku kaskady zmian nerwowo-naczyniowych następujących po aktywności neuronów.

Większość badań FDG-PET ludzkiego mózgu uzyskuje statyczne obrazy wychwytu glukozy przez mózg. Uczestnik odpoczywa w ciszy przez 10 minut z otwartymi oczami w zaciemnionym pomieszczeniu. Pełna dawka radioznacznika jest podawana w bolusie przez okres kilku sekund, a następnie uczestnik odpoczywa przez kolejne 30 minut. Po okresie absorpcji uczestnicy są umieszczani w środku skanera PET i uzyskuje się obraz PET, który odzwierciedla skumulowany rozkład FDG w trakcie okresów absorpcji i skanowania. W związku z tym aktywność neuronalna indeksowana przez obraz PET reprezentuje skumulowaną średnią całej aktywności poznawczej w okresach wychwytu i skanowania i nie jest specyficzna dla aktywności poznawczej podczas skanowania. Metoda ta dostarczyła wielu informacji na temat metabolizmu mózgowego mózgu i funkcji neuronalnych. Jednak rozdzielczość czasowa jest równa czasowi trwania skanowania (często ~45 minut, co skutecznie daje statyczny pomiar wychwytu glukozy; jest to niekorzystne w porównaniu z odpowiedzią neuronów podczas procesów poznawczych i powszechnymi eksperymentami w neuroobrazowaniu. Ze względu na ograniczoną rozdzielczość czasową, metoda zapewnia niespecyficzny wskaźnik wychwytu glukozy (tj. nie jest zablokowany na zadaniu lub procesie poznawczym) i nie może zapewnić pomiarów zmienności wewnątrzobiektowej, co może prowadzić do błędnych wniosków naukowych ze względu na paradoks Simpsona13. Paradoks Simpsona to scenariusz, w którym relacje między mózgiem a zachowaniem obliczone dla wszystkich badanych niekoniecznie wskazują na te same relacje, które są testowane wewnątrz badanych. Co więcej, niedawne próby zastosowania funkcjonalnych miar łączności do FDG-PET mogą mierzyć tylko łączność między obiektami. W związku z tym różnice w łączności mogą być porównywane tylko między grupami i nie mogą być obliczane dla poszczególnych osób. Chociaż można się spierać, co dokładnie mierzy łączność między obiektami14, jasne jest, że miary obliczone między osobami, ale nie wewnątrz-obiektów, nie mogą być używane jako biomarker stanów chorobowych lub wykorzystywane do badania źródła indywidualnej zmienności.

W ciągu ostatnich pięciu lat, rozwój i szersza dostępność jednoczesnych skanerów MRI-PET klasy klinicznej wzbudziły ponowne zainteresowanie badaniami nad obrazowaniem FDG-PET2 w neuronauce kognitywnej. Dzięki tym odkryciom naukowcy skupili się na poprawie rozdzielczości czasowej FDG-PET, aby zbliżyć się do standardów BOLD-fMRI (~0,5−2,5 s). Należy zauważyć, że rozdzielczość przestrzenna BOLD-fMRI może zbliżać się do rozdzielczości submilimetrowych, ale rozdzielczość przestrzenna FDG-PET jest zasadniczo ograniczona do około 0,54 mm pełnej szerokości przy połowie maksimum (FWHM) ze względu na zakres pozytonów15. Dynamiczne akwizycje FDG-PET, które są często stosowane klinicznie, wykorzystują metodę podawania bolusa i rekonstruują dane w trybie listy do pojemników. Metoda dynamicznego bolusa FDG-PET oferuje rozdzielczość czasową około 100 s (np. Tomasi et al.16). Jest to oczywiście znacznie lepsze rozwiązanie w porównaniu ze statycznym obrazowaniem FDG-PET, ale nie jest porównywalne z BOLD-fMRI. Ponadto okno, w którym można badać funkcjonowanie mózgu, jest ograniczone, ponieważ stężenie FDG w osoczu krwi zmniejsza się wkrótce po podaniu bolusa.

Aby rozszerzyć to eksperymentalne okno, kilka badań17,18,19,20,21 dostosowało metodę infuzji radioznacznika wcześniej zaproponowaną przez Carson22,23. W tej metodzie, czasami określanej jako "funkcjonalny FDG-PET" (FDG-f PET, analogiczny do BOLD-fMRI), radioznacznik jest podawany w postaci stałego wlewu przez cały czas trwania badania PET (~90 min). Celem protokołu infuzji jest utrzymanie stałego dopływu FDG do osocza w celu śledzenia dynamicznych zmian wychwytu glukozy w czasie. W badaniu potwierdzającym słuszność koncepcji, Villien i wsp.21 zastosowali protokół stałej infuzji i jednoczesny MRI/FDG-fPET, aby pokazać dynamiczne zmiany wychwytu glukozy w odpowiedzi na stymulację szachownicy z rozdzielczością czasową 60 s. W kolejnych badaniach wykorzystano tę metodę, aby pokazać wychwyt glukozy FDG-fPET (tj. zablokowany w czasie na bodziec zewnętrzny19) i FDG-f PET związany z zadaniem (tj. niezablokowany czasowo na bodziec zewnętrzny17,18). Dzięki tym metodom uzyskano rozdzielczość czasową FDG-f PET wynoszącą 60 s, co stanowi znaczną poprawę w porównaniu z metodami bolusa. Wstępne dane pokazują, że metoda infuzji może zapewnić rozdzielczość czasową 20−60 s19.

Pomimo obiecujących wyników metody ciągłego infuzji, krzywe radioaktywności osocza z tych badań pokazują, że metoda infuzji nie jest wystarczająca do osiągnięcia stanu stałego w ciągu 90 minut skanowania19,21. Oprócz procedury stałej infuzji, Carson22 zaproponował również hybrydową procedurę bolusa/infuzji, której celem jest szybkie osiągnięcie równowagi na początku skanowania, a następnie utrzymanie poziomu radioaktywności osocza w stanie równowagi przez cały czas trwania skanowania. Rischka et al.20 niedawno zastosowali tę technikę, stosując 20% bolusa plus 80% infuzji. Zgodnie z oczekiwaniami, funkcja wejścia tętniczego szybko wzrosła powyżej poziomu wyjściowego i utrzymywała się w szybszym tempie przez dłuższy czas, w porównaniu z wynikami przy użyciu procedury tylko infuzji19,21.

Ten artykuł opisuje protokoły akwizycji skanów PET FDG-f o wysokiej rozdzielczości czasowej przy użyciu tylko infuzji i podawania radioznacznika w bolusie/infuzji. Protokoły te zostały opracowane do użytku w środowisku jednoczesnego MRI-PET z czasem akwizycji 90−95 min19. W protokole pobiera się próbki krwi w celu ilościowego określenia radioaktywności surowicy osocza w celu późniejszego ilościowego określenia obrazów PET. Chociaż protokół koncentruje się na zastosowaniu metod infuzji do funkcjonalnego neuroobrazowania za pomocą BOLD-fMRI/FDG-f PET, metody te można zastosować do dowolnego badania FDG-f PET, niezależnie od tego, czy pozyskiwane są równoczesne MRI, BOLD-fMRI, tomografia komputerowa (CT) lub inne neuroobrazy. Rysunek 1 przedstawia schemat blokowy procedur w tym protokole.

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

Protokół

Ten protokół został sprawdzony i zatwierdzony przez Komitet Etyki Badań Naukowych Uniwersytetu Monash (numer zatwierdzenia CF16/1108 - 2016000590) zgodnie z Australijskim Krajowym Oświadczeniem o Etycznym Postępowaniu w Badaniach Klinicznych24. Procedury zostały opracowane pod kierunkiem akredytowanego fizyka medycznego, technologa medycyny nuklearnej oraz radiologa klinicznego. Badacze powinni zapoznać się z lokalnymi ekspertami i wytycznymi dotyczącymi podawania promieniowania jonizującego u ludzi.

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 symultanicznym MRI-PET należy korzystać z czterech osób: 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 badania skanującego. 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 jonizujące25. Rozkład prawidłowy 260 MBq od środkowego punktu infuzji (47,5 min) z powrotem do T0. Korzystając z równania 1, rozwiąż dla A0
      figure-protocol-1
      Gdzie At 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/T1/2. T1/2 to okres półtrwania 18F (110 min).
      UWAGA: W tym przykładzie At = 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 wynosiA 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, która jest 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, At = 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 równomiernie rozproszyła się w worku z solą fizjologiczną.
    5. Przygotuj dawkę. Za pomocą strzykawki o pojemności 50 ml pobrać 60 ml z torebki i zakręcić 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). Przechowywać obie strzykawki w laboratorium radiochemicznym do czasu, gdy 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 z 18F-FDG do strzykawki, z korekcją rozkładu 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. Po umieszczeniu uczestnika w skanerze jest bardzo mało miejsca na manipulowanie lub uratowanie linii do infuzji lub próbek krwi, jeśli dojdzie do zatkania. 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. Zaprogramuj pompę infuzyjną tak, aby napełniła ją objętością 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 badaniem.
    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. Należy użyć 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 uczestników w skanerze przez RG i NMT
    1. Niech RG ustawi uczestnika w otworze skanera. W przypadku długich skanów konieczne jest zapewnienie komfortu, aby zmniejszyć ryzyko wypadnięcia uczestnika i artefaktu ruchu 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 przy minimalnym oporze. 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. Rozpoczynanie skanowania 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 z dawki, 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 akwizycji PET (Rysunek 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 RA zainicjuje dowolny bodziec zewnętrzny w uzgodnionym czasie (tj. na początku cyklu funkcjonalnego/bloku eksperymentalnego) i obliczy czas dla próbek krwi. Przykładowy formularz rekordu znajduje się w Suplemencie 1. Poproś RA o obliczenie przewidywanego czasu każdej próbki krwi i dostarczenie kopii do NMT i asystenta laboratoryjnego (LA). Poproś RA 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.
  2. Pobieraj próbki krwi w regularnych odstępach czasu
    1. Niech NMT i RA pobierają jedną próbkę co 10 minut. Zazwyczaj jest to 10 próbek, nie licząc próbki wyjściowej.
    2. W przypadku wykonywania skanów MRI jednocześnie ze skanami PET, należy założyć ochronniki słuchu NMT przed wejściem do pomieszczenia skanera.
    3. Poproś NMT o założenie rękawiczek i wyczyść końcówkę kaniuli. Podczas wyschnięcia miejsca kaniuli otwórz strzykawkę o pojemności 5 ml i 10 ml, odkurzacz i płukanie solą fizjologiczną o pojemności 10 ml.
    4. Za pomocą strzykawki o pojemności 5 ml pobrać 4-5 ml świeżej krwi i wyrzucić strzykawkę do odpadów stanowiących zagrożenie biologiczne.
    5. Za pomocą strzykawki o pojemności 10 ml pobrać do 10 ml krwi. Objętość może być ograniczona ze względu na łatwość pobrania krwi. Ważne jest, aby zminimalizować opór, który następnie powoduje uszkodzenie czerwonych krwinek, które mogą hemolizę. W środkowym punkcie pobierania próbek należy przesłać sygnał NMT do organu nadzorującego, który oznaczy ten czas w formularzu zapisu (suplement 1) jako "rzeczywisty" czas pobrania próbki.
    6. Podłączyć strzykawkę o pojemności 10 ml do urządzenia próżniowego, a następnie umieścić krew w odpowiedniej probówce.
    7. Szybko przepłucz kaniulę 10 ml soli fizjologicznej, odłączonej pod ciśnieniem, aby zminimalizować ryzyko zakrzepnięcia linii.
    8. Natychmiast zanieś próbkę krwi do laboratorium radiochemicznego w celu analizy.
  3. Wirowanie krwi przez LA
    1. Niech LA przygotuje cały sprzęt (Tabela 1) i załóż rękawice. Należy ustawić trzy stojaki na próbki: jeden na probówki z krwią, jeden do pipetowania próbki i jeden na napełnione pipetowane próbki (przed i po zliczeniu).
      1. Poproś LA o regularną zmianę rękawiczek przez cały czas trwania zabiegu, zwłaszcza podczas obchodzenia się z probówką do liczenia. Jeśli LA ma jakiekolwiek radioaktywne skażenie plazmą na rękawicach, może ono zostać przeniesione do probówki liczącej i fałszywie zwiększyć liczbę zarejestrowanych zliczeń próbki.
    2. Próbkę krwi można umieścić w wirówce, jeśli pozwala na to dostępność zasobów kadrowych, ponieważ zanotowano czas pobrania próbki krwi i czas jej liczenia. Odwirować wszystkie próbki ze względną siłą odśrodkową 724 x g. Ustawienia wirówki używane w tym protokole to 2,000 obr./min przez 5 minut z krzywymi przyspieszenia i opóźnienia ustawionymi na osiem.
    3. Po odwirowaniu próbki umieść probówkę w ruszcie do pipetowania. Zdejmij nasadkę probówki, aby nie zakłócać separacji próbki. Umieść oznaczoną rurkę do liczenia w stojaku. Etykieta powinna odpowiadać probówce z krwią.
    4. Upewnij się, że końcówka jest dobrze przymocowana do pipety. Przygotuj chusteczkę na wszelkie kroplówki. Równomiernie odpipetować 1 000 μl osocza z probówki z krwią, przenieść do probówki liczącej i założyć pokrywki na probówkę do liczenia i probówkę z krwią.
    5. Umieścić probówkę do liczenia w liczniku studzienki i liczyć przez 4 minuty. Zapisać czas rozpoczęcia liczenia na wykresówce ("czas pomiaru") dla każdej próbki. Jest to wymagane w przypadku późniejszych korekt czasu rozpoczęcia akwizycji PET. W późniejszych momentach skanowania poproś LA o wykonanie każdego kroku w krótkim odstępie czasu, aby uniknąć zaległości w próbkach.
    6. Wszelkie odpady produktów krwiopochodnych należy wyrzucać do worków na zagrożenia biologiczne.

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

Wyniki

Metody specyficzne dla danego badania
W tym miejscu podane są szczegółowe informacje dotyczące reprezentatywnych wyników badania. Te szczegóły nie są kluczowe dla procedury i będą się różnić w zależności od badania.

Uczestnicy i projekt zadań
Uczestnicy (n = 3, Tabela 2) przeszli równoczesne badanie BOLD-fMRI/FDG-f PET. Ponieważ niniejszy manuskrypt kon...

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

Dyskusja

FDG-PET to zaawansowana technologia obrazowania, która mierzy wychwyt glukozy, wskaźnik metabolizmu glukozy w mózgu. Do tej pory większość badań neurobiologicznych z wykorzystaniem FDG-PET wykorzystuje tradycyjne podejście do podawania bolusa, ze statyczną rozdzielczością obrazu, która reprezentuje całkę całej aktywności metabolicznej w trakcie skanowania2. W tym manuskrypcie opisano dwa alternatywne protokoły podawania radioznaczników: protokoły tylko infuzji (np. Villien i wsp., Jamadar i

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

Oświadczenia

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów. Źródło finansowania nie było zaangażowane w projektowanie, gromadzenie, analizę i interpretację danych w ramach badania.

Podziękowania

Jamadar jest wspierany przez Australian Council for Research (ARC) Discovery Early Career Researcher Award (DECRA DE150100406). Jamadar, Ward i Egan są wspierani przez ARC Centre of Excellence for Integrative Brain Function (CE114100007). Chen i Li są wspierani przez Reignwood Cultural Foundation.

Jamadar, Ward, Carey i McIntyre zaprojektowali protokół. Carey, McIntyre, Sasan i Fallon zebrali dane. Jamadar, Ward, Parkes i Sasan przeanalizowali dane. Jamadar, Ward, Carey i McIntyre napisali pierwszy szkic rękopisu. Wszyscy autorzy zrecenzowali i zatwierdzili ostateczną wersję.

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Sprzęt do pobierania krwi< / strong>
- 12-15 odkurzaczyBecton Dickinson, NJ USA364880Pozostają w sterylnym opakowaniu, dopóki nie będzie to konieczne do umieszczenia krwi w probówce
--15 10 ml probówek do pobierania krwi LHBecton Dickinson367526Oznaczone numerem próbki (np. S1, S2…), a następnie oznaczone czasem próbki (np. czas 0 + x min [T0+x])
--2-15 10mL strzykawka TerumoTokio, JaponiaSS+10LSą one sporządzane w dniu badania i zamykane ampułką, która zawierała sól fizjologiczną
- wstępnie narysowane 0,9% płukania solą fizjologicznąPfizer, NY, USA61039117
--15 strzykawek Terumo 5 mlTerumo Tokio, JaponiaSS+05SPozostać w sterylnym opakowaniu do momentu pobrania próbki krwi
Safety & Zużyty sprzętWszystkie przedmioty ułożone na plastikowym krześle w pomieszczeniu skanera po tej samej stronie, co ramię, z którego będą pobierane próbki krwi. Worki na odpady stanowiące zagrożenie biologiczne i niestanowiące zagrożenia biologicznego, które należy stosować. Rękawice i worki na odpady muszą być łatwo dostępne podczas przygotowywania promieniotwórczości w obszarze dozowania oraz podczas pipetowania próbek osocza. Worki na odpady stanowiące zagrożenie biologiczne i niestanowiące zagrożenia biologicznego, które należy stosować. Wszystkie wytwarzane odpady są sprawdzane za pomocą licznika Geigera, aby upewnić się, że odpady skażone promieniotwórczo są przechowywane do czasu, gdy będzie można je bezpiecznie zutylizować zgodnie z wytycznymi Australijskiej Agencji Ochrony przed Promieniowaniem i Bezpieczeństwa Jądrowego (APRANSA) dotyczącymi serii ochrony przed promieniowaniem nr 6 (2017).
-- RękawiceWestlab, VIC, Australia663-219
-- Worki na odpadyAustar Packaging, VIC, AustraliaYIW6090
--podkłady do wiolonczeli ' blueys' powiedział: Podkłady 5-warstwoweHalyard Health, NSW, Australia2765A
--Blue Sharpie penSharpie, TN, USAS30063
Dose StrzykawkiPozostawić w sterylnym opakowaniu do momentu użycia. Wszystkie strzykawki używane w tym zakładzie mają dodatkowe 20% pojemności powyżej objętości podanej na opakowaniu. Jest to ważne w przypadku strzykawki 50 ml, w której używana jest całkowita pojemność 60 ml
- 5 mlTerumo Tokio, JaponiaSS + 05S
- 20 mlTerumo Tokio, JaponiaSS + 20L
- 50 mlTerumo Tokio, JaponiaSS * 50LE
- 1 igła Terumo o rozmiarze 18 TerumoTokio, JaponiaNN+1838RPozostać w sterylnym opakowaniu do momentu gotowości do wstrzyknięcia [18F]FDG do worka z solą fizjologiczną
- 100 ml 0,9% worka soliBaxter Pharmaceutical, IL, USAAHB1307Pozostać w sterylnym opakowaniu do momentu gotowości do wstrzyknięcia [18F]FDG
Radiochemistry Lab Supplies
--Wirówka Heraeus Megafuge 16; Rotor Bioshield 720ThermoScientific MA, USA75004230Względna siła odśrodkowa = 724 Nasze ustawienia to 2000 obr./min przez 5 minut. Krzywe przyspieszenia i opóźnienia ustawione na 8
- licznik pojedynczej studniLaboratory Technologies, Inc. IL, USA630-365-1000Pełna codzienna kontrola jakości (w tym liczba w tle) i protokół ustawiony na 18F i 4 minuty. Kalibracja krzyżowa jest wykonywana między licznikiem studzienek, kalibratorem dawki i skanerem co dwa miesiące.
--PipetaISG Xacto, Wiedeń, AustriaLI10434Używamy 100-1000 μ L ustawiony na 1000μL. Jest kalibrowany co roku.
--12-15 probówek do liczenia plazmyTechno PLAS; SA AustraliaP10316SUOznaczone w taki sam sposób jak probówki do krwi LH
- końcówki do pipet 12-15Expell Capp, Dania5130140-1
--3 stojaki na probówkiOgólneSprawdzone za pomocą licznika Geigera, aby upewnić się, że nie ma na nich zanieczyszczenia promieniowaniem
- 500 ml kolba miarowa i woda destylowanaOgólnyPotrzeba około 500 ml wody destylowanej, aby przygotować odniesienie do zliczania promieniowania gamma
- Zsynchronizowane zegary w pomieszczeniu skanera, konsoli i laboratorium radiochemicznymOgólnekontrole synchronizacji są rutynowo przeprowadzane w obiekcie co tydzień
- Monitor hemoglobinyEKF Diagnostic Cardiff, Wielka Brytania Haemo Control.3000-0810-6801Zalecana przez producenta kontrola jakości przeprowadzona przed testowaniem na uczestniku s próbka krwi.
--GlucometreRoche Accu-Chek6870252001Accu-Chek Performa służy do pomiaru poziomu cukru we krwi uczestnika w mmol / L. Kontrola jakości jest przeprowadzana codziennie za pomocą testu kontrolnego roztworu o wysokim i niskim stężeniu.
Cannulating EquipmentSprawdź daty ważności i przeszkol NMT, aby aseptykować przygotowanie do kaniulacji.
- Regulacja opaski uciskowejCBC Classic Kimetec GmBHK5020
- kaniule o rozmiarze 20, 22 i 24 Braun, Melsungen Niemcy4251644-03; 4251628-03; 4251601-03
- opatrunki tegaderm3M, MN USA1624W
- waciki nasączone alkoholem i chlorheksydynąReynard Health Supplies, NSW AustraliaRHS408
- 0,9% ampułki soli fizjologicznej 10 ml; dla spłukiwaniePfizer, NY, USA61039117
--Strzykawki 10 mlTerumo Tokio, JaponiaSS + 10L
- 3-kierunkowy kranBecton Dickinson Connecta394600
--Zatyczka IVSafsite Braun PA USA415068 -
Opcjonalna rurka przedłużająca, zestaw przedłużający mikrootworyM Devices, DaniaIV054000
Scanner Wyposażenie pokoju< / mocny>
--Siemens Biograph 3T mMRSiemens, Erlangen, Niemcy
--Przenośna osłona bariery ołowianejGammasonicsSpecjalnie zbudowanaosłona ołowiana z warunkowym MR. Umieszczony na linii 2000 Gaussa z zablokowanymi kółkami w celu zapewnienia dodatkowej osłony radioaktywności podłączonej do pompy infuzyjnej.
- Pompa infuzyjna BodyGuard 323 MR Pompa infuzyjnaCaesarea Medical Electronics300-040XPkompatybilna z MR. Ten model jest dopuszczony do użytku na skanerach 1,5 i 3T przy 2000 Gauss z zablokowanymi kółkami.
- Rurka pompy infuzyjnejCaesarea Medical Electronics100-163X2YNKS Rurkato zestaw do podawania z zaworem antysyfonowym i męską blokadą luer (REF 100-163X2YNKS).
- Cegły ołowianeZbudowanePrzetestowane pod kątem ferromagnetycznej siły translacyjnej
< silne > Inne wyposażenie< / mocne>
- Osłony strzykawekBiodex, NY USAWykonane na zamówienieIstnieje osłona strzykawki wolframowej o pojemności 5 ml, która jest bezpieczna dla MR, a także osłona ołowiana o pojemności 50 ml, która została przetestowana pod kątem przyciągania ferromagnetycznego przed użyciem w skanerze MR-PET. Służy do transportu dawki radioaktywnej z laboratorium radiochemicznego do skanera w celu zminimalizowania narażenia na promieniowanie NMT.
--Licznik Geigera Model 26-1 Integrated FriskerLudlum Measurements, Inc. TX USA48-4007Jest on kalibrowany corocznie i wykorzystywany do monitorowania potencjalnych zanieczyszczeń i odpadów. Nie jest on wprowadzany do skanera MR-PET.
na zamówienie

Bibliografia

  1. Heurling, K., et al. Quantitative positron emission tomography in brain research. Brain Research. 1670, 220-234 (2017).
  2. Chen, Z., et al. From simultaneous to synergistic MR-PET brain imaging: A review of hybrid MR-PET imaging methodologies. Human Brain Mapping. 39 (12), 5126-5144 (2018).
  3. Jones, T., Rabiner, E. A. The development, past achievements, and future directions of brain PET. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 32 (7), 1426-1454 (2012).
  4. Kety, S. S. Metabolism of the nervous system. , Elsevier. 221-237 (1957).
  5. Sokoloff, L. The metabolism of the central nervous system in vivo. Handbook of Physiology, section I, neurophysiology. 3, 1843-1864 (1960).
  6. Harris, J. J., Jolivet, R., Attwell, D. Synaptic energy use and supply. Neuron. 75 (5), 762-777 (2012).
  7. Mosconi, L., et al. FDG-PET changes in brain glucose metabolism from normal cognition to pathologically verified Alzheimer's disease. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 36 (5), 811-822 (2009).
  8. Pagano, G., Niccolini, F., Politis, M. Current status of PET imaging in Huntington's disease. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 43 (6), 1171-1182 (2016).
  9. Petit-Taboue, M., Landeau, B., Desson, J., Desgranges, B., Baron, J. Effects of healthy aging on the regional cerebral metabolic rate of glucose assessed with statistical parametric mapping. Neuroimage. 7 (3), 176-184 (1998).
  10. Chugani, H. T., Phelps, M. E., Mazziotta, J. C. Positron emission tomography study of human brain functional development. Annals of Neurology. 22 (4), 487-497 (1987).
  11. Phelps, M. E., Mazziotta, J. C. Positron emission tomography: human brain function and biochemistry. Science. 228 (4701), 799-809 (1985).
  12. Zimmer, E. R., et al. [18 F] FDG PET signal is driven by astroglial glutamate transport. Nature Neuroscience. 20 (3), 393(2017).
  13. Roberts, R. P., Hach, S., Tippett, L. J., Addis, D. R. The Simpson's paradox and fMRI: Similarities and differences between functional connectivity measures derived from within-subject and across-subject correlations. Neuroimage. 135, 1-15 (2016).
  14. Horwitz, B. The elusive concept of brain connectivity. Neuroimage. 19 (2), 466-470 (2003).
  15. Moses, W. W. Fundamental limits of spatial resolution in PET. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 648, S236-S240 (2011).
  16. Tomasi, D. G., et al. Dynamic brain glucose metabolism identifies anti-correlated cortical-cerebellar networks at rest. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 37 (12), 3659-3670 (2017).
  17. Hahn, A., et al. Quantification of task specific glucose metabolism with constant infusion of 18F-FDG. Journal of Nuclear Medicine. 57 (12), 1933-1940 (2016).
  18. Hahn, A., et al. Task-relevant brain networks identified with simultaneous PET/MR imaging of metabolism and connectivity. Brain Structure and Function. 223 (3), 1369-1378 (2018).
  19. Jamadar, S. D., et al. Simultaneous task-based BOLD-fMRI and [18-F] FDG functional PET for measurement of neuronal metabolism in the human visual cortex. Neuroimage. 189, 258-266 (2019).
  20. Rischka, L., et al. Reduced task durations in functional PET imaging with [18F] FDG approaching that of functional MRI. Neuroimage. 181, 323-330 (2018).
  21. Villien, M., et al. Dynamic functional imaging of brain glucose utilization using fPET-FDG. Neuroimage. 100, 192-199 (2014).
  22. Carson, R. E. PET physiological measurements using constant infusion. Nuclear Medicine and Biology. 27 (7), 657-660 (2000).
  23. Carson, R. E., et al. Comparison of bolus and infusion methods for receptor quantitation: application to [18F] cyclofoxy and positron emission tomography. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 13 (1), 24-42 (1993).
  24. National Health and Medical Research Council. National statement on ethical conduct in human research. , (2007).
  25. Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency. Code of practice for the exposure of humans to ionizing radiation for research purposes. , (2005).
  26. Jenkinson, M., Beckmann, C. F., Behrens, T. E., Woolrich, M. W., Smith, S. M. FSL. Neuroimage. 62 (2), 782-790 (2012).
  27. Tustison, N. J., et al. N4ITK: improved N3 bias correction. IEEE Transactions on Medical Imaging. 29 (6), 1310(2010).
  28. Avants, B., Klein, A., Tustison, N., Woo, J., Gee, J. C. 16th Annual Meeting for the Organization of Human Brain Mapping. , (2010).
  29. Avants, B. B., Epstein, C. L., Grossman, M., Gee, J. C. Symmetric diffeomorphic image registration with cross-correlation: evaluating automated labeling of elderly and neurodegenerative brain. Medical Image Analysis. 12 (1), 26-41 (2008).
  30. Klein, A., et al. Mindboggling morphometry of human brains. PLoS Computational Biology. 13 (2), e1005350(2017).
  31. Tustison, N. J., et al. Large-scale evaluation of ANTs and FreeSurfer cortical thickness measurements. Neuroimage. 99, 166-179 (2014).
  32. Avants, B. B., et al. A reproducible evaluation of ANTs similarity metric performance in brain image registration. Neuroimage. 54 (3), 2033-2044 (2011).
  33. Burgos, N., et al. Attenuation correction synthesis for hybrid PET-MR scanners: application to brain studies. IEEE Transactions on Medical Imaging. 33 (12), 2332-2341 (2014).
  34. Panin, V. Y., Kehren, F., Michel, C., Casey, M. Fully 3-D PET reconstruction with system matrix derived from point source measurements. IEEE Transactions on Medical Imaging. 25 (7), 907-921 (2006).
  35. Jenkinson, M., Bannister, P., Brady, M., Smith, S. Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images. Neuroimage. 17 (2), 825-841 (2002).
  36. Bludau, S., et al. Cytoarchitecture, probability maps and functions of the human frontal pole. Neuroimage. 93, 260-275 (2014).
  37. Amunts, K., Malikovic, A., Mohlberg, H., Schormann, T., Zilles, K. Brodmann's areas 17 and 18 brought into stereotaxic space-where and how variable? Neuroimage. 11 (1), 66-84 (2000).
  38. Malikovic, A., et al. Cytoarchitectonic analysis of the human extrastriate cortex in the region of V5/MT+: a probabilistic, stereotaxic map of area hOc5. Cerebral Cortex. 17 (3), 562-574 (2006).
  39. Wilms, M., et al. Human V5/MT+: comparison of functional and cytoarchitectonic data. Anatomy and Embryology. 210 (5-6), 485-495 (2005).
  40. Eickhoff, S. B., Heim, S., Zilles, K., Amunts, K. Testing anatomically specified hypotheses in functional imaging using cytoarchitectonic maps. Neuroimage. 32 (2), 570-582 (2006).
  41. Eickhoff, S. B., et al. Assignment of functional activations to probabilistic cytoarchitectonic areas revisited. Neuroimage. 36 (3), 511-521 (2007).
  42. Eickhoff, S. B., et al. A new SPM toolbox for combining probabilistic cytoarchitectonic maps and functional imaging data. Neuroimage. 25 (4), 1325-1335 (2005).
  43. Everett, B. A., et al. Safety of radial arterial catheterization in PET research subjects. Journal of Nuclear Medicine. 50 (10), 1742-1742 (2009).
  44. Takagi, S., et al. Quantitative PET cerebral glucose metabolism estimates using a single non-arterialized venous-blood sample. Annals of Nuclear Medicine. 18 (4), 297-302 (2004).
  45. Zanotti-Fregonara, P., Chen, K., Liow, J. S., Fujita, M., Innis, R. B. Image-derived input function for brain PET studies: many challenges and few opportunities. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 31 (10), 1986-1998 (2011).
  46. O'Loughlin, S., Currie, G. M., Trifonovic, M., Kiat, H. Ambient temperature and cardiac accumulation of 18F-FDG. Journal of Nuclear Medicine Technology. 42 (3), 188-193 (2014).

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

Przedruki i uprawnienia

Tagi

ciągła infuzjametoda bolusapobieranie krwiPET MRI z blokadą czasowąbodziec wzrokowymapy koroweodpowiedź glukozowa
Podawanie radioznacznika w pozytonowej tomografii emisyjnej ludzkiego mózgu o wysokiej rozdzielczości czasowej: zastosowanie do FDG-fPET
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.