Artykuł metodologiczny

Badanie metabolicznych połączeń mózgu za pomocą dynamicznej pozytonowej tomografii emisyjnej 2-deoksy-2-[18F]fluoro-D-glukozy na poziomie pojedynczego obiektu

DOI:

10.3791/67458

⸱

24 stycznia 2025

 ,  ,  ,  , 
1IBiTech MEDISIP Infinity Lab, Department of Electronics and Information Systems, Ghent University, 24BRAIN, Department of Neurology, Ghent University Hospital

W tym artykule

Podsumowanie

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

Akwizycja danych z dynamicznej pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) i rekonstrukcja w przedziałach czasowych pozwala na analizę metabolicznej łączności mózgu na poziomie pojedynczego podmiotu. Opisujemy metodę pozyskiwania [18F]FDG dynamicznych danych PET mózgu szczura i uzyskania macierzy połączeń poprzez ekstrakcję krzywych czasowo-aktywnych o interesujących nas objętościach.

Streszczenie

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

Do dnia dzisiejszego, metaboliczne połączenia mózgu są głównie badane na poziomie grupy poprzez pozyskiwanie danych ze statycznej pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) wielu osób. Nasze grupy badawcze badają obecnie zmiany w łącznościach metabolicznych w wielu punktach czasowych po krwotoku śródmózgowym na poziomie wewnątrzosobniczym u szczurów. Aby zbadać wewnątrzosobniczą metaboliczną łączność mózgu, potrzebne są czasowe informacje o wychwytywaniu znacznika w różnych regionach mózgu, co można osiągnąć za pomocą dynamicznego PET. W tej publikacji podajemy szczegółowy opis naszego protokołu pozyskiwania i analizy danych.

Dynamiczne dane PET mózgu szczura są pozyskiwane na dedykowanym przedklinicznym systemie PET przy użyciu 2-deoksy-2-[18F]fluoro-D-glukozy ([18F]FDG) jako znacznika. Znacznik jest wstrzykiwany dożylnie w bolusie na początku skanowania PET. Podczas 60-minutowej akwizycji zwierzętom podaje się sedomidynę medetomidyny.

Po przejęciu, dane PET są rekonstruowane w trzydziestu 2-minutowych przedziałach czasowych za pomocą iteracyjnego algorytmu rekonstrukcji (Maximum-Probability Expectation-Maximization). Parcelowany atlas składający się z wielu objętości zainteresowania (VOI) służy do wyodrębniania krzywych aktywności czasowej każdego VOI, które są następnie wykorzystywane do obliczenia współczynnika korelacji Pearsona między każdą parą VOI.

Ten dynamiczny protokół PET umożliwia ocenę różnic w łączności metabolicznej między dwoma pojedynczymi skanami, a nie między grupami skanów. Podejście to pozwala na badanie zmian w łącznościach metabolicznych u jednego pacjenta w różnych punktach czasowych lub na porównanie łączności metabolicznej danej osoby z normalną bazą danych. Takie porównania mogą być przydatne do śledzenia postępu choroby lub pomocy w diagnozowaniu zaburzeń neurologicznych charakteryzujących się zaburzoną komunikacją między regionami mózgu, takich jak padaczka lub demencja.

Wprowadzenie

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

Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) jest techniką obrazowania molekularnego powszechnie używaną zarówno w badaniach, jak i w warunkach klinicznych. Ze względu na rozwój różnych znaczników PET, PET może być używany do badania patofizjologii choroby oraz monitorowania postępu choroby i odpowiedzi na leczenie1. Jednym z najczęściej stosowanych radioznaczników jest 2-deoksy-2-[18F]fluoro-D-glukoza ([18F]FDG), który pozwala na obrazowanie metabolizmu glukozy, co wskazuje na aktywację komórkową. Jest wykorzystywany w onkologii do diagnozy, oceny stopnia zaawansowania i prognozowania; w neurologii, często w kontekście chorób neurodegeneracyjnych, takich jak demencja; a w kardiologii, aby zdiagnozować stany takie jak sarkoidoza, by wymienić tylko kilka przykładów1,2,3.

Ocena metabolicznej łączności mózgu, uzyskana z [18F]FDG danych PET, odnosi się do funkcjonalnych relacji między wychwytem znacznika w różnych regionach mózgu. Podejście to umożliwia obliczenie "macierzy połączeń" poprzez wybór zestawu regionów mózgu, które mogą dostarczyć informacji na temat tego, jak różne części mózgu oddziałują na siebie i funkcjonują razem. Ten rodzaj analizy jest szczególnie przydatny do badania funkcji mózgu w zdrowiu i chorobie, w tym w stanach takich jak demencja, epilepsja i inne zaburzenia neurologiczne4,5.

Pierwsze badanie oceniające metaboliczne połączenia mózgu sięga już lat 80-tych XX wieku6, ale badacze badali głównie strukturalne połączenia mózgu, znane również jako "konektom"7, za pomocą obrazowania metodą rezonansu magnetycznego ważonego dyfuzją (DW-MRI). Co więcej, łączność funkcjonalna wykorzystująca techniki takie jak funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), elektroencefalografia (EEG) i magnetoencefalografia (MEG) jest szeroko badana od wielu dziesięcioleci8,9.

Ostatnio powróciło zainteresowanie badaniem metabolicznej łączności mózgu za pomocą [18F]FDG PET, nie tylko samodzielnie, ale także w połączeniu z innymi formami połączeń mózgowych10. Jednak ze względu na nieodłączną "statyczną" naturę obrazów PET (w przeciwieństwie do np. funkcjonalnego rezonansu magnetycznego), zdecydowana większość wyników opartych na PET sieci mózgowych opiera się na analizie na poziomie grupy, gdzie korelacje między regionami mózgu są obliczane na poziomie międzyosobniczym. To ograniczenie uniemożliwia wewnątrzobiektową analizę obrazów PET, co jest niezbędne w badaniach podłużnych, które mogą śledzić zmiany w czasie w obrębie tej samej osoby4. W związku z tym opracowanie metod umożliwiających analizę pojedynczych obiektów, takich jak dynamiczna łączność molekularna oparta na PET, jest ważnym kierunkiem badawczym w badaniach mózgu nad zaburzeniami sieci, ponieważ otwiera drzwi do zastosowania analizy sieci molekularnych w praktyce klinicznej. W związku z tym w naszym badaniu przedklinicznym wykorzystano dynamiczne dane PET.

Nasze grupy badawcze obecnie przeprowadzają badanie, które bada zmiany w połączeniach metabolicznych po krwotoku śródmózgowym na poziomie wewnątrzmózgowym w wielu punktach czasowych przy użyciu modelu kolagenazy szczurów11. Aby zbadać wewnątrzosobniczą metaboliczną łączność mózgu, potrzebne są czasowe informacje o wychwytywaniu znacznika w różnych obszarach mózgu, które można uzyskać za pomocą dynamicznego PET. W poniższych sekcjach podajemy szczegółowy opis protokołu gromadzenia i analizy danych.

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

Protokół

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

Wszystkie procedury są zgodne z europejskimi wytycznymi (dyrektywa 2010/63/UE), a protokół został zatwierdzony przez lokalną Komisję Etyki Zwierząt Uniwersytetu w Gandawie (ECD 23/33). Do badania włączono dwanaście szczurów Sprague Dawley (sześć samic i sześć samców). Ich skany PET zostały uzyskane przy użyciu następującego protokołu w wielu punktach czasowych, od 2 tygodni przed do 18 tygodni po indukowanym krwotoku śródmózgowym. W czasie pierwszego skanowania wszystkie zwierzęta miały 18 tygodni, a samice ważyły 244,8 ± 10,1 g (średnio ± SD), podczas gdy samce ważyły 363,6 ± 13,3 g.

Upewnij się, że materiały radioaktywne są obsługiwane tylko przez przeszkolony personel. Dawkę dla personelu i zwierząt należy utrzymywać na możliwie najniższym poziomie (ALARA).

1. Akwizycja danych

UWAGA: Zobacz Tabelę Materiałów, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat przedklinicznego imagera PET i oprogramowania używanego do pozyskiwania danych. Imager jest skanerem PET z 45 detektorami (ułożonymi w 5 pierścieni) obejmującym osiowe pole widzenia (FOV) 13 cm i transosiowe pole widzenia 7,6 cm, wykorzystujący kryształy LYSO i detektory SiPM. System wykazuje rozdzielczość przestrzenną 850 μm, czułość 12% i rozdzielczość energetyczną 12,6%12. Poniższe kroki zostały napisane z myślą o tym.

  1. Zwierzęta powinny być pozbawione jedzenia przez 6-14 godzin przed skanowaniem, wyjmując całe jedzenie z klatki. Gdy zwierzę przejdzie wystarczający okres postu, rozpocznij przygotowania do zbierania danych w następujący sposób.
  2. Włącz poduszkę grzewczą i pozwól jej ogrzać się do 30–35 °C.
  3. Znieczulić zwierzę izofluranem, umieszczając zwierzę w komorze do znieczulenia gazowego wypełnionej 5% izofluranem w medycznymO2 przy natężeniu przepływu 2,000 ml/min. Pomóż utrzymać temperaturę ciała zwierzęcia, umieszczając lampę grzewczą w odległości 30 cm od komory. Gdy częstość oddechów zmniejszy się do 0,5-1 oddechu na sekundę, potwierdź odpowiednią głębokość znieczulenia, sprawdzając, czy nie ma odruchu wycofania łapy w odpowiedzi na nacisk wywierany na opuszkę łapy.
  4. Zważ zwierzę.
  5. Umieść zwierzę na poduszce grzewczej. Użyj stożka nosowego, aby podać 2% izofluranu w medycznymO2 z szybkością przepływu 500 ml/min. W razie potrzeby należy dostosować dawkę izofluranu, aby zwierzę było w odpowiednim znieczuleniu. Zastosuj lubrykant do oczu, aby zapobiec wysuszeniu rogówki.
  6. Ogol część szyi zwierzęcia między łopatkami.
  7. Przygotowanie żyły ogonowej do wstrzyknięcia znacznika:
    1. Obróć zwierzę na lewą lub prawą stronę i użyj lampy grzewczej, aby ogrzać jego ogon, powodując rozszerzenie naczyń krwionośnych.
    2. Weź około 20 cm rurki BTPE-10. Za pomocą uchwytu na igłę odłamać trzonek igły 30 G i włożyć 1–2 mm jej tylnego końca do rurki PE. Napełnij strzykawkę insulinową o pojemności 1 ml solą fizjologiczną i włóż końcówkę igły na 3–5 mm do rurki PE. Napełnij rurkę PE solą fizjologiczną z napełnionej strzykawki i utrzymuj strzykawkę z solą fizjologiczną podłączoną do rurki PE.
    3. Oczyść ogon zwierzęcia etanolem. Wyjmij lampę grzewczą.
    4. Włóż końcówkę igły rurki PE do bocznej żyły ogonowej. Potwierdzić prawidłowe ułożenie igły: należy sprawdzić, czy krew dostaje się do rurki PE po odciągnięciu tłoka, czy nie ma oporu podczas wstrzykiwania oraz czy w miejscu wstrzyknięcia nie tworzy się pęcherzyk podskórny (wskazujący na wstrzyknięcie dożylne). Jeśli wprowadzenie się nie powiodło, wyjmij igłę z ogona i spróbuj ponownie w bardziej proksymalnym odcinku.
    5. Zabezpiecz igłę kroplą kleju błyskawicznego w miejscu penetracji i przyklej rurkę PE do ogona.
      UWAGA: Unikaj przesuwania rurki PE. Jeśli w dowolnym momencie krew dostanie się do rurki PE, natychmiast przepłucz ją solą fizjologiczną, aby zapobiec zatkaniu.
  8. Przełącz się na sedację medetomidynową:
    1. Ułóż zwierzę w pozycji leżącej na macie grzewczej. W razie potrzeby ponownie nałóż smar do oczu.
    2. Przygotuj rurkę PE (40–100 cm) do podłączenia do pompy infuzyjnej umieszczonej w pobliżu skanera PET. Za pomocą uchwytu na igłę odłamać trzonek igły 30 G i włożyć 1–2 mm jej grzbietu do rurki PE. Napełnij plastikową strzykawkę o pojemności 1 ml igłą 30 G z co najmniej 0,2 ml medetomidyny (na zwierzę) i włóż końcówkę igły na 3–5 mm do rurki PE. Napełnij rurkę PE medetomidyną ze strzykawki.
    3. Umieścić strzykawkę z medetomidyną w pompie infuzyjnej. Włączyć pompę i wybrać właściwą strzykawkę, klikając przycisk Znajdź strzykawkę | BD Plastic | 1 ml.
    4. Wysuń boli o pojemności 0,005 ml za pomocą pompy, aż kropla wypłynie z igły na drugim końcu rurki PE. Upewnij się, że w rurkach PE nie ma pęcherzyków powietrza.
    5. Wbić igłę rurki PE na 2–3 mm podskórnie między łopatki zwierzęcia. Zabezpiecz igłę kroplą kleju błyskawicznego w miejscu penetracji i delikatnie przyklej rurkę PE do grzbietu zwierzęcia.
    6. Wstrzyknąć bolus medetomidyny o objętości V (dawka: 3 ml/min) w zależności od masy ciała zwierzęcia:
      figure-protocol-1
      Gdzie d = 0,05 mg/kg (dawka medetomidyny w mg na kg masy ciała zwierzęcia), m oznacza masę ciała zwierzęcia w kg, a c jest stężeniem medetomidyny w mg/ml.
    7. Należy przerwać podawanie izofluranu po 10 minutach od podania bolusa medetomidynowego, dostosowując dawkę izofluranu w razie potrzeby w celu utrzymania stabilnego znieczulenia w tym okresie oczekiwania.
      UWAGA: Izofluran w połączeniu z medetomidyną znacznie spowalnia częstość oddechów zwierzęcia. Konieczne jest ścisłe monitorowanie do momentu zaprzestania podawania izofluranu.
    8. Pięć minut po odstawieniu izofluranu należy rozpocząć ciągłą infuzję medetomidyny w tempie:
      rcont = r • m
      Gdzie r = 0,1 mg/(kg·h); ilość medetomidyny w mg na masę ciała zwierzęcia w kg/h), a m oznacza masę zwierzęcia w kg.
      UWAGA: Przed rozpoczęciem badania konieczne jest zapewnienie okresu równoważenia wynoszącego dodatkowe 25 minut po rozpoczęciu infuzji ciągłej (a więc 30 minut po odstawieniu izofluranu) w celu upewnienia się, że organizm zwierzęcia jest wolny od izofluranu. W tym czasie wykonaj następujące kroki.
  9. Pozycjonowanie zwierząt w skanerze PET:
    1. Przygotuj łóżko skanera z poduszką grzewczą, czujnikiem nacisku i chusteczkami papierowymi. Użyj czujnika, aby monitorować częstość oddechów zwierzęcia i papierowe chusteczki do wchłaniania moczu wydalanego przez zwierzę.
      UWAGA: Ze względu na medetomidynę zwierzę zazwyczaj wydala duże ilości moczu.
    2. Ostrożnie przenieś zwierzę na łóżko skanera, upewniając się, że linia medetomidyny i cewnik żyły ogonowej pozostają bezpieczne. Ustaw głowę zwierzęcia tak prosto, jak to możliwe, używając stożka nosowego w celu uzyskania pomocy, jeśli to konieczne. Zabezpiecz głowę taśmą po prawidłowym ustawieniu.
    3. Włącz poduszkę grzewczą i sprawdź, czy system monitorowania częstości oddechów działa prawidłowo, w razie potrzeby dostosowując położenie czujnika ciśnienia.
  10. Dziesięć do pięciu minut przed rozpoczęciem skanowania PET napełnij strzykawkę insulinową około 20 MBq 2-deoksy-2-[18F]fluoro-D-glukozy ([18F]FDG) rozcieńczonej w 0,1–0,8 ml soli fizjologicznej.
    UWAGA: Fluor-18 (18F) jest radioizotopem fluoru o okresie półtrwania 109,8 min. Podczas obchodzenia się z materiałami radioaktywnymi należy przestrzegać lokalnych protokołów bezpieczeństwa radiacyjnego.
  11. Otwórz oprogramowanie skanera i skonfiguruj następujące parametry skanowania: Wybierz 18F jako izotop (ważne dla korekcji rozpadu), wprowadź zmierzoną aktywność strzykawki zawierającej radioznacznik (w MBq mierzoną przez kalibrator dawki) oraz czas pomiaru (informacje zostaną zapisane w metadanych, które są potrzebne do przekształcenia danych w inne jednostki, takie jak standardowe wartości absorpcji). Wybierz Protokół ogólny i zaznacz opcję Automatyczne sortowanie po pobraniu. Ustaw czas skanowania na 1 godzinę i dostosuj obszar zainteresowania (ROI) tak, aby zawierał cały mózg szczura (zwykle pozycja 2-5).
  12. Po upływie 30 minut od zakończenia podawania izofluranu należy rozpocząć badanie PET:
    1. Ponownie potwierdź prawidłowe umieszczenie w żyle poprzez aspirację, a następnie wstrzyknięcie niewielkiej ilości soli fizjologicznej, jak opisano w kroku 1.7.4.
    2. Zastrzykać strzykawkę z solą fizjologiczną strzykawką z radioznacznikiem. Podczas wyjmowania strzykawki z rurki PE możliwe jest, że krew dostanie się do rurki PE, wypychając sól fizjologiczną. Szybko wprowadzić igłę strzykawki radioznacznikowej, nie przebijając rurki PE.
    3. Rozpocznij skanowanie za pomocą oprogramowania skanera.
    4. Po rozpoczęciu akwizycji należy wstrzyknąć znacznik w postaci bolusa przez około 0,5–2 s. Natychmiast zastąp pustą strzykawkę radioznacznikową strzykawką z solą fizjologiczną i przepłucz rurkę PE około 0,1 ml soli fizjologicznej. Użyj chusteczki, aby złapać wszelkie krople radioznacznika, które mogą wydostać się podczas wymiany strzykawki.
      UWAGA: Szybkość zliczania wyświetlana przez oprogramowanie skanera powinna szybko wzrosnąć do 4,5–6,5 mc/s po wstrzyknięciu znacznika. Szybkość zliczania początkowo znacznie poniżej 4 Mcps, a następnie wzrastająca, wskazuje na (częściowo) wstrzyknięcie znacznika dożylnego.
    5. Ocenić pozostałą aktywność, która nie została wstrzyknięta zwierzęciu, mierząc aktywność strzykawki znacznikowej oraz potencjalnie skażonej tkanki i rękawiczek. Wprowadź tę aktywność i czas pomiaru do oprogramowania skanera, aby zapisać je w metadanych.
      UWAGA: Typowa jest pozostała aktywność 0,1–1,5 MBq, w zależności od tego, ile znacznika uciekło podczas zmiany znacznika na strzykawkę z solą fizjologiczną.
  13. Po zakończeniu skanowania wysuń łóżko ze zwierzęciem ze skanera.
    UWAGA: Zwierzę może reagować na bodźce lub budzić się, zanim medetomidyna zostanie zantagonizowana. Z bestią należy obchodzić się ostrożnie i być przygotowanym na nagłe ruchy podczas kolejnych kroków. Należy również pamiętać, że zwierzę jest radioaktywne. Dlatego staraj się wykonać następujące kroki tak szybko i ostrożnie, jak to możliwe.
  14. Usuń igłę i rurkę PE z ogona zwierzęcia za pomocą uchwytu na igłę. Przyłóż chusteczkę lub kompres do miejsca nakłucia, aby zatrzymać potencjalne krwawienie.
  15. Należy przerwać podawanie medetomidyny i usunąć igłę oraz rurkę PE z szyi zwierzęcia.
  16. Umieść zwierzę w klatce wolnej od innych zwierząt, używając tkanki do wyłapywania (radioaktywnego) moczu, który może być wydalany podczas przenoszenia zwierzęcia. Podaj 1 ml soli fizjologicznej podskórnie w plecy za pomocą strzykawki insulinowej o pojemności 1 ml, aby wspomóc nawodnienie.
  17. Odwrócić sedację za pomocą podskórnego wstrzyknięcia atipamezolu.
    1. Oblicz odpowiednią objętość v, korzystając z następującego równania:
      figure-protocol-2
      Gdzie d = 0,5 mg/kg, tj. dawka medetomidyny w mg na kg masy ciała zwierzęcia, m oznacza masę ciała zwierzęcia w kg, a c jest stężeniem atipamezolu w mg/ml.
    2. W przypadku lekkich zwierząt, których objętości są małe, należy rozcieńczyć atipamezol solą fizjologiczną, aby umożliwić dokładniejsze podanie dawki. Napełnij strzykawkę insulinową 4 • v atipamezolu i 12 • v soli fizjologicznej. Wstrzyknąć 1/4 powstałego roztworu podskórnie w grzbiet zwierzęcia w pobliżu szyi.
  18. Monitoruj zwierzę wizualnie, aż się obudzi, co powinno zająć 1–5 minut. Gdy zwierzę będzie w stanie utrzymać się w pozycji pionowej i swobodnie się poruszać, umieść je z powrotem w pomieszczeniach grupowych. Zapewnij zwierzęciu jedzenie i wodę.

2. Rekonstrukcja danych i kontrola jakości

UWAGA: Korzystając z oprogramowania dostępnego w naszym badaniu, wszystkie dane PET zostały skorygowane pod kątem rozpadu radionuklidów, a uzyskane sinogramy zostały zrekonstruowane za pomocą trójwymiarowego algorytmu maksymalizacji oczekiwań (OSEM-3D) przy użyciu 30% okna wokół fotoszczytu 511 keV. Oprogramowanie do rekonstrukcji OSEM używało domyślnych ustawień 10 podzbiorów z 20 milionami zdarzeń na podzbiór. Obrazy zostały zrekonstruowane w poprzeczną matrycę o wymiarach 192 x 192 x 384 z sześciennymi wokselami obrazu o szerokości 0,4 mm. Nie wykonano korekcji tłumienia.

  1. Aby sprawdzić, czy wstrzyknięcie znacznika powiodło się, sprawdź szybkość zliczania wykrytą podczas 60-minutowej akwizycji (tj. krzywej czasowo-aktywnej (TAC)). Potwierdzić, że szczyt nastąpił w ciągu pierwszej minuty od pobrania, bezpośrednio po wstrzyknięciu znacznika.
  2. Rekonstrukcja statyczna: Zrekonstruuj uzyskane dane za pomocą algorytmu OSEM przy użyciu 30 iteracji, izometrycznego rozmiaru woksela 400 μm i okna energetycznego 30% wyśrodkowanego na fotoszczycie 511 keV.
  3. Po zakończeniu rekonstrukcji sprawdź wynikowy obraz pod kątem artefaktów.
  4. Rekonstrukcja dynamiczna: Zrekonstruuj pozyskane dane w trzydziestu 2-minutowych przedziałach czasowych przy użyciu tych samych ustawień, co w przypadku rekonstrukcji statycznej.

3. Analiza danych

UWAGA: Następujące kroki 3.1 i 3.2 są wykonywane w środowisku oprogramowania biomedycznego dedykowanym do kwantyfikacji danych PET, przy użyciu narzędzia PFUS (Image Registration and Fusion Tool) oraz General Kinetic Modeling Tool (PKIN).

  1. W PFUS:
    1. Na podstronie Załaduj obrazy wejściowe:
      1. Załaduj plik DICOM dynamicznej rekonstrukcji za pomocą przycisku wczytywania INP lub przeciągając i upuszczając plik na płótno. Użyj kontrolki Ogólne wyświetlanie obrazu w prawym górnym rogu, aby poruszać się po plasterkach i ramkach czasowych oraz dostosowywać pasek kolorów. W razie potrzeby dostosuj orientację obrazu do orientacji standardowej za pomocą przycisku Zmień orientację obrazu wejściowego na prawym pasku bocznym.
      2. Kadrowanie i średnia klatek: Kliknij strzałkę w prawym dolnym rogu, aby wyświetlić ukryte elementy sterujące sumowaniem i przycinaniem, a następnie zaznacz opcję Przytnij. Na płótnie zdefiniuj granice kadrowania, dopasowując krawędzie i przeciągając środek pola przycinania; Upewnij się, że cały mózg i odrobina wyściółki, zawierająca części oczu i rdzenia kręgowego, są zawarte. Po prawidłowym zdefiniowaniu pola przycinania kliknij przycisk przycinania, aby przyciąć obraz. Oblicz średnią ważoną klatką ze wszystkich przedziałów czasowych, klikając pomarańczowy przycisk średniej i poczekaj, aż wynik zostanie automatycznie dodany do obrazów wejściowych, co daje w sumie dwa obrazy wejściowe: przycięte dane dynamiczne z ramkami czasowymi i przyciętą średnią ważoną w czasie tych samych danych.
      3. Wybierz metodę Deformacja jako dopasowanie lub naciśnij przycisk, jeśli jest już wybrany, aby przejść do normalizacji opartej na szablonie.
    2. Na podstronie Odniesienie i dopasowanie:
      1. Wybierz obraz uśredniony w czasie jako obraz wejściowy (zwykle jest on wybierany automatycznie od ostatniego kroku).
      2. Załaduj odniesienie, klikając przycisk, aby wybrać szablon normalizacji jako obraz referencyjny. Wybierz Rat FDG (W. Schiffer).
      3. Dopasuj dane wejściowe do szablonu, klikając przycisk Dopasowywanie danych wejściowych | Wejście: Dostosuj ręcznie na pasku bocznym po prawej stronie. Przeciągnij i obróć obraz wejściowy, aby z grubsza pasował do szablonu. Upewnij się, że Szczur jest wybrany jako gatunek, metoda rejestracji to Deformacja, a następnie kliknij przycisk Dopasuj bieżący, aby przejść do następnej podstrony.
    3. Na podstronie Wynik dopasowania:
      1. Sprawdź wynik i w razie potrzeby dostosuj mecz ręcznie. Kliknij opcję Zastosuj bieżącą transformację do wszystkich, aby dopasować również obraz wejściowy składający się z przedziałów czasu.
      2. Kliknij zielony przycisk VOIs, aby przejść do następnego kroku przetwarzania.
    4. Na podstronie Analiza VOI:
      1. Wybierz obraz zawierający ramy czasowe jako obraz A w prawym dolnym menu.
      2. Przejdź do zakładki Szablon i wybierz Px Rat (W. Schiffer) w zakładce Atlas lub załaduj niestandardowy atlas i wybierz żądane woluminy. Aby zastosować VOI, kliknij przycisk Konspekt na dole.
      3. Kliknij przycisk nad zakładką Szablon, aby obliczyć TAC i wysłać je do narzędzi PKIN.
  2. W PKIN:
    1. W prawym dolnym rogu wybierz TAC dla Display Type (Typ wyświetlania), aby wyświetlić TAC w kBq/ml wybranych wcześniej VOI.
    2. Kliknij prawym przyciskiem myszy płótno z TAC i kliknij Tabela wartości widocznych krzywych. Skopiuj tabelę do arkusza kalkulacyjnego w celu dalszej analizy.
  3. Oblicz korelację Pearsona między wszystkimi parami VOI, używając danych z szóstego do ostatniego przedziału czasowego (= 10–60 minut po rozpoczęciu skanowania), aby uzyskać macierz korelacji. Skrypt Pythona o nazwie "correlation_matrix.py" spełniający ten cel jest zawarty w Pliku Uzupełniającym 1.
  4. Oblicz, czy korelacja Pearsona jest istotna, korzystając ze statystyki testu t: figure-protocol-3 z n - 2 stopniami swobody, gdzie r jest współczynnikiem korelacji Pearsona, a n = 25 liczbą przedziałów czasowych użytych do obliczenia korelacji Pearsona. Zastosować odpowiednią poprawkę dla wielokrotnych porównań i porównać statystykę z wartością krytyczną dwustronnego rozkładu t (p = 0,05) przy n - 2 stopniach swobody. Uznaj, że korelacja Pearsona między dwoma VOI jest istotna, jeśli skorygowana wartość testu t jest mniejsza niż wartość krytyczna.

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

Wyniki

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

Po zakończeniu skanowania, TAC wykrytego wskaźnika podczas akwizycji może zostać zbadany, aby sprawdzić, czy wstrzyknięcie i wychwyt znacznika są prawidłowe. Rysunek 1 pokazuje TAC wynikający z całego pola widzenia skanera po udanym wstrzyknięciu i akwizycji znacznika (panel A) oraz TAC wynikający z częściowo dożylnego wstrzyknięcia znacznika (panel B). W pomyślnym przypadku szybkość zliczania gwałtownie rośnie po wstrzyknięciu znacznika i osiąga szczyt w ciągu pierwszych 4 ...

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

Dyskusja

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

Przedstawiony tutaj protokół prowadzi użytkowników przez proces pozyskiwania dynamicznych danych PET w ciągu 1 godziny przy użyciu [18F]FDG jako znacznika u szczurów. Na koniec uzyskuje się macierz korelacji VOI, którą można wykorzystać do oceny połączeń metabolicznych na poziomie jednego podmiotu. Doświadczeni badacze mogą dostosować protokół do swoich specyficznych potrzeb w różnych punktach, na przykład używając innego radioznacznika, czasu akwizycji lub szerokości ram czasowych do rekonstrukcji obrazu i wy...

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

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.

Podziękowania

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

Ta praca została wsparta grantem badawczym z Flamandzkiej Fundacji Badawczej [G027422N].

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
AntisedanOrion PharmaChlorowodorek atypamezolu 5 mg/ml
strzykawka insulinowa BD Micro-Fine+ 1 mlBD3248270,33 mm (29G) x 12,7 mm
BD Microlance 3 igły 30 G x 1/2"BD30400030 G x 1/2"; 0,3 x 13 mm
Strzykawka BD Plastipak 1 mlBD303172do pompy infuzyjnej
BTPE-10 Rurka polietylenowaInstech0,11x,024 cala (.28x60 mm)
DomitorOrion Pharma1070499Chlorowodorek medetymidyny 1 mg / ml
Fusion 100 pompa infuzyjnaChemyx Inc.07100Dostępny nowszy model: Fusion 100X
Isoflutek 1000 mg/gAliviraIsoflurane
MOLECUBES β-CUBE z oprogramowaniem CUBEFLOWMOLECUBES NVPrzedkliniczny skaner PET
PMOD Wersja oprogramowania 4.4 Bruker Corporationhttp://www.pmod.com; kwantyfikacja danych PET
Sól fizjologicznaB. Braun394496NaCl 0,9%
Vidisic żel pod oczyVidisicCarbomerum 980 2 mg/g

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wilson, H., Pagano, G., Politis, M. Dementia spectrum disorders: lessons learnt from decades with PET research. J Neural Transm. 126 (3), 233-251 (2019).
  2. Singnurkar, A., Poon, R., Metser, U. Comparison of 18F-FDG-PET/CT and 18F-FDG-PET/MR imaging in oncology: a systematic review. Ann Nucl Med. 31 (5), 366-378 (2017).
  3. Youssef, G., et al. The use of 18F-FDG PET in the diagnosis of cardiac sarcoidosis: a systematic review and metaanalysis including the Ontario experience. J Nucl Med. 53 (2), 241-248 (2012).
  4. Carli, G., Tondo, G., Boccalini, C., Perani, D. Brain molecular connectivity in neurodegenerative conditions. Brain Sci. 11 (4), 433(2021).
  5. Sala, A., Perani, D. Brain molecular connectivity in neurodegenerative diseases: Recent advances and new perspectives using positron emission tomography. Front Neurosci. 13, 617(2019).
  6. Horwitz, B., Duara, R., Rapoport, S. I. Intercorrelations of glucose metabolic rates between brain regions: Application to healthy males in a state of reduced sensory input. J Cereb Blood Flow Metab. 4 (4), 484-499 (1984).
  7. Sporns, O., Tononi, G., Kötter, R. The human connectome: A structural description of the human brain. PLOS Comput Biol. 1 (4), e42(2005).
  8. Biswal, B., Zerrin Yetkin, F., Haughton, V. M., Hyde, J. S. Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echo-planar MRI. Magn Reson Med. 34 (4), 537-541 (1995).
  9. Sanchez-Catasus, C. A., et al. Use of nuclear medicine molecular neuroimaging to model brain molecular connectivity. PET and SPECT in neurology. Diercke, R. A. J. O., de Vries, E. F. J., van Waarde, A., Leenders, K. L. , Springer. Cham. 181-207 (2021).
  10. Wehrl, H. F., et al. Simultaneous PET-MRI reveals brain function in activated and resting state on metabolic, hemodynamic and multiple temporal scales. Nat Med. 19 (9), 1184-1189 (2013).
  11. Rosenberg, G. A., Mun-Bryce, S., Wesley, M., Kornfeld, M. Collagenase-induced intracerebral hemorrhage in rats. Stroke. 21 (5), 801-807 (1990).
  12. Krishnamoorthy, S., et al. Performance evaluation of the MOLECUBES β-CUBE - a high spatial resolution and high sensitivity small animal PET scanner utilizing monolithic LYSO scintillation detectors. Phys Med Biol. 63 (15), 155013(2018).
  13. Schiffer, W. K., Mirrione, M. M., Dewey, S. L. Optimizing experimental protocols for quantitative behavioral imaging with 18F-FDG in rodents. J Nucl Med. 48 (2), 277-287 (2007).
  14. Fueger, B. J., et al. Impact of animal handling on the results of 18F-FDG PET studies in mice. J Nucl Med. 47 (6), 999-1006 (2006).
  15. Gold, M. E. L., Norell, M. A., Budassi, M., Vaska, P., Schulz, D. Rapid 18F-FDG uptake in brain of awake, behaving rat and anesthetized chicken has implications for behavioral PET studies in species with high metabolisms. Front Behav Neurosci. 12, 115(2018).
  16. Miranda, A., et al. PET imaging of freely moving interacting rats. NeuroImage. 191, 560-567 (2019).
  17. Miranda, A., et al. Awake 18F-FDG PET imaging of memantine-induced brain activation and test-retest in freely running mice. J Nucl Med. 60 (6), 844-850 (2019).
  18. Jahreis, I., Bascuñana, P., Ross, T. L., Bankstahl, J. P., Bankstahl, M. Choice of anesthesia and data analysis method strongly increases sensitivity of 18F-FDG PET imaging during experimental epileptogenesis. PLOS ONE. 16 (11), e0260482(2021).
  19. Pawela, C. P., et al. A protocol for use of medetomidine anesthesia in rats for extended studies using task-induced BOLD contrast and resting-state functional connectivity. NeuroImage. 46 (4), 1137-1147 (2009).
  20. Rubinov, M., Sporns, O. Complex network measures of brain connectivity: Uses and interpretations. NeuroImage. 52 (3), 1059-1069 (2010).
  21. Engel, J., et al. Connectomics and epilepsy. Curr Opin Neurol. 26 (2), 186(2013).

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

Dynamiczne PETPET z u yciem FDGanaliza pojedynczego obiektuobrazowanie m zgu szczurakrzywe aktywno ci w czasiemodel krwotoku wewn trzczaszkowegokorelacja Pearsonaprzedkliniczne PETpob r glukozy przez m zg

Powiązane artykuły