Estudos multi-traçadores do metabolismo cerebral de oxigênio e glicose usando um scanner de tomografia computadorizada por emissão de pósitrons por tempo de voo

Resumo

Medidas quantitativas do metabolismo de oxigênio e glicose por PET são tecnologias estabelecidas, mas detalhes de protocolos práticos são escassamente descritos na literatura. Este artigo apresenta um protocolo prático implementado com sucesso em um scanner de tomografia computadorizada por emissão de pósitrons de última geração.

Resumo

Os autores desenvolveram um paradigma usando tomografia por emissão de pósitrons (PET) com múltiplos traçadores radiofarmacêuticos que combina medições da taxa metabólica cerebral de glicose (CMRGlc), taxa metabólica cerebral de oxigênio (CMRO₂), fluxo sanguíneo cerebral (CBF) e volume sanguíneo cerebral (CBV), culminando em estimativas de glicólise aeróbica cerebral (AG). Essas estimativas in vivo do metabolismo oxidativo e não oxidativo da glicose são pertinentes ao estudo do cérebro humano na saúde e na doença. Os mais recentes scanners de tomografia computadorizada por emissão de pósitrons (PET-CT) fornecem imagens de tempo de voo (TOF) e melhorias críticas na resolução espacial e redução de artefatos. Isso levou a uma imagem significativamente melhorada com doses mais baixas de radiotraçador.

Os métodos otimizados para os mais recentes scanners PET-CT envolvem a administração de uma sequência de monóxido de carbono (CO) e oxigênio (O₂) inalatórios marcados com ¹⁵O, água intravenosa marcada com ¹⁵O (H₂O) e ¹⁸F-desoxiglicose (FDG) - tudo em sessões de varredura de 2 ou 3 horas que produzem medições quantitativas de alta resolução de CMRGlc, CMRO₂, CBF, CBV e AG. Este artigo de métodos descreve aspectos práticos da varredura projetada para quantificar o metabolismo cerebral com modelos cinéticos traçadores e amostras de sangue arterial e fornece exemplos de medições de imagem do metabolismo do cérebro humano.

Introdução

O cérebro humano é um grande consumidor de oxigênio e glicose para o metabolismo. Uma proporção do metabolismo da glicose no cérebro humano saudável ocorre fora do uso de oxigênio, conhecida como glicólise aeróbica cerebral (AG), cujos objetivos estão sob intensa investigação 1,2,3,4,5. Estudos anteriores em modelos animais e humanos relatam uma associação entre AG e desenvolvimento e envelhecimento, desenvolvimento sináptico e neurítico, memória, deposição de amilóide na doença de Alzheimer e função e doença da substância branca 1,6,7,8,9,10,11,12,13 . Assim, há um interesse contínuo em estudar AG e outros aspectos do metabolismo cerebral para entender melhor o cérebro humano à medida que envelhece e incorre em lesões e doenças.

Atualmente, os métodos para avaliar a AG do cérebro humano in vivo requerem imagens PET com múltiplos radiotraçadores de oxigênio e glicose para medir cada uma das taxas metabólicas cerebrais de glicose (CMRGlc)¹⁴, taxa metabólica cerebral de oxigênio (CMRO₂)¹⁵, fluxo sanguíneo cerebral (CBF)¹⁶ e volume sanguíneo cerebral (CBV)¹⁷. Além da imagem, medir quantitativamente o metabolismo cerebral com PET requer outras complexidades, incluindo a avaliação da função de entrada arterial, normalmente por meio de canulação arterial invasiva e amostragem; garantir que os participantes sigam com precisão as instruções para a inalação do radiotraçador enquanto restringem o movimento da cabeça; Manuseio de radiotraçadores com meias-vidas muito curtas (2 min) com segurança e eficácia; gerenciamento de grandes conjuntos de dados; e realizar métodos analíticos avançados para calcular parâmetros metabólicos com precisão. Também notáveis são as limitações do uso de [¹⁸F]FDG para a estimativa de CMRGlc ^5,14.

Este protocolo aborda questões práticas mais relevantes para as medições bem-sucedidas do metabolismo cerebral quantitativo em nossa experiência. Este protocolo inclui uma descrição dos procedimentos essenciais e notas de advertência para evitar erros comuns. Ele adia a discussão cuidadosa de princípios mais gerais de metabolismo, neurociência, imagem, cinética do traçador e métodos de inferência a partir de imagens PET com radiotraçador. O público-alvo inclui novatos em medições metabólicas usando PET, bem como pesquisadores e médicos de PET mais experientes interessados em empregar ^{radiotraçadores de 15}O. Este protocolo pressupõe familiaridade com estudos de imagem humana, procedimentos médicos invasivos, radiotraçadores e métodos quantitativos de inferência. Existem inúmeras e excelentes referências sobre imagens de PET cerebral em geral¹⁸ e para ¹⁵O-oxygen PET mais especificamente¹⁹. Para [¹⁸F] FDG, bem como outras questões práticas da realização de PET, o Turku PET Center fornece materiais de referência valiosos, bem como links para a extensa literatura de pesquisa primária²⁰.

As seções do protocolo começam com considerações relevantes em relação à seleção de participantes que são essenciais para a conformidade e a verificação bem-sucedida. Em seguida, o protocolo descreve aspectos relativos à varredura de suporte com ressonância magnética para neuroanatomia. Em seguida, o protocolo descreve as ordens laboratoriais clínicas que incluem medidas importantes para a quantificação do metabolismo do oxigênio e da glicose. Em seguida, o protocolo lista questões envolvendo o cíclotron e a entrega de radiofármacos. As descrições apenas assumem a perspectiva dos investigadores que trabalham no ponto de atendimento na instalação de imagem, omitindo as considerações exigidas das instalações e da equipe do ciclotron. Em seguida, o protocolo detalha a preparação e o manejo das linhas arteriais. O estabelecimento e a manutenção de linhas arteriais exigem o cumprimento de critérios de conformidade específicos das instituições, e o protocolo descreve fluxos de trabalho bem-sucedidos. Em seguida, o protocolo fornece os procedimentos operacionais essenciais para varredura com PET, incluindo detalhes do posicionamento do participante, TC para correção de atenuação, administração de radiofármacos e realização de medições arteriais. A amostragem venosa discute possíveis alternativas à amostragem arterial em medições de CMRGlc com [¹⁸F]FDG. Uma seção sobre reconstrução de imagens PET e armazenamento de dados detalha parâmetros de software e questões práticas de tecnologia da informação. A seção sobre alta e acompanhamento do participante observa comunicações essenciais para a segurança do participante. Importantes atividades de calibração também são discutidas. Muitos métodos de análise e modelos cinéticos adequados são bem descritos em relatórios científicos publicados e seus numerosos antecedentes; assim, este protocolo direciona amplamente o leitor para referências de abordagens publicadas. Resultados representativos ilustram a implementação bem-sucedida de protocolos. A seção de discussão elabora aspectos vantajosos e limitações do protocolo, seu potencial na neurociência humana e questões relativas à segurança.

Protocolo

NOTA: O Conselho de Revisão Institucional e o Comitê de Pesquisa de Drogas Radioativas da Escola de Medicina da Universidade de Washington aprovaram todos os estudos com base no protocolo descrito abaixo. Todos os participantes humanos forneceram consentimento informado por escrito antes de participar de estudos de pesquisa com base no protocolo abaixo. Consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes relacionados a todos os equipamentos, materiais e reagentes usados neste protocolo.

1. Seleção de participantes

1. Critérios de inclusão
   1. Inclua apenas participantes adultos. Certifique-se de que os participantes possam seguir os procedimentos do estudo, incluindo instruções para a inalação de gases radiofarmacêuticos, e sejam capazes de fornecer consentimento informado ou consentimento com consentimento substituto apropriado. Certifique-se de que os participantes possam se submeter a exames de imagem em decúbito dorsal por até 2-3 h com pausas e continuamente por 60 minutos sem pausas.
2. Critérios de exclusão
   1. Exclua participantes que tenham contraindicações para pesquisas com drogas radioativas, como gravidez no momento da PET. Exclua participantes com contraindicações à RNM, uma vez que a RNM é necessária para registro de imagem anatômica, normalização espacial e correção parcial do volume.
   2. Exclua participantes com qualquer contraindicação à canulação da artéria radial quando a canulação da artéria radial for realizada. Exclua participantes com anemia significativa ou que tenham doado hemoderivados recentemente, uma vez que a amostragem arterial invasiva resulta em uma perda total de volume sanguíneo que pode exceder 100 mL.
   3. Exclua participantes com doenças pulmonares significativas, pois sua capacidade de inalar e trocar com sucesso [¹⁵O]O₂ e [¹⁵O]CO marcados nos pulmões pode ser prejudicada. Exclua indivíduos com doenças médicas contínuas além daquelas de interesse, que devem alterar significativamente o metabolismo cerebral e o fluxo sanguíneo.
      NOTA: Isso depende dos objetivos e metas específicos de um projeto específico, por exemplo, se o projeto estiver focado no envelhecimento saudável, grandes derrames ou anemia falciforme podem estar entre os critérios de exclusão.
   4. Exclua os participantes que não conseguem atingir um nível de glicose no sangue abaixo de 165 mg/dL antes da administração de [¹⁸F]FDG.

2. Ressonância magnética para neuroanatomia

1. Agende a ressonância magnética antes da tomografia por emissão de pósitrons. Garantir um protocolo de ressonância magnética para um scanner 3T que inclua uma sequência de pulso de eco de gradiente rápido preparada para magnetização (MPRAGE) com resolução isotrópica de 0,8-1,0 mm e, idealmente, métodos prospectivos para correção de movimento²¹.
   NOTA: A correção de movimento prospectiva fornece otimização adicional da anatomia T1w para uso em fusão com imagens PET, mas é improvável que a omissão da correção de movimento prospectiva seja altamente conseqüente para imagens PET atuais em participantes que aderem a evitar o movimento da cabeça. A anatomia T1w de alta qualidade é significativa para a correção parcial do volume da PET^22,23.
2. Adquira ressonância magnética neuroanatômica para parcelamentos e segmentações regionais, registros de atlas e correções parciais de volume. Verifique a ressonância magnética neuroanatômica bem-sucedida antes de agendar e submeter um participante a linhas arteriais invasivas e radiofármacos.

3. Ordens de laboratório

1. Solicite gasometria arterial, hemoglobina, hematócrito e glicose plasmática em laboratórios clinicamente certificados. Solicite oxihemoglobina, carboxihemoglobina e metemoglobina quantitativas para fumantes e pessoas com condições médicas associadas a hemoglobinas alteradas.
2. Meça a oximetria de pulso usando dispositivos validados, como aqueles projetados para cuidados médicos críticos.

4. Entrega de radiofármacos

NOTA: Medir o metabolismo do oxigênio cerebral e AG com PET requer uma instalação de ciclotron capaz de produzir e fornecer radiofármacos ^{de 15}O, que têm meia-vida de 122 s. O transporte de radiofármacos entre a instalação do ciclotron e o scanner PET deve ser suficientemente rápido e confiável para fornecer uma dosagem adequada no momento da administração do radiotraçador.

1. Certifique-se de que todos os calibradores de dose de radioatividade tenham energia e dêem tempo para aquecimento suficiente do instrumento (normalmente, pelo menos 60 min).
2. Para radiofármacos gasosos, posicione um recipiente de gás blindado e seu calibrador de dose pico-amperímetro incorporado próximo ao pórtico PET do scanner PET. Garanta fixações seguras de fole expansível esterilizado, filtro de partículas, tubo de polímero plástico de grande diâmetro, braçadeira e bocal descartável. Veja a Figura 1.
3. Procedimentos completos de garantia de qualidade para linhas de gás de nylon, diâmetro interno de 1/8 de polegada, sob exaustão, do cíclotron para entrega de [¹⁵O]CO e [¹⁵O]O₂. Garantia de qualidade completa de fontes de hidrogênio purificado e unidades de processamento para geração de [¹⁵O]H₂O radiofármaco como derivado de [¹⁵O]O₂, para injeção subsequente. Veja a Figura 1.

5. Linhas arteriais

1. Colocação e gerenciamento
   1. Canule a artéria radial consultando um médico com treinamento especializado para colocação de rotina de linhas arteriais, por exemplo, radiologia intervencionista, anestesiologia ou medicina intensiva.
      1. Disponibilizar um aparelho de ultrassom com sonda apropriada para a obtenção de imagens da artéria radial.
      2. Forneça ao médico intervencionista seus consumíveis preferidos para a colocação da linha arterial, mais comumente, um kit com fio-guia que implemente a técnica de Seldinger.
      3. Faça todos os esforços para inserir o angiocateter na mão não dominante do participante.
   2. Avalie e gerencie o participante durante a canulação da artéria radial usando os serviços de uma enfermeira experiente ou profissional de saúde equivalente.
      1. Garanta a circulação arterial colateral da mão por ultrassom.
      2. Prepare e gerencie o campo estéril durante a canulação arterial.
      3. Auxiliar o médico intervencionista com procedimentos de canulação estéreis.
      4. Primário de linhas de pressão rígidas e fornecimento de solução salina normal pressurizada a 300 mm Hg.
   3. Realize o gerenciamento contínuo da linha arterial durante o protocolo de 2-3 h, incluindo monitoramento de rotina das formas de onda da pressão arterial e manipulação dos circuitos da linha arterial. Para amostragem arterial contínua, mude as torneiras em linha de fornecimento de contrapressão para a artéria radial para extração de sangue arterial por bombeamento peristáltico para lavagem e manutenção do acesso à artéria radial. Ao preparar segmentos de linha que nunca fluem para a artéria radial, lave com soluções heparinizadas (até 10 U/mL) para ajudar a manter a permeabilidade.
      NOTA: Minimize o uso de heparina quando possível para manter o cateter da artéria radial, dada a evidência incerta de sua eficácia e para evitar o risco de provocar trombocitopenia induzida por heparina.
   4. Use uma placa de braço moldável, mas rígida, para ajudar a proteger o cateter e as linhas da artéria radial. Certifique-se de que manipulações repetidas de torneiras não perturbem o cateter da artéria radial.
   5. Confirme as formas de onda normais da pressão arterial antes de cada administração do radiotraçador para garantir a permeabilidade do cateter da artéria radial.
2. Detectores gama para amostras arteriais
   NOTA: Use um dispositivo de sonda de detecção gama e uma bomba peristáltica para medição da função de entrada arterial. Embora amostras desenhadas à mão sejam viáveis para [¹⁸F]FDG e outros radiotraçadores de meia-vida mais longos, o emprego de uma sequência de quatro varreduras rápidas de ¹⁵O é muito facilitado pela amostragem automatizada usando uma bomba peristáltica e um detector gama suficientemente compacto para colocar ao lado da mão do participante.
   1. Posicione os conjuntos de linha arterial o mais próximo possível do cateter da artéria radial para fazer medições com dispersão mínima e atraso na sonda de detecção gama. Certifique-se de que o caminho do local de canulação através dos conjuntos de linha até a sonda de detecção gama seja consistente com os dados de calibração disponíveis para o conjunto de linha.
   2. Forneça energia contínua através de uma fonte de alimentação ininterrupta para garantir a estabilidade dos fotomultiplicadores para detectores gama de coincidência. Para detecção de coincidência, use janelas de temporização de 100 ns e certifique-se de que a sensibilidade de detecção nominal seja de pelo menos 2.4 cps ^{kBq-1 mL-1} com linearidade de <1% até 10 kcps.
      NOTA: As guias de onda preenchidas com líquido para detecção de coincidências são frágeis, exigindo cuidados ao manusear e transportar das áreas de armazenamento para o conjunto PET.

6. Digitalização

1. Minimize os movimentos da cabeça
   1. Antes de escanear, eduque o participante sobre a importância de evitar movimentos da cabeça durante o escaneamento.
2. Posicionamento dos participantes do estudo
   1. Certifique-se de que as configurações de hardware e software do PET-CT permitam a varredura com o posicionamento do participante do estudo com a cabeça ou os pés primeiro. Sempre que possível, prefira o posicionamento com os pés em primeiro lugar para o PET, de modo que as extremidades e o tronco do participante fiquem além do pórtico do PET, a cabeça do participante permaneça centralizada dentro do pórtico do PET e o pórtico da TC permaneça desocupado (Figura 1).
   2. Guie e posicione o participante para deitar na mesa do pórtico abaixado de acordo com todos os protocolos pré-existentes para PET-CT humano, como garantir micção urinária recente, usar roupas apropriadas e remover óculos, joias ou enfeites de cabelo incompatíveis com o scanner.
   3. Garanta a integridade de todas as linhas arteriais e venosas à medida que a mesa do pórtico se move para o orifício do scanner. Garanta a conexão contínua das linhas arteriais com fontes salinas pressurizadas. Certifique-se de desconectar bombas peristálticas, sondas de detecção gama e quaisquer outros dispositivos que não possam passar pelo orifício do scanner e reconectar posteriormente.
   4. Garantir o conforto do participante, especialmente almofadas adequadas para posicionamento da cabeça, pescoço, coluna, quadris e flexão de pernas. Garanta o posicionamento confortável da cabeça ao posicionar livremente os apoios de cabeça de espuma e, em seguida, prenda a testa do participante à mesa do pórtico com um invólucro elástico, autoadesivo e auto-removível como um lembrete para o participante evitar o movimento da cabeça. Garanta cobertores suficientes para conforto térmico. Confirme a compreensão do participante sobre a necessidade de evitar o movimento da cabeça durante a tomografia computadorizada e a tomografia computadorizada (PET).
      NOTA: Os apoios de cabeça e o envoltório elástico limitam substancialmente o movimento da cabeça, mesmo em participantes com deficiência cognitiva.
   5. Certifique-se de que a mesa do pórtico passe pelo orifício do scanner até que as extremidades e o tronco do participante fiquem além do pórtico da TC e a cabeça do participante esteja centralizada no pórtico da TC. Alinhe a linha cantomeatal do participante com marcadores de laser verticais ao entrar no pórtico de TC e, em seguida, incline o queixo ligeiramente inferiormente. Realize a TC conforme descrito abaixo. Confirme na TC se esse posicionamento captura todo o cérebro e cerebelo dentro do campo de visão do PET.
   6. Certifique-se de que a mesa do pórtico continue através do orifício do scanner até que a cabeça do participante esteja centralizada no pórtico PET. Garanta o acesso adequado às linhas arteriais e venosas, bem como a extensão adequada do punho para acomodar a canulação da artéria radial. Certifique-se de que as aberturas de exaustão do teto possam remover efetivamente os gases radiotraçadores exalados inadvertidamente perto da borda do pórtico PET. Realize TC e PET conforme descrito abaixo nas etapas 6.3-6.5.
   7. Monitore rotineiramente o participante durante o PET, avaliando o conforto do participante com o mínimo de comunicação verbal durante a varredura.
      NOTA: O posicionamento com os pés em primeiro lugar facilita a administração de gases radiotraçadores com comunicações aprimoradas e manipulações aprimoradas da tubulação de inalação. No entanto, para a maioria das mesas de pórtico, o posicionamento com os pés em primeiro lugar pode ser incompatível com o uso de máscaras termoplásticas de retenção da cabeça. O posicionamento com os pés em primeiro lugar também pode ser incompatível com dispositivos que protegem a cabeça de emissões provenientes do corpo inferior à cabeça. Esses escudos podem reduzir os aleatórios originados do corpo.
3. TC para correção de atenuação
   1. Obtenha uma TC de crânio de baixa dose de radiação apropriada para correção de atenuação. Se o participante precisar de uma pausa durante a varredura e sair do scanner, repita a tomografia computadorizada antes de retomar a sessão de PET para permitir a reconstrução baseada em console da imagem PET subsequente. Os parâmetros úteis do TC incluem corrente do tubo de 75 mA, tempo de rotação de 0,5 s, passo espiral de 1,5 e tensão do tubo de 120 kVp, com núcleos de convolução recomendados pelo fornecedor e reconstrução para matriz de 512 x 512 x 88, resolução de 0,98 x 0,98 x 3,00 mm³.
4. Administração de radiofármacos gasosos
   1. Instrua os participantes sobre o procedimento de inalação antes da primeira administração de gás, com ênfase em inspirar e expirar pelo tubo e não respirar pelo nariz.
   2. Preparar o recipiente blindado de armazenamento de gás equipado com um calibrador de dose pico-amperímetro. Dentro do recipiente de gás, conecte o fole expansível à linha rígida de náilon de diâmetro estreito do cíclotron, bem como a um tubo de polímero plástico semirrígido de grande diâmetro que é mantido clamped exceto durante a administração. Coloque um filtro de partículas de captura de vírus alinhado com o tubo de grande diâmetro de acordo com os requisitos de controle de infecção formulados para a pandemia de Covid-19. Conecte um bocal de plástico descartável na extremidade do tubo.
   3. Solicite que a instalação de ciclotron forneça radiofármacos gasosos ao recipiente de gás.
   4. Prepare-se para administrar todos os radiofármacos gasosos como bolus. O procedimento de inalação é idêntico em todos os casos.
      1. Monitore a atividade de cada gás fornecido ao fole expansível até o pico de atividade e, em seguida, espere que a atividade caia abaixo da dose máxima permitida pelo Comitê de Pesquisa de Drogas Radioativas (55 mCi). Monitore as atividades usando calibradores de dose pico-amperímetro. Inicie a aquisição de emissões do scanner.
      2. Inicie a varredura imediatamente antes do início da inalação para garantir a aquisição do início da curva de atividade do tempo. Obtenha 6-7 min de emissões com quadros de 3 s x 23, quadros de 5 s x 6, quadros de 10 s x 20 e, em seguida, quadros de 30 s para o restante da varredura.
      3. Instrua o participante a expirar completamente e abaixar a máscara do participante.
      4. Coloque o bocal na boca do participante. Peça ao participante para formar uma vedação firme ao redor do bocal com os lábios e depois inspire o máximo possível. Peça ao participante para prender a respiração por alguns segundos para facilitar a absorção do radiofármaco gasoso pelos pulmões.
      5. Peça ao participante para expirar novamente através do tubo, soprando o radiofármaco gasoso residual de volta para o fole. Prenda novamente o tubo e recupere-o do participante.
      6. Monitore a atividade do gás no fole desde o início da inalação até o final da expiração. Calcule a dose total administrada pela diferença nas atividades. Procure que a dose total administrada exceda 20 mCi.
   5. Administre uma dose de [¹⁵O]CO. Monitore as medições arteriais para curvas de atividade de tempo nominal. Se as medições arteriais forem tecnicamente insuficientes, administre uma dose de reposição de [¹⁵O]CO. Permita que o [¹⁵O]CO intravascular atinja o estado estacionário, exigindo aproximadamente 1-2 min¹⁷.
   6. Administre duas doses sequenciais de [¹⁵O]O₂. Monitore as medições arteriais para curvas de atividade de tempo nominal.
      NOTA: Este procedimento é robusto mesmo com participantes com deficiência cognitiva leve. No entanto, os participantes incapazes de realizar este procedimento, devido a comprometimento cognitivo grave ou fraqueza facial, são excluídos para minimizar o risco de administração inadequada de radiotraçador e vazamento de gás no ar ambiente durante a expiração. Para administração contínua e uso de máscaras para eliminação de radiotraçadores gasosos, consulte métodos alternativos relatados e referenciados por Iguchi et ^al.24 A repetição da dosagem de [¹⁵O]O₂ em duplicata é recomendada devido às menores relações sinal-ruído (contagens equivalentes de ruído desfavoráveis) normalmente obtidas com [¹⁵O]O₂.
5. Administração de radiofármacos injetados
   1. Solicite que a instalação de ciclotron forneça radiofármacos intravenosos ao compartimento do scanner.
   2. Prepare-se para administrar todos os radiofármacos intravenosos como bolus. O procedimento para injeção intravenosa é semelhante para todos os casos.
      1. Monitore a dose em um dosímetro de contador até que caia abaixo do máximo permitido (25 mCi para [¹⁵O]H₂O e 6 mCi para [¹⁸F]FDG).
      2. Inicie a varredura imediatamente antes da injeção intravenosa para garantir a aquisição do início da curva de atividade do tempo. Para [¹⁵O]H₂O, obtenha 6-7 min de emissões com quadros de 3 s x 23, quadros de 5 s x 6, quadros de 10 s x 20 e, em seguida, quadros de 30 s para o restante da varredura. Para [¹⁸F]FDG, obtenha 60 min de emissões com quadros de 3 s x 23, quadros de 5 s x 24, quadros de 20 s x 9, quadros de 60 s x 13, quadros de 300 s x 7 e um quadro de 351 s x 1.
      3. Injete imediatamente a dose intravenosa. Meça a radioatividade residual na seringa para calcular a dose administrada por diferenças. Certifique-se de que a dose total administrada não esteja abaixo da dose mínima permitida (15 mCi para [¹⁵O]H₂O e 4 mCi para [¹⁸F]FDG).
      4. Monitore as medições arteriais para curvas de atividade de tempo nominal. Para [¹⁵O]H₂O, se as medições arteriais forem tecnicamente insuficientes, administrar uma dose de reposição.
         NOTA: A administração de [¹⁵O]H₂O é, em alguns aspectos, mais simples do que a administração de gases, pois o primeiro pode ser injetado por via intravenosa. No entanto, devido à meia-vida curta de [¹⁵O]H₂O, isso ainda requer uma orquestração cuidadosa, dependendo da localização do scanner PET e de onde [¹⁵O]H₂O é produzido e obtido.

7. Medidas arteriais

1. Depois de posicionar o participante do estudo no scanner, prepare todos os dispositivos necessários para medições arteriais das atividades radiofarmacêuticas.
   1. Garantir a integridade das conexões entre a angiocateter da artéria radial, linhas de pressão rígidas, torneiras, bolsa pressurizada para fornecimento de solução salina normal, conjuntos de cateteres de extensão para detectores gama e conjuntos de cateteres de extensão para bombas peristálticas. Garanta o escorvamento correto para que nenhuma bolha de ar possa ser introduzida na artéria radial e que nenhuma bolha de ar interfira no bombeamento peristáltico para extração de sangue arterial.
      1. Para o detector gama, use conjuntos de extensão de cateter microbore com não mais que 48 cm de comprimento e não mais que 0,6 mL de volume de escorva.
      2. Para a bomba peristáltica, defina o limite máximo permitido de pressão de oclusão.
      3. Se a bomba peristáltica for uma bomba de infusão operando com direções de fluxo invertidas, selecione a vazão mínima para manter o vaso aberto (KVO).
2. Imediatamente antes de administrar radiofármacos, feche a torneira do saco de pressão e do monitor de pressão e opere a bomba a 300 mL / h. Confirme a extração de sangue da artéria radial e sua passagem através de conjuntos de cateteres de extensão para detectores gama e conjuntos de cateteres de extensão para a bomba. Confirmar medições contínuas da atividade radiofarmacêutica nos detectores gama durante a passagem em bolus dos radiofármacos pela circulação arterial²⁵.
3. Verifique a aquisição simultânea de curvas de atividade de tempo do scanner PET.
4. Continuar a bombear a 300 ml/h e verificar as medições da atividade radiofarmacêutica nos detectores gama durante, pelo menos, 300 s após a inalação de [¹⁵O]CO, 120 s após a inalação de [¹⁵O]O₂, 120 s após a injeção de [¹⁵O]H₂O e 300 s após a injeção de [¹⁸F]FDG.
   1. Para [¹⁸F]FDG, continue bombeando sangue em taxas de bomba reduzidas não inferiores a 20 mL/h até o final do exame PET.
5. Após cada medição arterial, reconfigure as linhas arteriais para lavar o cateter da artéria radial; Em seguida, lave o circuito de linha que alimenta os detectores gama e a bomba. Para o circuito isolado através da bomba, defina as taxas de bomba em 300 mL/h. Opcionalmente, use uma segunda bolsa de solução salina heparinizada sob gravidade para fornecer fluxos adicionais para limpar o sangue da bomba.
   NOTA: Dado o protocolo de imagem prolongado e a amostragem repetida do sangue arterial, o risco de oclusão da linha pode ser alto, exigindo vigilância contínua da equipe de investigadores e da enfermeira. Use medidas rígidas de esterilidade e mantenha um circuito fechado que é configurado apenas por torneiras.

8. Amostragem venosa

1. Antes da varredura, estabeleça dois locais para acesso intravenoso, contralateral à canulação da artéria radial para injeção radiofarmacêutica e ipsilateral à canulação da artéria radial para amostragem venosa. Prefira o acesso antecubital.
2. Antes da digitalização, prepare seringas e tampas de seringa; Marque indelevelmente as seringas e tampas, tampe todas as seringas e pese as seringas tampadas com uma balança analítica com precisão de 0,0001 g. Registre os tempos de amostragem venosa no início e na conclusão da coleta de pelo menos 2 mL de sangue. À temperatura ambiente (20-25 °C), centrifugue 1 mL de sangue a um RCF de 3.300 × g por pelo menos 60 s para extrair o plasma. Conte as atividades em sangue total e plasma usando um contador de poços calibrado para 68 Ge.
   NOTA: A amostragem venosa é mais apropriada para medições de [¹⁸F]FDG 30-60 min após a injeção. As amostras venosas obtidas durante ^{a varredura de 15}O são tecnicamente muito desafiadoras e difíceis de controlar e não se correlacionam bem com as amostras arteriais.

9. Reconstrução de imagens PET e armazenamento de dados

1. Reconstruir imagens do PET-CT, preferindo subconjuntos ordenados de Poisson 3D de maximização de expectativa (OSEM) com 4-8 iterações de cinco subconjuntos, TOF, aleatórios atrasados, escala de dispersão absoluta baseada em modelo, correção de atenuação, filtragem de passagem total (sem filtragem), sem modelos de função de propagação de pontos, correção de decaimento para o início da varredura, redimensionamento para Bq mL-1, tamanho da matriz de 220, zoom 2 e voxels isotrópicos de 1,65 mm comprimento.
   NOTA: O zoom 2 reduz o campo de visão transversal da reconstrução da imagem pela metade, ignorando assim o espaço ambiente entre a cabeça do participante e os anéis do detector de PET. Os parâmetros declarados são valores iniciais para o gás [¹⁵O]O₂ , que é altamente suscetível à variabilidade de espalhamento e requer escalonamento de espalhamento absoluto baseado em modelo; historicamente, a escolha de modelos para espalhamento impactou fortemente a qualidade da reconstrução de ¹⁵traçadores de O. Além disso, as interações de modelos de espalhamento implementados pelo fornecedor com outros modelos, como modelos de função de dispersão de pontos, são atualmente pouco compreendidas. Consequentemente, este protocolo implementa apenas modelos de espalhamento sem modelos de spread de pontos.
2. Revise os dados de PET reconstruídos no console do scanner para garantir a administração adequada do radiotraçador e o mínimo de movimento.
   1. Salve arquivos DICOM para dados PET, CT, normas e listmode reconstruídos.
      NOTA: Os dados do modo de lista são essenciais para reconstruções otimizadas, que são computacionalmente caras e normalmente não podem ser executadas no console do scanner. Os dados do modo de lista são muito grandes (>40 GB por sessão PET) e os dispositivos de armazenamento adequados devem ser reservados.

10. Alta e acompanhamento dos participantes

1. Remoção de linha
   1. Remova o cateter arterial radial usando técnica estéril e aplique manualmente a pressão direta da artéria radial (isso deve ser feito por um profissional de saúde qualificado).
   2. Aplique pressão por 15 min usando a técnica de hemostasia patente para minimizar o risco de oclusão da artéria radial.
   3. Inspecione a ponta do cateter quanto a coágulos ou quebras.
   4. Depois de garantir que a hemostasia adequada foi alcançada, aplique um curativo de pressão com gaze estéril e invólucro autoadesivo elástico. Inspecione a mão quanto a alterações na cor, temperatura, sensação ou função.
2. Instruções de cuidados domiciliares
   1. Instrua os participantes a manter curativos de pressão por 2 h após a alta.
      1. Instrua os participantes a examinar o local da canulação quanto a sangramento ou hematomas em 2 h e, em seguida, colocar curativos de venda livre.
      2. Instrua os participantes a evitar dobrar ou molhar o pulso/braço afetado por 24 h e evitar atividades extenuantes envolvendo o pulso/braço por 48 h.
   2. Instrua os participantes a inspecionar o pulso/braço afetado em busca de indícios de infecção, lesão ou sangramento durante as 48 horas após a alta.
   3. Forneça vários métodos de contato com a equipe do estudo, conforme necessário.
   4. Forneça garantias para as complicações comuns de hematomas leves e desconforto transitório.
   5. Entre em contato com o participante do estudo 24-48 h após a alta para garantir que não tenham surgido complicações adicionais.

11. Calibrações

1. Calibração cruzada
   1. Use fontes de referência de haste de ⁶⁸Ge ou ²²Na para calibração absoluta de contadores de poços.
   2. Em seguida, calibre cruzado usando soluções de 10-37 MBq de [¹⁸F]FDG em 30-670 mL de água com acetonitrila a 2% ou solvente orgânico similar. Use frascos de mídia rígida (tereftalato de polietileno ou polietileno de alta densidade) que forneçam contenção de radioatividade com atenuação gama insignificante. Use garrafas de menor volume para acomodar menos atividade de calibração cruzada no furo do scanner. Calibrar todos os outros instrumentos de detecção gama usando alíquotas retiradas da garrafa.
2. Calibração do cateter
   1. Realizar estudos de calibração de dispersão e atraso decorrentes do uso de cateteres e linhas entre a artéria radial e a sonda de detecção gama.
      1. Use hemoderivados vencidos do banco de sangue local, um banho de temperatura controlada e uma variação controlada do hematócrito dos hemoderivados.
      2. Monte dispositivos compartimentais para alternar rapidamente entre produtos sanguíneos não rotulados e marcados com [¹⁸F]FDG, que são entregues na montagem de cateteres, linhas, sonda de detector gama e bomba peristáltica. Forneça entradas de "função de passo" Heaviside para o conjunto e meça a radioatividade ao longo do tempo.
      3. Estime o kernel de convolução para dispersão e atraso. Parametrize os grãos para variar com o hematócrito. Efectuar todas as calibrações com a fonte de hemoderivados a 37 °C. Reutilize o kernel para todos os estudos humanos que empregam a montagem idêntica.
         NOTA: Essas calibrações levam em conta apenas a dispersão e o atraso através de conjuntos de linhas externas, não da anatomia interna.

Resultados

Alguns dos aspectos tecnicamente mais desafiadores deste protocolo envolvem a configuração, gerenciamento e coleta bem-sucedida de dados de linhas arteriais enquanto administra simultaneamente radiotraçadores de meia-vida curta e executa o scanner. A Figura 1 fornece um ponto de vista geral da configuração atual que resume a organização e os fluxos de trabalho operacionais exigidos dos coordenadores do estudo, intervencionistas, enfermagem, tecnólogos e investigadores. Os radiofármacos descritos acima são facilmente incorporados em mapas não quantitativos de atividades específicas (Figura 2), incluindo o cálculo de razões de valor de captação padronizado (SUVR). As curvas de atividade de tempo de todo o cérebro (Figura 3) ajudam a identificar movimentos significativos da cabeça, que produziriam descontinuidades da curva de atividade, e fornecem características dos traçadores, após a correção do decaimento, como o platô esperado de [¹⁵O]CO em 120 s e sua consequente excreção renal, o platô de [¹⁵O]O₂ após a passagem do bolus à medida que é extraído pelo tecido cerebral e metabolizado em [¹⁵O]H₂ radiomarcadoO, a diminuição monotônica de [¹⁵O]H₂O injetado à medida que aumenta em volume de distribuição por todo o corpo, e a captação progressiva e fosforilação de [¹⁸F]FDG via hexoquinase no cérebro ao longo da vida de ¹⁸F. Estimativas detalhadas do modelo metabólico de [¹⁵O]H₂O foram originalmente descritas por Mintun et al¹⁵.

Uma fenomenologia polinomial mais simples, que omite considerações de dispersões intravasculares e enfatiza características robustas nos dados de emissões, foi defendida por Herscovitch et al^26,27. Os exemplares deste trabalho fazem uso apenas desta última fenomenologia para o metabolismo do oxigênio. As funções de entrada arterial registradas por detecção gama de cateteres que canulam a artéria radial distal apresentam dispersão e atraso substanciais que devem ser desconvolucionados. Favorecemos métodos bayesianos para estimativa de parâmetros de modelos de séries de distribuições gama e termos estacionários exponencialmente crescentes²⁸. A Figura 4 demonstra os resultados para [¹⁵O]CO, [¹⁵O]O₂, [¹⁵O]H₂O e [¹⁸F]FDG. Os resultados para [¹⁵O]O₂ também ilustram o surgimento de [¹⁵O]H₂O do metabolismo. A Figura 5 demonstra mapas de parâmetros estatísticos de CBV, CBF, CMRO₂, CMRGlc e AG, que definimos como o equilíbrio molar da glicólise clássica: CMRGlc - CMRO₂/6.

Figura 1: Resumo dos fluxos de trabalho operacionais e de configuração. (A) Ilustração esquemática dos instrumentos e peças essenciais necessários no compartimento do scanner. Para scanners PET-CT com furos longos, o posicionamento dos participantes com os pés em primeiro lugar melhora a administração de radiofármacos gasosos, aumentando a capacidade de manobra dos dispositivos de entrega de gás e melhorando as comunicações verbais e não verbais com o participante. O sistema de distribuição de gás (ciano e azul) compreende tubos de nylon de diâmetro estreito do cíclotron, sob exaustão para o transporte de radiofármacos gasosos; uma câmara de armazenamento de gás blindada contendo fole expansível e calibrador de dose pico-amperímetro; um filtro de partículas adequado para capturar partículas virais; e um tubo terminal de polímero plástico de grande diâmetro equipado com braçadeira e bocal de plástico. Todas as partes expostas às gotículas respiratórias são descartáveis ou compatíveis com procedimentos de esterilização. Instrumentos e peças para medições de sangue arterial (vermelho e cinza escuro) fornecem solução salina pressurizada para manter a canulação da artéria radial, detecção gama compacta para a coincidência de fótons de aniquilação de 511 keV, uma bomba peristáltica para retirada de sangue arterial e um recipiente para a coleta de sangue retirado. Os radiofármacos para injeção intravenosa requerem módulos de síntese para a geração de [¹⁵O]H₂O a partir do gás [¹⁵O]O₂ fornecido pelo cíclotron ou entrega de tubo pneumático da radiofarmácia do cíclotron (verde). A administração intravenosa de radiofármacos requer dosimetria de grau clínico (magenta). As medições da atividade no sangue total e no plasma requerem uma balança analítica e uma microcentrífuga (vermelho). (B) Visualizações anotadas e detalhadas do sistema de distribuição de gás. Abreviatura: PET-CT = tomografia por emissão de pósitrons-tomografia computadorizada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Imagens estáticas representativas para [¹⁵O]CO, [¹⁵O]O₂, [¹⁵O]H₂O e [¹⁸F]FDG, sobrepostas com ~ 25% de transparência na TC com janela para osso temporal. Varreduras de ¹⁵radiotraçadores O posicionaram o participante com os pés primeiro, com apenas um invólucro autoadesivo elástico prendendo a cabeça à mesa do pórtico. A varredura de [¹⁸F]FDG seguiu uma pausa na varredura e, em seguida, retornou o participante aproximadamente ao posicionamento original dos pés. Abreviaturas: CO = monóxido de carbono; FDG = fludesoxiglicose; TC = tomografia computadorizada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Curvas representativas de atividade do traçador de todo o cérebro. (A) [¹⁵O]CO, (B) [¹⁵O]O₂, (C) [¹⁵O]H₂O e (D) [¹⁸F]FDG. Todo o cérebro foi definido pelo mascaramento de MPRAGE anatômico. A chegada de um bolo de traçador administrado precede ou coincide com o momento dos primeiros quadros de PET nos painéis A e B. Abreviaturas: CO = monóxido de carbono; FDG = fludesoxiglicose; PET = tomografia por emissão de pósitrons; MPRAGE = eco gradiente de aquisição rápida preparado para magnetização. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Curvas representativas de atividade do traçador, amostradas continuamente da artéria radial e deconvoluções de dispersões e atrasos nas montagens de linhas. Os exemplares descrevem (A) [¹⁵O]CO, (B) [¹⁵O]O₂, (C) [¹⁵O]H₂O e (D) [¹⁸F]FDG. Os círculos azuis são dados medidos por uma sonda de detecção de coincidência em torno de um cateter de loop estreito que passa o sangue arterial. A contagem de coincidências da sonda inclui a cintilação da linha de base dos cristais LYSO respondendo aos fótons ambientais (aleatórios de amplo espectro que se enquadram na janela de tempo do dispositivo de 100 ns). O sangue arterial passa da artéria radial através da sonda por ação distal de uma bomba peristáltica. A linha tracejada roxa é a estimativa empírica do kernel para dispersão e atraso descrita na seção 11.2 do protocolo. A linha amarela descreve a curva de atividade do traçador corrigida para dispersão e atraso. O recozimento simulado estima os parâmetros de uma distribuição gama generalizada para a linha amarela consistente com o kernel estimado e os dados da detecção de coincidência. Os dados ajustados aparecem como uma linha vermelha. O painel (B) também indica [¹⁵O]H₂O do metabolismo de [¹⁵O]O₂ assumido como tendo características lineares descritas por Mintun et ^al.15. Abreviaturas: CO = monóxido de carbono; FDG = fludesoxiglicose; PET = tomografia por emissão de pósitrons; LYSO = oxiortossilicato de lutécio-ítrio. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Mapas de CBV, CBF, CMRO₂, CMRGlc e AG. O CBV é necessário para a estimativa quantitativa de CMRO2, CMRGlc e AG. No entanto, a atividade dos seios venosos é confusa para CMRGlc e AG. Consequentemente, os seios venosos foram removidos do CMRO₂ e do CMRGlc por mascaramento. O contraste entre o cerebelo e o neocórtex é consistente com estudos anteriores de AG. Abreviaturas: CBV = volume sanguíneo cerebral; FSC = fluxo sanguíneo cerebral; CMRO₂ = taxa metabólica cerebral de oxigênio; CMRGlc = taxa metabólica cerebral de glicose; AG = glicólise aeróbica. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Exemplos de emissões estáticas de [¹⁵O]H₂O de participantes saudáveis do estudo de controle digitalizados em três gerações de scanners PET. Todas as reconstruções usaram 3D OP-OSEM com randomização tardia, correção de atenuação e filtragem passa-tudo (sem filtragem). Todas as reconstruções são de consoles de scanner com parâmetros adequados para fluxos de trabalho clínicos eficientes. Nenhum processamento numérico adicional, correções ou desfoque foram usados. Para fins de comparabilidade, todos os resultados do scanner são mostrados após a transformação de corpo rígido e interpolação trilinear para o atlas MNI152 com resolução de 1,0 mm³ . (A) Um scanner somente PET com cintiladores de cristal BGO, OP-OSEM com 4 iterações e 16 subconjuntos, 2,0 x 2,0 x 2,4 mm³ voxels, 6 min de emissões, varredura de transmissão com Ge / Ga para mapeamento de atenuação e simulações de dispersão única. (B) Um scanner PET-MR com cintiladores de cristal LYSO, OP-OSEM com 4 iterações e 16 subconjuntos, 2,1 x 2,1 x 2,0 mm³ voxels, 10 min de emissões, TC adquirido externamente para mapeamento de atenuação e escala de dispersão absoluta baseada em modelo. (C) Um scanner PET-CT com cintiladores de cristal LYSO, detecção de tempo de voo, OP-OSEM com 8 iterações e 5 subconjuntos, 1,65 x 1,65 x 1,65 mm³ voxels, 6 min de emissões, TC integrado para mapeamento de atenuação e escala de dispersão absoluta baseada em modelo. Abreviaturas: PET = tomografia por emissão de pósitrons; TC = tomografia computadorizada; RM = ressonância magnética; OP-OSEM = subconjuntos ordenados de Poisson ordinário de maximização de expectativas; BGO = germanato de bismuto; LYSO = oxiortossilicato de lutécio-ítrio. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussão

A imagem PET do metabolismo do oxigênio e da glicose usando gases inalados [¹⁵O]CO e [¹⁵O]O₂, injeção intravenosa de [¹⁵O]H₂O e injeção intravenosa de [¹⁸F]FDG têm antecedentes históricos significativos com base em imagens acumuladas de gerações mais antigas de scanners PET 14,15,16,17,26,27. Esses dados geralmente dependiam de varredura de transmissão com fontes de germânio/gálio para mapeamento de atenuação, matrizes de cintilador de germanato de bismuto limitado por luminescência (BGO), dosagem de alta atividade e aquisições 2D com septos anelados para acomodar luminescência cintiladora limitada e reconstruções de retroprojeção filtradas que são computacionalmente baratas. Scanners mais recentes, incluindo o descrito neste protocolo, usam TC de alta resolução para correção de atenuação, matrizes de cintiladores altamente luminescentes de lutécio-ítrio oxi-ortossilicato (LYSO) dispostas em configurações de cintiladores espacialmente densas, aquisições 3D que multiplexam a eficiência da detecção de fótons, eletrônica de detecção TOF que melhora a localização espacial de eventos de aniquilação e métodos de reconstrução computacionalmente avançados com subconjuntos 3D ordinários ordenados por Poisson de maximização de expectativas (OP-OSEM). Novos scanners fornecem qualidade de imagem superior com uma dose de radiação mais baixa^29,30. Exemplares comparáveis de três gerações de scanners PET são detalhados na Figura 6.

Este protocolo aproveita várias modificações adicionais para melhorar a qualidade das informações da varredura PET de scanners mais recentes: posicionamento dos pés primeiro, administrações de dose meticulosamente cronometradas e medições automatizadas da função de entrada arterial²⁵. Isso permite a coleta de funções de entrada arterial e dados de emissões cerebrais para quatro traçadores distintos do metabolismo do oxigênio e da glicose em uma sessão de varredura de 2 a 3 horas. Esses dados podem então ser submetidos a métodos tradicionais e novos de modelagem cinética, bem como algoritmos de correção de volume parcial, para produzir estimativas quantitativas de alta resolução e alta precisão do metabolismo cerebral. É importante ressaltar que este protocolo não apenas permite medições quantitativas do metabolismo cerebral de oxigênio e glicose, mas também o cálculo do AG cerebral. Notavelmente, a qualidade de imagem superior de scanners de última geração permite funções de entrada arterial derivadas de imagem mais realistas, bem como novas abordagens analíticas que antes eram limitadas por ruído ou sensibilidade a diferenças de tempo entre amostragem arterial e emissões cerebrais¹⁹.

Notavelmente, a qualidade da imagem é mais difícil de melhorar com ^{radiotraçadores 15}O do que [¹⁸F]FDG. A meia-vida efêmera de 122 s de ¹⁵O causa grave perda de informação. No entanto, o uso de radiotraçadores gasosos também pode ser pertinente, pois os gases podem se acumular no espaço ambiente entre a cabeça do participante e os anéis de detecção do PET-CT. Lá, as emissões de gases radiotraçadores podem formar fontes significativas de aleatórios e espalhamento, confundindo assim os métodos de correção de espalhamento implementados pelo fornecedor que usam escala relativa de fontes de espalhamento em comparação com regiões identificadas como ar. Mesmo injetado por via intravenosa [¹⁵O]H₂O pode representar dificuldades se quantidades significativas forem exaladas como vapor de [¹⁵O]H₂O. Métodos para eliminação de radiotraçadores gasosos foram relatados²⁴, mas não implementados neste trabalho. Os modelos convencionais de correção de dispersão podem ser inadequados para imagens de radiotraçadores ^{de 15}O, e o melhor desempenho para esses traçadores dependeu de modelos de espalhamento que contabilizam as fontes absolutas de fótons de aniquilação no campo de visão, sem redimensionamento, emparelhados com mapas precisos de atenuação. Mesmo pequenas omissões de hardware, como espelhos presos a bobinas de cabeçote de scanners PET-MR, sobre os quais ¹⁵gases O comumente formam condensados, podem produzir artefatos substanciais nas reconstruções de emissões. Artefatos relacionados decorrentes de mapas incompatíveis de atenuação após o movimento do participante também foram relatados³¹. Como as interações dos modelos de espalhamento com as características de espalhamento pontual dos radiotraçadores gasosos ainda são pouco caracterizadas, este trabalho omitiu os métodos de modelagem de espalhamento pontual que, de outra forma, são essenciais para o PET de alta resolução. Otimizar os parâmetros de reconstrução para listmode para cada rastreador é a melhor prática, mas este trabalho fornece exemplos usando simplesmente reconstruções de console que foram aplicadas de forma idêntica a todos os rastreadores, conforme descrito na seção 9.1 do protocolo. Os exemplares demonstram necessariamente cronogramas de tempo de quadro que foram adaptados à variabilidade das escalas de tempo cinéticas do traçador. Os exemplos enfatizam a simplicidade, a comparabilidade das estatísticas de contagem e as resoluções espaciais efetivas disponíveis para cada traçador, minimizando o viés que pode surgir ao otimizar os parâmetros de reconstrução para cada traçador. Para comparabilidade com estudos existentes de ¹⁵O, os resultados representativos deste trabalho usam 8 iterações de 5 subconjuntos, anteriormente relatados como apropriados para PET-CT moderno com aquisições de tempo de voo^30,32. O tempo de voo pode produzir uma resolução de imagem aprimorada com 4 iterações de 5 subconjuntos, e essas otimizações estão sob investigação ativa para os traçadores descritos neste trabalho.

O diâmetro mais longo do scanner dos modernos scanners PET-CT sobrecarrega os investigadores que fornecem gases radiotraçadores. As geometrias de pórtico confinado aumentam as dificuldades de alcançar a boca do participante ao administrar gases, comunicar instruções aos participantes e garantir que os dispositivos de administração de gás não vazem radiotraçadores para o espaço ambiente. Assim, o posicionamento dos participantes com os pés em primeiro lugar demonstra vantagens. A maioria dos hardwares do scanner torna o posicionamento dos pés incompatível com a colocação de dispositivos de neuroblindagem, que normalmente colocam blindagem de chumbo que envolve o pescoço do participante e separa a cabeça do participante do corpo. A neuroblindagem reduzirá os aleatórios que entram no campo de visão do corpo. Os benefícios relativos da neuroblindagem em comparação com a prevenção de radiotraçadores de gás ambiente são atualmente pouco compreendidos.

Quantificando o metabolismo cerebral
Este trabalho demonstra os resultados das análises utilizando modelos tradicionais de hemodinâmica descritos por Raichle et al. (CBF)¹⁶ e Martin et al. (CBV)¹⁷, e de metabolismo descrito por Mintun et al. (CMRO₂)¹⁵ e Huang et al. (CMRGlc)¹⁴. Essas análises utilizam as funções de entrada arterial e os dados de emissões medidos usando o protocolo descrito neste artigo. Meios alternativos para medir a função de entrada arterial, como um método derivado de imagem, estão sendo ativamente perseguidos e testados contra o método invasivo. Os modelos tradicionais também fazem uso total de imagens dinâmicas para estimar os parâmetros do modelo cinético. Preferimos o uso de representações polinomiais de CBF e CMRO₂^26,27. Favorecemos os métodos de Huang et al. para estimar CMRGlc, mas empregando a estimativa de parâmetros bayesianos^28,33. A AG foi mais recentemente concebida como uma medida de glicose que entra nas vias glicolíticas, mas contribui para outras funções celulares além da fosforilação oxidativa⁴. O cálculo do AG cerebral requer simplesmente a conversão de CMRGlc e CMRO₂ em equivalentes molares e a subtração de um sexto do último do primeiro.

Correção parcial do volume
Comumente realizamos correção de volume parcial regional em imagens SUVR usando o algoritmo de matriz de transferência geométrica simétrica (sGTM)³⁴. Isso depende dos dados de alta resolução obtidos por ressonância magnética, que podem incluir apenas sequências anatômicas, embora o protocolo atual também obtenha sequências semelhantes ao Projeto Conectoma Humano (HCP) para parcelamento regional mais preciso. Usamos atlas anatômicos (por exemplo, Desikan-Killiany³⁵) e funcionais (por exemplo, Schaeffer³⁶ ou Glasser³⁷). Os atlas anteriores geralmente têm regiões de interesse maiores que são mais apropriadas para imagens PET obtidas em uma resolução mais baixa e têm sido mais amplamente utilizadas em pesquisas anteriores de PET. No entanto, os atlas mais recentes são funcional e citoarquitetonicamente mais bem definidos e agora podem ser mais aplicáveis com imagens PET de alta resolução, como as obtidas com o scanner Siemens Vision. As imagens SUVR para ¹⁵varreduras O são calculadas conforme descrito anteriormente e referenciadas aos valores de todo o cérebro⁴. O CMRGlc e o CMRO₂ de todo o cérebro são então calculados usando a modelagem cinética conforme acima para converter as imagens do SUVR em valores quantitativos absolutos. A partir disso, o AG regional corrigido pelo volume parcial pode ser calculado. Embora nossos exemplares para imagens de emissões dinâmicas não demonstrem correção de volume parcial para simplicidade de apresentação, os métodos de correção de volume parcial que levam em conta a imagem dinâmica estão sendo investigados ativamente.

Generalização e adaptabilidade do protocolo
Este protocolo descreve detalhes metodológicos pertinentes para adquirir a maior exatidão, precisão, reprodutibilidade e interpretabilidade possíveis a partir de medições do metabolismo de oxigênio e glicose por PET em humanos. A maior exatidão e precisão conhecidas das medições pertencem a análises baseadas em princípios e práticas de cinética do traçador, que incluem medições diretas das funções de entrada arterial, determinação de regiões de interesse por co-registro com ressonância magnética estrutural de alta resolução e uso altamente exigente de recursos computacionais para modelos estatísticos. Em particular, a canulação invasiva da artéria radial e sua manutenção em exames de emissão repetidos em série são caros e apresentam riscos finitos de lesões graves que exigem o envolvimento de equipes clinicamente experientes. O uso de traçadores baseados em ¹⁵O é mais um desafio para os cíclotrons e suas equipes de suporte. Eles fornecem correspondência com medições metabólicas historicamente relatadas em humanos e garantem que as interpretações dos achados quantitativos sejam construídas com base em informações acumuladas anteriormente. No entanto, essas medidas detalhadas e invasivas também fornecem meios para validação de métodos menos invasivos e menos exigentes que podem ser suficientes para muitas questões do metabolismo humano. Após a validação apropriada, a canulação da artéria radial pode ser adequadamente substituída por fontes derivadas de imagem de funções de entrada³⁸ para muitos estudos especializados. Evitar a canulação da artéria radial também impede medições diretas do produto metabólico primário de [¹⁵O]O₂, ou seja, [¹⁵O]H₂O, que pode ser estimado a partir de amostras de artéria radial que foram centrifugadas para estimar [¹⁵O]H₂O do metabolismo do plasma e [¹⁵O]O₂ de glóbulos vermelhos centrifugados. No entanto, métodos computacionalmente intensivos podem ser usados para resolver parametricamente o surgimento de metabólico [¹⁵O]H₂O na circulação arterial, um modelo linear do qual foi proposto por Mintun et al¹⁵. Muitas metodologias que usam SUVR também podem ser passíveis de validação após comparações com dados obtidos de forma invasiva. Atualmente, programas de pesquisa ativos buscam a validação de estimativas de oxigenação com base no efeito dependente do nível de oxigenação do sangue, e medições contemporâneas com ¹⁵O podem fornecer validação adicional³⁹. Além disso, embora apenas mencionado neste protocolo sem exemplares, otimizações detalhadas de reconstruções de imagem do listmode provavelmente melhorarão a qualidade das medições do metabolismo. Além disso, muitos métodos especializados, como correção de movimento de dados de modo de lista e correções de volume parcial, podem merecer esforço quando as questões do estudo os exigem, por exemplo, quando participantes ocasionais têm movimentos excessivos da cabeça ou estudos de atrofia cortical são confundidos por média de volume parcial com líquido cefalorraquidiano.

Cuidados com a digitalização de PET
Este protocolo expõe os participantes à radiação gama ionizante. As estimativas atuais de radiação em participantes que foram submetidos à sessão total de PET descrita aqui (incluindo quatro a seis varreduras de ¹⁵O e uma varredura FDG) resultam em uma dose efetiva total média, incluindo todas as administrações de radiotraçadores, de aproximadamente 7 mSv (0,7 rem). Isso é comparável à dose de radiação de outros radiotraçadores usados em pesquisa e prática clínica e representa 14% da dose total de radiação permitida a um trabalhador de radiação em um ano. Todos os participantes (e/ou seu representante legalmente aceitável) são cuidadosamente informados, por escrito e verbalmente, sobre os riscos potenciais de radiação antes de obter seu consentimento para a inscrição no estudo.

Cuidados com as linhas arteriais
As complicações da canulação arterial incluem hematomas (comuns), dor, inchaço, hematoma (incomum), sangramento no local de inserção, vasoespasmo, trombose (raro) e reação à solução salina heparinizada quando usada (muito rara). Rotineiramente, empregamos um serviço de radiologia intervencionista para colocar linhas arteriais e gerenciar quaisquer complicações, caso surjam.

Cuidados para ressonância magnética
A Food and Drug Administration dos EUA exige que todos os dispositivos médicos que entram no campo magnético de um scanner de ressonância magnética sejam submetidos a testes de segurança padronizados. Se o dispositivo de um participante for rotulado como MRI Safe, podemos continuar usando as condições de varredura padrão aprovadas pela FDA sem riscos adicionais para o participante. Se o dispositivo de um participante for condicional para ressonância magnética, revisamos o fabricante, a marca e o modelo do dispositivo e, em seguida, ajustamos os procedimentos de varredura de ressonância magnética de acordo. Os exames de imagem também têm o risco potencial de revelar achados incidentais, que podem incorrer em riscos adicionais, como ansiedade, perda financeira por investigação adicional e, raramente, complicações decorrentes de procedimentos invasivos subsequentes clinicamente indicados.

Resumo das limitações
As limitações inevitáveis de medir o metabolismo do oxigênio e da glicose são específicas do próprio radiotraçador. ¹⁵Os O-traçadores têm meias-vidas curtas que estipulam muitos dos requisitos mais exigentes deste protocolo, incluindo a presença de instalações de ciclotron altamente especializadas e acessíveis. Os O-traçadores gasosos ¹⁵introduzem a complexidade do gerenciamento de gás, como eliminação de gases expirados²⁴ e métodos especializados para correções de dispersão. [¹⁸F]O FDG troca os desafios consideráveis de rastrear metabólitos em traçadores de [¹¹C] -glicose por confusão por estimativas constantes agrupadas. Este protocolo também apresenta limitações decorrentes da geometria confinante dos scanners PET-CT integrados. Embora o posicionamento do participante com os pés em primeiro lugar melhore os problemas de confinamento, ele pode ser incompatível com o uso de dispositivos de neuroblindagem. Finalmente, o uso de canulação invasiva da artéria radial é em si uma limitação significativa. A artéria radial é um proxy para o suprimento arterial primário do cérebro. No entanto, a artéria radial pode ter características de fluxo discrepantes dos suprimentos arteriais para o cérebro. Além disso, procedimentos invasivos e dolorosos alteram o estado cognitivo dos participantes do estudo, limitando o escopo e a generalização dos estudos de neuroimagem que podem ser realizados por este protocolo.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Tubo nylaflow de 3/16" de diâmetro externo 1/8" de diâmetro interno Nylaflow	Tubing, Zazareth, PA
4 x 4 in. gaze	McKesson MedSurg	16-4242
Balança analítica	Fisher Scientific/OHUAS	Pioneer Exal Modelo 90 mm plataforma #PA84
Filtro bacteriano/viral	Hudson RCI, Teleflex, Perak, Malásia	REF 1605 (IPN042652)
Válvula sem agulha BD SmartSite	Becton Dickinson	2000E
Biograph mMR	Siemens, Erlangen, Alemanha
Biograph Vision 600 Edge	Siemens, Erlangen, Alemanha
Contador de limpeza Caprac	Mirion Medical (Capintec), Florham Park, NJ	de 1991 ou mais recente	NaI perfurado bem cristal
Coban autoadesivo wrap	3M		comumente usado em unidades de terapia intensiva
curativo, tegaderm, 4 x 4"	3M Health Care	#1626
ECAT EXACT HR+	CTI PET Systems, Knoxville, TN
Edwards TruWave 3 cc/84 in (210 cm)	Edwards Lifescience	PX284R
48 cm de comprimento, 0.642 mL de volume de priming	Braun	V5424
heparina sódica, solução 2 U/mL, 1.000 mL	Hospira Worldwide	#409762059
I.V. armboard flexível 4 x 9 in. adulto	DeRoyal	M8125-A
Keithley pico-amperímetro	Tekronix
Magnetom Prisma ajuste	Siemens, Erlangen, Alemanha		Adaptador macho-macho 3T
para válvulas Luer	Argon Medical Co.	040184000A
MiniSpin Personal Microcentrifuge	Eppendorf, Hamburgo, Alemanha	EP-022620151
Bocal 15 mm ID, 22 mm OD	Hudson RCI, Teleflex, Perak, Malásia	REF 1565 (IPN042595)
MRIdium	Iradmed, Winter Springs, FL	3860+
Nalgene frasco de mídia PET quadrado com fechamento, 650 mL	Thermo Scientific	#3420400650	para bolsa de infusão de pressão de calibração cruzada
com bulbo, acomodando 1.000 mL	Health Care Logi	#10401
; angiocateter de 2,5 Fr (2,5 cm); fio de 0,015" e 15 cm; agulha de 22 G (2 cm)	Cook Medical	C-P MSY-250, G02854
RDS 11 MeV Cyclotron	Siemens, Erlangen, Alemanha		bombardeio de prótons de 15N para gerar solução IV de cloreto de sódio 15O
0,9%, 1.000 mL	B. Braun Medical	E8000
tiras de esterilização (fecho, reforço de pele LF 1/2x4")	McKesson MecSurg	#3010
Twilite II	Swisstrace, Zurique, Suíça
Fonte de alimentação ininterrupta backup de bateria e protetor contra surtos	APC	BR1500MS2