Позитронно-эмиссионная томография головного мозга человека с использованием радиоиндикатора

Аннотация

Источник: Jamadar, S. et. al. Введение радиоиндикаторов для позитронно-эмиссионной томографии головного мозга человека с высоким временным разрешением: применение к ФДГ-фПЭТ. J. Vis. Exp. (2019)

В этом видео демонстрируется количественная оценка метаболизма глюкозы в мозге с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Во время сканирования участнику вводят индикатор F-18 фтордезоксиглюкозу (ФДГ). ФДГ накапливается в активных нейронах и выделяет позитроны при распаде F-18. Эти позитроны взаимодействуют с электронами, производя фотоны, обнаруженные ПЭТ-сканером, для создания карт активности мозга с высоким разрешением.

Протокол

Все процедуры с участием людей были выполнены в соответствии с институциональными, национальными и международными руководящими принципами по благополучию человека и были рассмотрены местным институциональным наблюдательным советом.

1. Необходимое оборудование и персонал

1. См. Таблицу материалов для комнаты сканирования, радиохимической лаборатории и общих материалов. Для разработки радиоиндикатора был использован коммерческий поставщик.
2. В условиях одновременной магнитно-резонансной томографии и позитронно-эмиссионной томографии (МРТ-ПЭТ) используются четыре человека: рентгенолог (RG) для проведения сканирования, технолог ядерной медицины (NMT) для наблюдения за введением радиоактивного индикатора и получением образцов крови, лаборант (LA) для спиннинга крови и научный сотрудник (RA), ответственный за надзор за дизайном эксперимента и презентацией стимула.

2. Препарат

1. Препарат с отслеживающей дозой с помощью NMT
   1. Рассчитайте объем инфузии, который будет введен в ходе сканирования. В этом протоколе скорость инфузии составляет 0,01 мл/с в течение 95 минут. Таким образом, при сканировании за 95 минут участники получают 0,01 мл/с x 60 с x 95 мин = 57 мл.
   2. Рассчитайте дозу индикатора, которая будет разведена во введенном физрастворе. В этом протоколе общая доза 260 МБк вводится участнику в течение 95 минут. Эта доза была выбрана для ограничения радиационного облучения до 4,9 мЗв, чтобы оставаться в пределах категории «низкого риска» в соответствии с рекомендациями Австралийского агентства по радиационной защите и ядерной безопасности (ARPANSA) по воздействию ионизирующего излучения на человека. Коррекция распада 260 МБк от середины точки инфузии (47,5 мин) обратно до T0. Используя уравнение 1, решите для A₀ Где A_t — радиоактивность (MBq) в середине времени инфузии, A₀ — начальная радиоактивность, а λ — константа радиоактивного распада, специфичная для индикатора. Для ФДГ значение равно λ ≈ 0,693/Т_1/2. T_1/2 — период полураспада ¹⁸F (110 мин).
      ПРИМЕЧАНИЕ: В этом примере A_t = 260 МБк, λ = 0,693/110, а t = -47,5, поэтому A₀ = 350,942 МБк.
   3. Рассчитайте необходимую дозу радиоактивного индикатора для пакетика с солевым раствором объемом 100 мл, который будет использоваться для введения дозы участнику. Необходимый радиоиндикатор для мешочка с физиологическим раствором разводят до общего объема 5 мл и набирают в шприц объемом 5 мл. Таким образом, для пакетика с физиологическим раствором объемом 100 мл фактором разведения является объем физиологического раствора (100 мл) в дополнение к объему 5 мл шприца с радиоактивным индикатором. Этот общий объем в 105 мл делится на объем инфузии 57 мл (т.е. 105 мл/57 мл = 1,842). Таким образом, общая радиоактивность в объеме 5 мл, необходимая для добавления к пакету объемом 100 мл, равна A₀ x коэффициенту разбавления (т.е. 350,942 МБк x 1,842 = 646,44 МБк). Асептически добавьте радиоактивный индикатор в мешочек с физиологическим раствором.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Важно отметить, что расчетная активность 646,44 МБк, которая добавляется в мешок с физиологическим раствором, является активностью, необходимой в начале инфузии. Как правило, дозы для этого протокола готовятся от 15 минут до 1 часа до введения. Поэтому важно учитывать распад радиоизотопа. Уравнение 1 в разделе 2.1.2. может быть использован для учета этого, где время (t) - общее количество минут от приготовления дозы до момента введения активности, A_t = 646,44 MBq, путем решения для A₀.
   4. Приготовьте дозу грунтовки. Возьмите 20 мл из пакета в шприц и заколите его. Откалибруйте этот шприц объемом 20 мл и этикетку. Шприц калибруется в качестве эталонной проверки, чтобы убедиться, что радиоактивность равномерно распределена в мешке с физиологическим раствором.
   5. Приготовьте дозу. С помощью шприца объемом 50 мл извлеките 60 мл из пакета и закройте его красной пробкой Combi. Этот шприц не калибруется, так как концентрация радиоактивности известна с момента его добавления в мешок с физиологическим раствором (шаг 2.1.3). Храните оба шприца в радиохимической лаборатории до тех пор, пока они не будут готовы к сканированию.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Объем 60 мл можно набрать в шприц объемом 50 мл, потому что шприцы Terumo маркированы на 20% выше указанного объема (т.е. шприц объемом 50 мл маркирован на 60 мл).
   6. Приготовьте референтную дозу. Наполните мерную колбу объемом 500 мл примерно 480 мл дистиллированной воды. Наберите 10 МБк ¹⁸Ф фтордезоксиглюкозы (¹⁸F-FDG) в шприц, скорректированный на распад до начала сканирования (с помощью уравнения 1), и добавьте его в колбу. Долейте объем до отметки 500 мл большим количеством дистиллированной воды и тщательно перемешайте. Наклейте этикетки для предварительной и последующей калибровки шприца.
2. Подготовка комнаты сканера с помощью NMT
   1. Как только участник находится в сканере, остается очень мало места для манипуляций или спасения линии для инфузии или образцов крови в случае закупорки. Подготовьте помещение для сканирования, чтобы свести к минимуму вероятность засорения линии.
   2. Убедитесь, что все оборудование для сбора крови находится в пределах легкой досягаемости от места сбора крови. Поместите пеленки на конце канюли и на любую поверхность, которая будет вмещать контейнеры с кровью. Разместите контейнеры для обычных отходов и биологически опасных отходов в пределах легкой досягаемости от места сбора крови.
3. Подготовка инфузионного насоса с помощью NMT
   1. Установите инфузионный насос в комнате сканера на той стороне, которая будет подключена к участнику. Соберите свинцовые кирпичи вокруг основания насоса и поместите свинцовый щиток перед насосом. Подсоедините трубку к инфузионному насосу, который подает инфузионную жидкость участнику, и убедитесь, что введена правильная скорость инфузии. Для этого протокола скорость составляет 0,01 мл/с.
   2. Подготовьте трубку перед тем, как она будет подключена к канюле участника. Подключите начальную дозу 20 мл к инфузионному насосу. На конце трубки, которая будет подключена к участнику, прикрепите трехсторонний кран и пустой шприц объемом 20 мл. Убедитесь, что кран расположен таким образом, чтобы раствор ¹⁸F-FDG мог протекать из дозы грунтовки через трубку и собираться только в пустой шприц.
   3. Предварительно настройте инфузионный насос на объем 15 мл. Выберите кнопку «Заправка» на насосе и следуйте инструкциям, чтобы заправить линию.
   4. Присоедините шприц с дозой 50 мл к инфузионному насосу в месте заправочной дозы. Заряженная доза в 15 мл на трехстороннем кране может оставаться там до тех пор, пока участник не будет готов к подключению к помпе.
4. Подготовка участников с помощью NMT, RA и RG
   1. Посоветуйте участникам поститься в течение 6 часов и употреблять только воду (примерно два стакана) перед сканированием.
   2. Попросите RA провести процедуры получения согласия и принять дополнительные меры (например, демографические опросы, когнитивные батареи и т.д.). Попросите NMT и RG провести скрининг безопасности, NMT проведет оценку безопасности для ПЭТ-сканирования (например, исключение для беременных, диабета, химиотерапии или лучевой терапии в течение предыдущих 8 недель и известных аллергий), а RG рассмотрит безопасность участников для МРТ (например, исключение для беременных, медицинских или немедицинских металлических имплантатов, несъемных зубных имплантатов, клаустрофобии).
   3. Канюляция участника.
      1. Используйте две канюли: одну для введения дозы, а другую для забора крови. Наиболее подходящая канюля зависит от участника, но наиболее подходящая вена должна быть зарезервирована для сбора крови. Канюля 22 Г является предпочтительным минимальным размером. Соберите исходный образец крови объемом 10 мл во время канюляции. Отсоедините все промывки с солевым раствором под давлением, чтобы сохранить проходимость магистрали.
      2. Проверьте уровень сахара в крови участника и другие исходные показатели крови (например, гемоглобин) из исходного образца.
5. Позиционирование участника в сканере с помощью RG и NMT
   1. Укажите позицию РГ, которую указал участник в сканере. При длительном сканировании крайне важно обеспечить комфорт, чтобы снизить риск выбывания участника и артефактов движения из-за дискомфорта. Участник должен быть накрыт одноразовым одеялом для поддержания комфортной температуры тела.
   2. Перед подключением инфузионной линии попросите NMT промыть канюлю, чтобы убедиться, что она запатентована и имеет минимальное сопротивление. После подключения трубку можно слегка заклеить скотчем рядом с запястьем. Попросите участника держать руку выпрямленной. Используйте опоры, такие как пена или подушки для комфорта. Попросите NMT также проверить канюлю, которая будет использоваться для образцов плазмы, чтобы убедиться, что она способна отбирать кровь с минимальным сопротивлением. Может потребоваться подсоединить удлинительную трубку, заполненную обычным физиологическим раствором, чтобы сделать канюлю более доступной, пока участник находится в сканере. Если это требуется, его следует проверить на герметичность.
   3. Как только объект окажется в отверстии сканера, попросите NMT проверить, есть ли у него подходящий доступ к обеим канюлям.
   4. В любое время во время сканирования сотрудники NMT должны уведомить RG и RA о возникновении каких-либо проблем с канюлей для сбора крови, инфузионной канюлей или инфузионным насосом (например, окклюзия, батарея, экстравазация).

3. Отсканируйте участника

1. Начав сканирование с помощью NMT, RG и RA
   1. В начале сканирования поместите NMT в комнату сканера для мониторинга инфузионного оборудования. Убедитесь, что НМТ носит средства защиты органов слуха и использует барьерный экран, чтобы свести к минимуму радиационное воздействие от дозы, где это возможно.
   2. По мере того как РГ выполняет сканирование с помощью локализатора, чтобы убедиться, что участник находится в правильном положении, проверяются детали для получения ПЭТ (например, продолжительность сканирования, сбор данных в режиме списка, правильный изотоп).
   3. Разработайте протокол таким образом, чтобы получение ПЭТ начиналось с первой последовательности МРТ. РГ подготавливает и запускает последовательность МРТ. Время начала 95-минутной регистрации ПЭТ привязано по времени к началу последовательности МРТ. При необходимости NMT должен доставить болюс во время сбора ПЭТ (Рисунок 1).
   4. Запустите инфузионный насос. ГД должна подать сигнал NMT (например, с помощью знака «большой палец вверх») о запуске насоса через 30 с после начала сбора ПЭТ. Согласно этому протоколу, инфузионный насос запускается через 30 с после начала сканирования, чтобы обеспечить буфер безопасности в случае неудачного сканирования. Это также гарантирует, что первое изображение, сделанное во время ПЭТ-сканирования, индексирует мозг до введения радиоиндикатора для полного сбора данных кривой временной активности. Попросите NMT осмотреть насос, чтобы убедиться, что он начал вводить ¹⁸F-FDG и что нет непосредственной окклюзии магистрали.
   5. Попросите РА инициировать любой внешний стимул в согласованное время (т.е. в начале функционального прогона/экспериментального блока) и рассчитайте время для взятия образцов крови. Попросите RA рассчитать прогнозируемое время взятия каждого образца крови и предоставить копии NMT и лаборанту (LA). Убедитесь, что RA гарантирует, что NMT берет образцы крови примерно в нужное время и контролирует оборудование (например, инфузионный насос, стимул) на наличие любых признаков ошибок.

Результаты

Рисунок 1: Блок-схема процедур для экспериментов FDG-fPET. Вверху: процедуры предварительного отбора участников до набора в исследование. Внизу: процедуры по протоколам «только болюс» (слева), «только инфузия» (в центре) и «болюс/инфузия» (сп...

Материалы