Kvantifisering av aterosklerotisk plakk aktivitet og Vaskulær Betennelse med [18-F] Fluorodeoxyglucose emisjontomografi / computertomografi (FDG-PET/CT)

Summary

Det er stort behov for å identifisere åreforkalkning non-invasiv, og her vi demonstrere hvordan FDG-PET/CT kan brukes til å oppdage og kvantifisere aterosklerotisk plakk aktivitet og vaskulær inflammasjon.

Abstract

Konvensjonelle non-invasiv bildediagnostikk av åreforkalkning som koronar kalsium (CAC) ¹ og carotis intimaoverflaten medial tykkelse (C-IMT) ² gir informasjon om sykdomsbyrden. Men til tross for flere valideringsstudier på ^3-5 CAC, og C-IMT ^2,6, disse modaliteter ikke nøyaktig vurdere plakk egenskaper ^7,8, og sammensetningen og inflammatorisk tilstand av plakk bestemme dens stabilitet og derfor risikoen av kliniske hendelser ^9-13.

^[18 F]-2-fluoro-2-deoxy-D-glukose (FDG) avbildning ved hjelp av positron-emisjon tomografi (PET) / computertomografi (CT) har blitt grundig studert i oncologic metabolisme ^14,15. Studier med dyremodeller og immunhistokjemi i mennesker viser at FDG-PET/CT er utsøkt sensitive for påvisning macrophage aktivitet ^16, en viktig kilde til mobilnettet betennelse i fartøy vegger. More nylig, har vi ^17,18 og andre vist at FDG-PET/CT muliggjør svært presise, romanen målinger av inflammatorisk aktivitet for aktivitet av aterosklerotisk plakk i store og mellomstore arterier ^9,16,19,20. FDG-PET/CT studier har mange fordeler fremfor andre bildediagnostikk: 1) høy kontrast oppløsning, 2) kvantifisering av plakk volum og metabolsk aktivitet slik at for multi-modal aterosklerotisk plakk kvantifisering, 3) dynamisk, real-time, in vivo avbildning; 4) minimal operatør avhengighet. Endelig har vaskulær inflammasjon påvist ved FDG-PET/CT vist seg å forutsi kardiovaskulære (CV) hendelser uavhengig av tradisjonelle risikofaktorer ^21,22 og er også svært forbundet med samlet belastning av aterosklerose ^23. Plakk aktivitet ved FDG-PET/CT er modulert av kjente fordelaktige CV intervensjoner som kort sikt (12 uke) statinbehandling ²⁴ samt lengre sikt terapeutiske livsstilsendringer (16 måneder) ^25. Den nåværende metodikk for kvantifisering av FDG opptak i aterosklerotisk plakk innebærer måling av standardiserte opptak verdi (SUV) i en arterie av interesse og av den venøse blod bassenget for å beregne et mål til bakgrunn ratio (TBR), som beregnes ved å dividere den arterielle SUV ved veneblod bassenget SUV. Denne metoden har vist seg å representere en stabil, reproduserbar fenotype over tid, har en høy sensitivitet for påvisning av vaskulær inflammasjon, og har også høy inter-og intra-leseren pålitelighet ^26. Her presenterer vi vår metodikk for pasienten, bilde oppkjøpet, og kvantifisering av aterosklerotisk plakk aktivitet og vaskulær inflammasjon hjelp SUV, TBR, og en global parameter kalt metabolsk volumetrisk produktet (MVP). Disse metodene kan brukes til å vurdere vaskulær inflammasjon i ulike studier prøver av interesse i en konsistent måte som vi har vist i flere tidligere publikasjoner. ^{9,20,27,28 <}/ Sup>

Protocol

1. Pasient Forberedelse og skaffe bilder

1. Sikre minst en times tenkelig tidsluke på en PET / CT-skanner, helst en med time-of-flight muligheter for forbedret bildekvalitet. Ved vår institusjon, bruker vi en Gemini TF skanner, som er det nyeste PET / CT-systemet fra Philips Medical Systems og kombinerer en PET skanner basert på Lysø detektorer med en 16-slice Brilliance CT system.
2. Har fag rask i 8 timer før FDG-PET/CT skanningen. Sjekk fastende serum glukose (FSG) nivåer ved hjelp av en fingerstikk å sikre serum glukose <200 mg / dL før FDG administrasjon. Dette sikrer at glukose i kroppen ikke konkurrerer med FDG.
3. Hvis FSG <200 mg / dL, sett ikke mindre enn en 20-gauge intravenøs (IV) linje for å administrere radiotracer (FDG) IV. Administrer ca 5,2 MBq / kg av FDG.
4. ~ 60 minutter etter intravenøs administrering av FDG, utføre lav dose CT avbildning av hele kroppen. Så erverve PET utslippbilder fra skallen toppunktet til tærne. På den bestemte PET / CT oppført i 1.1), blir bildet rekonstruksjon vanligvis utføres ved hjelp av en liste-modus maksimal sannsynlighet forventning-maksimering (ML-EM) algoritme med 33 bestilte undergrupper og 3 iterasjoner, der systemet modellen inkluderer tid-of- flytur samt normalisering, demping, randoms, og spre korreksjoner. Rescaled lavdose CT-bilder er brukt for demping korrigering av PET-bilder i en automatisert måte, fører til redusert eksamenstid og forbedret bildekvalitet i forhold til ytre radioaktiv kilde demping korreksjon brukt på PET kun maskiner.

2. PET Bilde kvalitativ vurdering

1. Tolk aksiale, sagittal og coronal PET rekonstruksjoner med og uten demping korrigering bruker lave doser ikke-kontrast CT-bilder for romlig avgrensning av vaskulære strukturer av interesse så vel som for presis anatomisk lokalisering av områder med økt radiotracer opptak seno på PET-bilder.

3. PET Bilde Kvantitativ evaluering

1. Etter kvalitativ gjennomgang av bildene, identifisere grenser for å dele hovedpulsåren inn i følgende avsnitt: oppstigende aorta, aortabuen, synkende thorakalaorta, Suprarenal bukaorta, og infrarenal abdominal aorta. For enkelhets skyld kan aortabuen defineres av de delene av thorakalaorta som vises som en sammenhengende segmentet på tverrgående bilder når jeg flytter i en craniocaudal retning, der stigende og synkende deler av thorakalaorta vil ikke synes å være tilkoblet. Opprinnelsen til cøliaki arterien kan brukes som den anatomiske landemerke mellom den synkende thorakalaorta og abdominal aorta og nyrearteriene tjene som anatomiske landemerke mellom Suprarenal og infrarenal segmenter av abdominal aorta.
2. Arteriell FDG opptak (som et mål på arteriell betennelse) i bena og halsen måles ved å plassere en region av interest (ROI) rundt hver arterie av renter på skiver av de coregistered tverrgående PET / CT bilder som passerer gjennom arterien. I tilfelle av aorta, som begynner med den mest overlegne aorta skive, forsiktig trekke hver ROI å omfatte hele området FDG opptak på at skive mens du unngår andre omkringliggende vev med økt radiotracer opptak (figur 1). Dette bildet ble tatt fra en pasient i vår aldring og åreforkalkning studie ^20.
3. Deretter bruker dedikert PET / CT bildeanalyse programvare for å beregne SUV per skive [at vår institusjon, bruker vi Utvidet Brilliance Workstation, Philips Healthcare, Bothell, WA] maksimal og gjennomsnittlig standardisert opptak verdi (SUV) for hver ROI måles ( Figur 2). Dette bildet ble tatt fra en pasient i vår aldring og åreforkalkning studie ^20.
4. Gjenta denne prosedyren for PET scan skiver som passerer gjennom arteriene av interesse med jevne mellomrom (f.eks hvert 5 - 20 mm). Den totaleantall skiver vil variere fra fag til fag, avhengig kroppshabitus og anatomisk variasjon.
5. Finn inferior vena cava (IVC) i buken der minst 6-8 sammenhengende skiver kan bli visualisert. Plasser en ROI rundt IVC på hver tvers skive å få minst åtte venøs bety SUV målinger som vil bli brukt til vev-til-bakgrunn ratio (TBR) utregning som beskrevet senere.

4. Imaging Utfallsmål Beregninger

1. Gjennomsnittlig arterielle slice SUVer (ved hjelp av middelverdier og maksimumsverdier) over alle skivene går gjennom en arterie (f.eks halspulsåren) eller arteriell segment av interesse (f.eks stigende aorta, aortabuen, synkende thorakalaorta, Suprarenal bukaorta, infrarenal abdominal aorta) å generere bety SUV og maksimum SUV målinger for hver arterie eller arteriell segment av interesse. Disse parametrene fungerer som ett utfall mål på gjennomsnittlig belastning av aterosklerose i en arterie eller arteriell segment av interesse. Noter standardavviket SUVer innhentet fra stykket målinger for statistiske analyser.
2. Deretter deles det arteriell eller arterielle segmentet mener SUV med venøse mener SUV innhentet i trinn 3.4 for normalisering formål. Resultatet er en arteriell eller arteriell segment TBR tiltaket, som fungerer som en annen utfall for aterosklerotiske plakk aktivitet.
3. Til slutt, i et forsøk på å forstå den globale byrden av aterosklerotisk sykdom i en arterie eller arteriell segment av interesse, multipliserer hver arteriell gjennomsnittlig SUV innhentet per skive ROI av stykket ROI volum (beregnet ved å multiplisere arealet av avkastningen ved stykket tykkelsen) og summen over alle skivene går gjennom en arterie eller arteriell segment av interesse. Dette gir arterielle eller arteriell segment bety metabolsk-volumetrisk produkt (MVP) som en tredje utfall for måling av plakk aktivitet og belastning. Av notatet, vil regionene i et fartøy av interesse som ikke har metabolsk aktivitet bidrar lite til MVP ogderfor er denne parameteren fortsatt gyldig som et mål på aktiv plakk.
4. Hvis man utfører summering av aorta gjennomsnittlig MVPer oppført i 4,3 over alle skivene går gjennom aorta, vil resultatet være global inflammatoriske byrden (GIB), som vil tjene som et fjerde utfall for måling av aterosklerotisk plakk aktivitet og åreforkalkning i hovedpulsåren .

Et eksempel på verdier for disse fire utfall som er avledet fra en enkelt pasient som del av en pågående studie ¹⁸ i psoriasis er vist i Tabell 1.

5. Representative Resultater

Tabellen nedenfor viser ulike metoder for å bestemme utfall for aterosklerotisk plakk aktivitet og vaskulær inflammasjon påvist ved FDG-PET/CT i en enkelt pasient med psoriasis.

Arteriell Segment (antall skiver)	SUVmean (SD)	TBR (SD)	MVP (SD)	GIB (SD)
Aorta ascendens (n ​​= 8)	1.43 (0.24)	1.31 (0.18)	5,68 (3,08)	53,99 (19,50)
Aortabuen (n = 5)	1.38 (0.25)	1.30 (0.22)	8,88 (4,94)	59,85 (18,66)
Synkende thorakalaorta (n = 20)	1.42 (0.20)	1.29 (0.19)	3.11 (0.98)	125,66 (53,11)
Suprarenal bukaorta (n = 29)	1.40 (0.19)	1.26 (0.17)	2.37 (0.66)	50,75 (17,64)
Infrarenal bukaorta (n = 26)	1.38 (0.21)	1.20 (0.16)	1.72 (0.54)	45,80 (10,86)

Figur 1. PET-bilder. En rekke representative resultater fra innledende PET gjenoppbygging bilder fra en pasient i vår studie av aldring og aterosklerose ²⁰ som viser FDG opptak i: A) hoftebenet og røntgengjennomlysning, b) knehasecyste arterier; C) abdominal aorta; D) aortabuen.

Figur 2. Region av interesse (ROI) plassering. En tverrstilt smeltet FDG-PET/CT Bildet vises på nivået av den proksimale synkende thorakalaorta fra en pasient i vår studie av aldring og åreforkalkning ^20. ROI er plassert rundt den synkende thorakalaorta, og programvaren vil beregnet bety SUV, maksimal SUV, og areal av ROI i mm ^2. Dette er for en skive av data gjennom denne arteriell segmentet av interesse, og teknikken gjentas deretter for alle skiver som går gjennom hvert segment av aorta.

Discussion

Metodikken som presenteres her er grei å utføre, og kan gi nyttig informasjon om aterosklerotisk plakk aktivitet og vaskulær inflammasjon i klinisk signifikante arterielle senger. Det er noen viktige trekk ved denne analysen tilnærming som tilsier vektlegging: 1) Vi bruker en høy kvalitet PET / CT-skanneren som har 16 detektor rader og med flygetid evne, 2) Vi bruker to erfarne observatører blindet for den kliniske informasjonen til utføre målinger for å sikre konsistens av de kvantitative data, 3) Vi beskriver samtidig fire utfall av kvantifisering som hver er informativ. Vi anbefaler måling av minst arteriell gjennomsnittlig SUV og veneblod bety SUV slik at TBR kan anslås. Vi tror at MVP, en roman kvantitativ parameter, vil også være en viktig faktor for aterosklerotisk plakk aktivitet og vaskulær inflammasjon å få tak i, da det gir global kvantifisering av sykdomsbyrden ved å innlemme structural og molekylær målinger. SUV og TBR tar ikke hensyn til de strukturelle endringene som observeres i aterosklerotiske karsykdommer, mens MVP gjør. Videre gjør MVP for summering av flere målinger hentet fra et fartøy av interesse med hensyn til global vurdering.

PET / CT er ideell for vurdering av de kortsiktige og langsiktige effekter av terapeutisk modulering av disse utfallene gitt sin høye følsomhet, høy kontrast oppløsning, kvantitativ natur, og evne til å yte kombinert metabolsk og anatomisk informasjon. Fremtidige studier bør undersøke effekten av standard og nye behandlinger utover statinbehandling på vaskulær inflammasjon målt med PET / CT, samt ved andre sykdommer forbundet med økt aterosklerose som metabolsk syndrom, revmatoid artritt, og diabetes mellitus, slik at forhånd felt av ikke-invasiv deteksjon, karakterisering og behandling av aterosklerose plakk.