Kvantificering af aterosklerotisk plaque aktivitet og vaskulær inflammation med [18-F] fluorodeoxyglukose Positron Emission Tomography / Computed Tomography (FDG-PET/CT)

Summary

Der er stort behov for at identificere atherosklerose ikke-invasivt, og her viser, hvordan FDG-PET/CT kan anvendes til at detektere og kvantificere atherosklerotisk plak-aktivitet og vaskulær inflammation.

Abstract

Konventionelle non-invasive billeddiagnostiske metoder for åreforkalkning, såsom koronar calcium (CAC) ¹ og carotis intima mediale tykkelse (C-IMT) ² giver oplysninger om sygdomsbyrden. Trods mange valideringsundersøgelser af CAC ^3-5 og C-IMT ^2,6, har denne fremgangsmåde ikke nøjagtig vurdering plaque egenskaber ^7,8, og sammensætningen og inflammatoriske tilstand plaque bestemme dens stabilitet og derfor en risiko for kliniske hændelser ^9-13.

^[18 F]-2-fluor-2-deoxy-D-glucose (FDG) billeddannelse ved hjælp af positron-emissions-tomografi (PET) / computertomografi (CT) er blevet omfattende undersøgt i onkologiske metabolisme ^14,15. Undersøgelser under anvendelse af dyremodeller og immunhistokemi i mennesker viser, at FDG-PET/CT er yderst sensitiv til påvisning makrofagaktivitet ^16, en vigtig kilde til cellulær inflammation i karvægge. Moigen for nylig, har vi ^17,18 og andre vist, at FDG-PET/CT giver meget præcise, nye målinger af inflammatorisk aktivitet af aktivitet af aterosklerotiske plaques i store og mellemstore arterier ^9,16,19,20. FDG-PET/CT studier har mange fordele frem for andre billeddiagnostiske metoder: 1) høj kontrast løsning, 2) kvantificering af plak volumen og metabolisk aktivitet giver mulighed for multi-modal aterosklerotisk plaque kvantificering; 3) dynamisk, real-time, in vivo billeddannelse; 4) minimal operatør afhængighed. Endelig har vaskulær inflammation detekteret ved FDG-PET/CT blevet vist at forudsige kardiovaskulære) hændelser uafhængigt af traditionelle risikofaktorer ^21,22 og er også stærkt forbundet med den samlede belastning af atherosklerose ^23. Plaque aktivitet ved FDG-PET/CT moduleres af kendte gavnlige CV indgreb såsom kort sigt (12 uger) statinbehandling ²⁴ såvel som længere sigt terapeutiske livsstilsændringer (16 måneder) ^25. Den aktuelle metode til kvantificering af FDG optagelse i atherosclerotisk plaque involverer måling af standardiserede optagelse værdi (SUV) af en arterie af interesse og veneblod pulje for at beregne et mål for baggrund-forholdet (TBR), der beregnes ved at dividere den arterielle SUV ved venøse blod Pool SUV. Denne fremgangsmåde har vist sig at repræsentere et stabilt, reproducerbar fænotype tiden, har en høj følsomhed for påvisning af vaskulær inflammation, og desuden har høj inter-og intra-læser pålidelighed ^26. Her præsenterer vi vores metode til patient forberedelse, billedoptagelse, og kvantificering af aterosklerotisk plaque aktivitet og vaskulær inflammation ved hjælp af SUV, TBR, og en global parameter kaldes den metaboliske volumetriske produkt (MVP). Disse fremgangsmåder kan anvendes til at vurdere vaskulær inflammation i forskellige undersøgelsesprøver af interesse i en konsistent måde som vi har vist i flere tidligere publikationer. ^{9,20,27,28 <}/ Sup>

Protocol

1. Patient Forberedelse og opnå billeder

1. Fastgør mindst en times imaging tidsinterval på en PET / CT-scanner, helst en med tiden-of-flight muligheder for forbedret billedkvalitet. På vores institution, bruger vi en Gemini TF scanner, som er den nyeste PET / CT-systemet fra Philips Medical Systems og kombinerer en PET-scanner baseret på lyso detektorer med en 16-slice Brilliance CT-system.
2. Har individer hurtigt i 8 timer før FDG-PET/CT scanningen. Check fastende blodsukkerniveau (FSG) niveauer ved hjælp af et stik i fingeren for at sikre serum glukose <200 mg / dl før FDG administration. Dette sikrer, at glukose i kroppen ikke konkurrerer med FDG.
3. Hvis FSG <200 mg / dl, indsætte ikke mindre end en 20-gauge intravenøs (IV) linje at administrere radiotraceren (FDG) IV. Administrerer ca 5,2 MBq / kg af FDG.
4. ~ 60 minutter efter intravenøs indgift af FDG, udfører lav dosis CT scanning af hele legemet. Så får PET emissionbilleder fra kraniet vertex til tæerne. Den særlige PET / CT anført i 1,1), er billedet genopbygning typisk udført under anvendelse af en liste-mode maksimal sandsynlighed forventning-maksimering (ML-EM) algoritme med 33 sorteret delmængder og 3 gentagelser, hvor systemet model indbefatter time-of- flyvning samt normalisering, dæmpning, randoms, og scatter korrektioner. Genskalerede lavdosis CT-billeder er anvendt til dæmpning korrektion af PET billeder i en automatiseret måde, hvilket fører til nedsat eksamenstid og forbedret billedkvalitet i forhold til ekstern radioaktiv kilde dæmpning korrektion brugt på PET kun maskiner.

2. PET Billede Kvalitativ Evaluering

1. Fortolke aksiale, sagittal og koronale PET rekonstruktioner med og uden dæmpning korrektion under anvendelse af lave doser uden kontrast CT billeder for rumlig afgrænsning af vaskulære strukturer af interesse samt til præcis anatomiske lokalisering af arealer med forøget radiotracer-optagelse seen på PET billeder.

3. PET billede Kvantitativ vurdering

1. Efter kvalitativ gennemgang af de billeder, identificere grænser at opdele aorta i følgende afsnit: aorta ascendens, aortabuen, faldende thorax aorta, suprarenal abdominal aorta, og infrarenale abdominale aorta. For enkelhedens skyld kan aortabuen defineres ved de dele af den thorakale aorta, der fremstår som en sammenhængende segment på tværgående billeder, når bevæger sig i en craniocaudal retning, hvor de op-og nedadgående dele af aorta thoracica vises ikke at være forbundet. Oprindelsen af ​​cøliaki arterie kan anvendes som den anatomiske lokalitet mellem den nedadgående aorta thoracica og abdominale aorta og de renale arterier tjene som anatomiske lokalitet mellem suprarenal og infrarenale segmenter af den abdominale aorta.
2. Arteriel FDG optagelse (som et mål for arteriel inflammation) i benene og hals måles ved at anbringe en region af interem (ROI) omkring hver arterie af interesse på skiver af coregistered tværgående PET / CT billeder, der passerer gennem arterien. I tilfælde af aorta, begyndende med den mest overlegne aorta skive omhyggeligt trække hver ROI omfatter hele området af FDG optagelse af denne skive samtidig undgå andre omgivende væv med øget radiotracer-optagelse (fig. 1). Dette billede blev taget fra en patient i vores aldrende og åreforkalkning undersøgelse ^20.
3. Dernæst, ved hjælp af dedikeret PET / CT billede analyse software til at beregne SUV pr skive [på vores institution, vi bruger Extended Brilliance Workstation, Philips Healthcare, Bothell, WA] den maksimale og betyder standardiseret optagelse værdi (SUV) for hver ROI måles ( figur 2). Dette billede blev taget fra en patient i vores aldrende og åreforkalkning undersøgelse ^20.
4. Gentag denne procedure for PET-scanning skiver, der passerer gennem arterierne af interesse med jævne mellemrum (fx hvert 5 - 20 mm). Den samledeAntallet af skiver vil variere fra individ til individ afhængigt af kroppen habitus og anatomiske variationer.
5. Lokalisere inferior vena cava (IVC) i maven, hvor mindst 6-8 tilstødende skiver kan visualiseres. Anbring en ROI omkring IVC på hver tværgående skive til at opnå mindst 8 venøs betyder SUV målinger, som vil blive anvendt til væv-til-baggrund-forholdet (TBR) beregning som beskrevet senere.

4. Imaging Outcome Beregninger

1. Gennemsnitlige arterielle slice SUV'er (ved hjælp af middelværdier og maksimum værdier) over alle skiver, der passerer gennem en arterie (f.eks halspulsåren) eller arteriel segment af interesse (f.eks opstigende aorta, aortabuen, faldende thorax aorta, suprarenal abdominal aorta, infrarenale abdominale aorta) til at generere betyde SUV og maksimal SUV målinger for hver arterie eller arteriel segment af interesse. Disse parametre tjener som et endepunkt af gennemsnittet af atherosklerose i en arterie eller arteriel segment af interesse. Registrere standardafvigelse SUV'er opnået fra skiven målinger for statistiske analyser.
2. Dernæst opdeler den arterielle eller arteriel segment betyder SUV af venøse betyder SUV opnået i trin 3,4 til normaliserings-formål. Resultatet er en arteriel eller arteriel segment TBR foranstaltning, der tjener som et andet udfald for aterosklerotisk plaque aktivitet.
3. Endelig, i et forsøg på at forstå den globale byrde af aterosklerotisk sygdom i en arterie eller arteriel segment af interesse, multipliceres hver arteriel gennemsnitlig SUV opnåede per skive ROI af slice ROI volumen (beregnet ved at gange arealet af ROI af snittykkelse) og summen over alle skiver passerer gennem en arterie eller arteriel segment af interesse. Dette giver arterielle eller arteriel segment betyder metabolisk-volumetrisk produkt (MVP), som en tredje resultat for måling af plak aktivitet og byrde. Af note, vil regionerne i et fartøj af interesse, der ikke har metabolisk aktivitet bidrager lidt til MVP ogderfor, denne parameter er stadig gyldig som et mål for aktiv plak.
4. Hvis man udfører summation af aorta gennemsnitlige MVP'er er opført i 4,3 over alle skiver passerer gennem aorta, vil resultatet være den globale inflammatoriske byrde (GIB), der skal tjene som fjerdedel resultat for måling af aterosklerotisk plaque aktivitet og åreforkalkning i aorta .

Et eksempel på værdier for disse fire resultater, der er afledt fra en enkelt patient som del af et igangværende forsøg ¹⁸ i psoriasis er vist i tabel 1.

5. Repræsentative resultater

Tabellen nedenfor viser forskellige fremgangsmåder til bestemmelse af resultaterne for aterosklerotisk plak-aktivitet og vaskulær inflammation detekteres ved FDG-PET/CT i en enkelt patient med psoriasis.

Arteriesegment (antal 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)
Faldende torakale aorta (n = 20)	1.42 (0.20)	1.29 (0.19)	3.11 (0.98)	125,66 (53,11)
Suprarenal abdominale aorta (n = 29)	1.40 (0.19)	1.26 (0.17)	2.37 (0.66)	50,75 (17,64)
Infrarenale abdominale aorta (n = 26)	1.38 (0.21)	1.20 (0.16)	1.72 (0.54)	45.80 (10.86)

Figur 1. PET billeder. En række repræsentative resultaterne af de første PET genopbygning billeder fra en patient i vores undersøgelse af befolkningens aldring og åreforkalkning ^20, som viser FDG optagelse i: A) iliaca og femorale arterier, B) popliteale arterier, C) abdominal aorta, D) aortabuen.

Figur 2. Region af interesse (ROI) anbringelse. En tværgående kondenseret FDG-PET/CT billede vises på niveau med den proximale descendens torakale aorta fra en patient i vores undersøgelse af aldring og atherosklerose ^20. Den ROI er placeret rundt om descenderende torakal aorta, og softwaren vil beregnet gennemsnitlig SUV, maksimal SUV, og arealet af ROI i mm ^2. Dette er for en skive af data gennem det arterielle segmentet af interesse, og teknikken derefter gentages for alle skiver passerer gennem hvert segment af aorta.

Discussion

Den metode, der præsenteres her, er ligetil at udføre, og kan give nyttige oplysninger om aterosklerotisk plaque aktivitet og vaskulær inflammation i klinisk signifikante arterielle senge. Der er nogle vigtige funktioner i denne analyse tilgang, der kræver fokus: 1) Vi bruger en høj kvalitet PET / CT-scanner, som har 16 detektor rækker og med tiden for flyvningen kapacitet; 2) Vi benytter to erfarne observatører blindet for den kliniske oplysninger til udføre målinger for at sikre sammenhæng i de kvantitative data, 3) Vi beskriver samtidig fire resultater af kvantificering, som hver informative. Vi anbefaler måling af mindst arteriel middelværdi SUV og veneblod betyder SUV så TBR kan estimeres. Vi mener, at MVP, en roman kvantitativ parameter, også vil være en vigtig faktor for aterosklerotisk plaque aktivitet og vaskulær inflammation for at opnå, da det giver global kvantificering af sygdomsbyrden ved at indarbejde structural og molekylær målinger. SUV og TBR ikke redegøre for de strukturelle ændringer, observeret i aterosklerotiske kar-sygdomme, mens MVP gør. Desuden MVP giver mulighed for sammenlægning af flere målinger opnået fra et fartøj af interesse med henblik på global vurdering.

PET / CT er velegnet til vurdering af de korte og langsigtede virkninger af terapeutisk modulation af disse resultater i betragtning af dets store følsomhed, høj kontrast opløsning, kvantitativ natur og evne til at levere kombineret metabolisk og anatomiske informationer. Fremtidige undersøgelser skal undersøge virkningerne af standard-og hidtil ukendte behandlinger uden statinbehandling på vaskulær inflammation som målt ved PET / CT, såvel som af andre sygdomstilstande forbundet med overskud af atherosclerose, såsom metabolisk syndrom, rheumatoid arthritis, og diabetes mellitus, således at forhånd inden for ikke-invasiv detektion, karakterisering og behandling af åreforkalkning plak.