Summary
ここに提示された方法は、各々が温熱（24°Cに2時間暴露後にスキャンし、18 F-フルオロデオキシ（18 F-FDG）陽電子放出断層撮影/コンピュータ断層撮影法（PET-CT）および脂肪-水分離、磁気共鳴イメージング（MRI）を使用し）と成人のヒト対象における褐色脂肪組織（BAT）をマッピングするために冷たい条件（17℃）。
Abstract
確実に非侵襲的イメージング法を用いて、他の組織から褐色脂肪組織（BAT）を微分すると、ヒトにおけるBATを研究するための重要なステップである。検出陽電子放出断層撮影/コンピュータ断層撮影（PET-CT）により測定されるBATは、典型的には、冷刺激に対する対象の曝露後の走査は、脂肪組織貯蔵所に注射し、放射性トレーサー18 F-フルオロデオキシ（18 F-FDG）の取り込みによって確認される。脂肪 - 水分離、磁気共鳴イメージング（MRI）は、放射性トレーサーを使用することなく、BATを区別する能力を有する。今日までに、ヒト成人におけるBATのMRIは、コールド活性化PET-CTと同時登録されていない。したがって、このプロトコルは、自動的にその後の共同登録されたために、同じ被験者のMRIスキャンを適用するBATマスクを生成するために、18 F-FDG PET-CTスキャンを使用しています。このアプローチは、手動セグメンテーションすることなく、BATの定量的MRI特性の測定を可能にします。 BATマスクは2のPEから作成されるT-CTスキャン：2時間のいずれかに温熱（TN）（24℃）または低温の活性化（CA）（17℃）の条件に暴露した後。 TNおよびCA PET-CTスキャンは、登録されており、標準化されたPETの取り込みおよびCTハウンズフィールド値のみBATを含むマスクを作成するために使用される。 CAおよびTN MRIスキャンは、同じ被写体に取得し、自動的に定義BATマスク内の定量的なMRIのプロパティを確立するために、PET-CTスキャンに登録されている。このアプローチの利点は、セグメント化が完全に自動化され、活性化されたBAT（PET-CT）を同定するための広く受け入れられている方法に基づいていることである。 BATの定量的MRI特性は、PET-CTに関連した放射線を回避MRI専用のBAT審査の基礎として役立つことができるこのプロトコルを使用して確立。
Introduction
による世界的な肥満の著しい上昇、エネルギーバランスを理解することを目的とした研究分野の関心の高まりがある。肥満はそれ公衆衛生1の関心の重要な地域作り、糖尿病、肝臓病、心血管疾患や癌などのコストがかかり、壊滅的な医学的状態を招くおそれがあります。エネルギー消費に対するエネルギー摂取量のバランスを理解するための研究の一領域は、褐色脂肪組織またはBATの研究である。脂肪組織と呼 ばれるが、BATは多くの点2で、より一般的な白色脂肪組織（WAT）とは異なる。白色脂肪細胞の機能は、細胞当たり単一の大きな脂質液胞にトリグリセリドを保存するために、必要なとき血流へのエネルギー源として、これらのトリグリセリドを解放することである。非常に異なるようにして、褐色脂肪細胞の機能は、熱を生成することである。これが発生することで1つのメカニズムは、寒さへの曝露を介して行われます。これはsympathetiの増大を引き起こす今度はBATを活性化し、C神経系の活動、。活性化されると、褐色脂肪細胞は、熱を発生させる。そうするために、それらは、細胞当たり多数の小さな脂質小胞に含まれるトリグリセリドを使用して、脱共役タンパク質1（UCP1）の存在を通じて豊富なミトコンドリアにおいて、エントロピー損失をもたらす、ATPの生産なしに代謝基質にトリグリセリドを変換する発熱など。小さ な脂質液胞に格納トリグリセリドが枯渇しているように、脂肪細胞は、血流3中に存在するグルコースおよびトリグリセリドの両方を占める。
9 - BATを研究への関心が劇的に起因する非震え熱発生、身体のエネルギー消費の調節におけるその役割、およびBATと肥満3との間の潜在的な逆の関係への貢献に、近年増加している。さらに、最近の動物研究は、BATがクリアトリグリセリドおよびグルコースfのに重要な役割を果たして示す特に高脂肪食10,11の摂取後、血流中にデキュー。 15 -しかし、我々はBATについて知っていることのほとんどはBAT 4,9,12の多くのデポが含まれている小型哺乳類、研究の結果である。いくつかの初期の研究にもかかわらず、16 - 18、ヒトでのBATの存在は広く人間のBATの研究に興味が更新された際に、最近まで、年齢とともに減少すると考えられていた。 24 -最近の研究では、BATの比較的少量成人19に続くことを示唆している。 BATを研究するための付加的な制限因子は別として、生検及び組織学的染色から、BATを検出するための現在受け入れられている明確な方法は、18 F-フルオロ（18 F-FDG）ポジトロン放出断層撮影法（PET）であることである。現代のPETスキャナは、典型的には、コンピュータ断層撮影（CT）スキャナと組み合わされる。寒冷曝露によって活性化されると、BATは18を占める20,21,23,25である場合に18 F-FDG取り込みの非常に低いレベルと比較して、グルコースの代謝アナログであり、PET画像に見えるようになるF-FDG放射性トレーサー、。 PET-CTスキャナの助けにPET検査の間に取得されたCT画像は、解剖学的情報を提供することにより、高18 F-FDGの取り込みと組織とを区別する。 PET-CTイメージングの使用は、（CTスキャンからの線量は無視できないが、PETから主に）電離放射線への被験体を露出させるため、BAT検出のために望ましくない方法である。
健康な成人ヒトでのBATに関する研究の数が増加しているが、人間のBATの最近の研究は、主に回顧PET-CTに限られていた人間の乳児の死体26,27、すでにのために病院に入院してきた人間の青年、19,25研究その他の理由で27から30、および健康な成人の少数のヒトの研究31から35。 BATに影響を与える可能性がある、病気のある患者集団を研究するとき、子供と後ろ向き研究の両方の研究と課題の一つは、変更された結果の可能性である。グルコースは、BAT 36の好ましい燃料源ではないのでさらに、PET研究は常にアクティブにBATが検出されないことがあり、したがって、BATの存在をunderrepresentことがあります。生物医学イメージングとBATの研究に別の困難は、組織デポの境界を定義するために画像分割を実行することに関連している。現在、ヒトでの研究でBATのセグメンテーションは、多くの場合、手動の画像分割のある程度に依存しているため、BATデポの誤認と同様に、評価者間の変動に対して脆弱である。
そのため、自動化された分割方法と一緒に、WAT分布からBATを区別することができる強力な新しいと研究者を提供するこれらの課題に、信頼性の高い空間マッピング技術のBATを勉強するとOL。磁気共鳴イメージング（MRI）は、識別、空間マッピング、およびBATの体積定量化のための機能を有しており、撮像対象のための放射性用量を含む既存のハイブリッドPET-CTイメージング手法とは異なり、MRIは電離放射線を伴わない、安全に使用することができ繰り返し。 MRIを用いて、BATを特定し、定量する能力は、臨床内分泌学と肥満研究の新しい道の追求に劇的なプラスの影響を与える可能性があります。 WAT 90％の脂肪15,26の上にあるのに対して、マウスおよびヒトの両方におけるBATの前脂肪水MRI（FWMRI）の研究では、BATの脂肪信号フラクション（FSF）が40〜80％の脂肪分の範囲であることを示している、27。したがって、我々は、この定量FWMRIメトリックは、他の定量的なMRI測定基準と組み合わせて、ヒトでのBATデポを視覚化し、定量化するために、将来の研究に使用することができると仮定した。会った上でこれはBATの影響を研究するための強力なツールを使って研究コミュニティを提供する電離放射線を使用することなくabolism及びエネルギー消費。
我々の研究グループは、過去3年間、成人のヒトでのBATを研究してきた。 1成人のヒト対象における疑わBATを調査するMRIの使用についての私たちの最初の公開プレゼンテーションでは、ロングビーチ、カリフォルニア州37における磁気共鳴医学のための国際協会（ISMRM）脂肪水分離ワークショップ2012年2月に発生した。 2ヵ月後、私たちのグループは、オーストラリアのメルボルン38で2012年4月におけるISMRMの第 20 回年次総会で、大人2名で疑われるBATでFSFの値を提示した。ソルトレイクシティ、ユタ州で2013年4月におけるISMRMの第 21回年次総会で一年後、この原稿に記載されているプロトコルは、PET-確認されたのMRI定量化の最初の（私たちの知る限り）公共のプレゼンテーションのために使用された成人ヒト被験者39でBAT。具体的には、previouslことを示す証拠を提示しyの疑いのBATが活性冷及び温熱18 F-FDG PET-CTイメージングの両方を使用して活性化可能BATであることを確認した。 2013年以来、健康な成人被験者の私たちのコホートは、温熱と寒冷活性化条件の下で、MRIとPET / CTの両方で画像化は、褐色脂肪の役割を探る」、最近のワークショップで、2014年2月に示された結果との20以上の被験者に拡大している人間の「NIH NIDDK 40が主催。 BATのROIがアクティブに冷たいと温熱PET-CTに基づく自動セグメント化アルゴリズムを使用して線引きして具体的には、成人で18 F-FDG PET-CTで確認された鎖骨上BATの地域でのFWMRI FSFおよびR 2 *緩和特性を報告したスキャン。最近では、我々は18 F-FDG PET-CTで温度マッピングの結果を発表し、高度なFWMRI温度測定41,42を使用して、成人で、BATを確 認した。
手順は、ここで提示獲得同じテーマのS MRIと18 F-FDG PET-CTスキャンの両方、活性化した冷や温熱条件の両方に暴露した後、それぞれ。活性化した冷や温熱18 F-FDG PET-CTスキャンは、被験者の特定に基づき、関心（ROIを）の自動的にセグメント化されたBAT領域を作成するために使用されている。これらのBATのROIがその後PET-CTにおけるMRIの特性を測定するために共同登録MRIスキャンに適用されるBATを確認した。
このプロトコルの制限は、温かいまたは冷たい刺激のいずれかに被写体を露光する際に使用される空気の温度がすべての教科のために一貫しているということです。各被験者の経験が温かく感じたり冷やしれる温度が異なる可能性があるためこれが制限です。従って、空気の温度は、個々の応答に合わせて調整されている間のトライアルセッションを実行し、次に温熱および寒冷活性化プロトコルの間に、これらの温度を使用することによって、より良好な応答を得ることができるかもしれない褐色脂肪組織から。
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Protocol
注：この研究所の現地倫理委員会は、この研究を承認し、そしてすべての被験者は、事前の参加の書面によるインフォームドコンセントを提供した。研究に適格であるためには、対象者は、次の要件を満たしている必要があります知られていない糖尿病を。 β遮断薬や不安薬の使用しない、現在または過去には、現在または過去に、タバコ製品を喫煙かかむはありません。カフェインの4カップ、毎日よりません。これ以上のアルコールを毎日2杯よりません。そして女性の場合、妊娠中または授乳しない。
注：2 MRIと2枚のPET-CT：本研究では、各参加者は、4つの試験を受ける。各試験は17.4±0.5℃（63.4±0.9°F）の条件を両方温熱24.5±0.7℃（76.2±1.3°F）の下で実行された各画像診断法で、別の日に取得し、寒さ。スキャンが原因加熱または冷却にデータへの潜在的な偏りを最小限にするために支援し、いずれかの特定の順序でスケジュールされていない特定の順序で対象。 1 PET-CTスキャンのための総実効放射線量は6.4ミリシーベルト（ミリシーベルト）で、スタッフの放射線科医は、各スキャンの間に少なくとも24時間の休薬期間を推奨しています。
1.一般的MRIの安全性とイメージング懸念
- MRI装置における主磁場が常にオンであるため、患者とMRエリアで働くすべての職員の安全を確保するために注意してください。被験者からのすべての磁気オブジェクトと地域で働くすべての人々をオフにします。
- 彼らは自分の体43内の任意の金属がある場合は募集段階の間に被験者情報を確認して下さい。また、被験体は、体内の任意の金属がMRIのために承認されることを保証するために、磁気安全スクリーニング工程44を完了している。この最初のチェックは、MRIスキャンを完了できない主題を同意する可能性を排除するのに役立ちます。
- さらに、MRと互換性のある被験体の体内の任意の金属がある場合、目を確保する金属で目的の組織の近くではありません。金属は、不可能ではないに解析が困難になり、画像歪みアーチファクトを引き起こす可能性があるためである。
2.インフォームドコンセントを得
- 書面によるインフォームドコンセントを得るために、対象と会う。この会議では、例えば、研究のすべての詳細をカバーする：訪問回数、訪問あたりの時間のコミットメントは、要件は、被験者がとの間にできることとできないこと、行使の制限及び/または食品に関する主題をどうある訪問（睡眠など）、およびその他の細目。それは人ではなく、複数の電子メールを使用してこれらのスケジュールを設定する方が簡単であるため、スキャンのために訪問をスケジュールするこの会議を使用してください。
訪問に先立ち3.操作方法
- 件名のための手順
- 研究のために到着する前に24時間、アルコール、カフェイン、薬物療法または激しい運動や行為から被写体のリフレインを持っているivity。
- 速いの対象に指示し、事前の研究のために到着し、8時間のための任意のカロリー摂取を避けるために。被験者は、水を飲むことを許可されています。
- ボランティアへのお問い合わせ
- 彼らの24時間の準備を開始する前に、特定の命令の日のボランティアを思い出させる。それは被験者が彼らの制限を、覚えていることを確実にするのを助けるようにこれは、同様に、スキャンのリマインダとして両方をお楽しみいただけます（ すなわち 、ノー食べること、ない運動、ノンアルコール、 等 。）。
試験日4.手順 - MRI用
- 恒温室の準備
- 被験体が所望の温度にさらされる温度制御された部屋のような小さな部屋を使用する。
注：小部屋を使用することで、部屋の中の温度勾配を最小限に抑えることができる。例えば、ここで使用される部屋のサイズは7 'X 6' 8 "×8 '背の高い、（373.33立方フィート）です。 - 準備する安定した温度に到達するために部屋のために十分な時間を可能にするために部屋に入る前に被験者室温で少なくとも60分間。
- 冷気の循環、または部屋の周りに暖かい空気を循環させるために振動するプログラム可能なポータブルヒーターを使用してを維持するか、ポータブルエアコンユニットと回転床ファンでRTを維持します。
- ポータブルデバイスの所望のRTターゲットとの競合を避けるために、室内の空調や暖房を制御する既存のサーモスタットを非アクティブ化または最小化する。
- 被験体が所望の温度にさらされる温度制御された部屋のような小さな部屋を使用する。
- 恒温室に入る前に
- 標準的な医療ショートパンツとシャツに件名の変更を持っている。靴下と靴を脱がせる。被写体が女性であれば、いずれの金属が含まれていないスポーツブラの着用が可能。
- 標準の衣類に変更した後、被験者の身長、体重、および腹囲の測定値を測定します。
- 被験者の体温を使うを測定GA舌下体温計。
- 恒温室で
- 恒温室に入るため、被写体を指示します。体温、 例えばを変更する可能性のある活動を行う静かに座っていないために、被写体を掲載。、、タイピングの行使、または眠りに落ちる。
- 1時間室温で放置した後、再度、舌下、温度計を使用して体温を測定する。
- 恒温室に座っているの二時間後に、再度、舌下、温度計を使用して体温を測定する。
- 対象は、対象がMRIスキャナに搬送しながら低温環境を維持するためにコールドベストを使用し、低温室に座っているMRI当日。事前の恒温室を出る被写体までの被写体に冷たいベストを置きます。
- 恒温室で2時間後に、MRIスキャナに車椅子被写体を輸送。再で件名を保つために車椅子を使用して、laxed、座りがちな状態、および歩行から発生する可能性のある「地球温暖化」を最小にするために。それはおそらく、最小限のでしょうがまた、車椅子を使用すると、骨格筋にPETトレーサーのいずれかの取り込みを回避するのに役立ちます。
- MRI取得プロトコル
- MRIは、2チャンネルのパラレル送信能力を備えた3T MRIスキャナを使用してスキャンし取得する、特大16チャネル胴体コイルを受信し、変更された卓上。
- 胴体の前方部分をハングファブリックスリングのスキャナボアの上からコイルを受ける。スリングは、信号対雑音比（SNR）を最大にするために、対象者の身体に対してスライドするように十分に低いがハングアップすることを可能にする。
- 胴体の後方部分がテーブルトップの2つの層の間に挟まれたローリング」コイルワゴン」の受信コイル配置する。テーブルは、スキャナボアを通じて移動すると、スキャナに付属のストラップによりアイソセンターでコイルワゴンを保持トンの前面と背面のカバー後部コイル素子が固定されたままになるように彼はボアをスキャナ。
- 仰臥位で第1スキャナ足を入力するためにベッド上に被写体を配置します。
- 被験者が冷たいベストを着用している場合は、横になって前に被験者にベストを取り除く。
- 一度、横になって枕にバッグ内部の両腕には同じような主題の場所を持っている、と体のいずれかの側に腕を下げる。これは肩が簡単に画像の共同登録を行うMRIとPET / CT検査、両方の間に同様の方法で配置されているようにします。
注：被写体が自然にスキャナベッドに横にできるように、各スキャン中に頭の下にクッションを同量を使用して、腕をサポートするために、枕カバーバッグを使用して、すべてのスキャンの間の被写体の位置の違いを最小限に抑えることができます。一回の走査中に対象に使用される任意の支持体は、例えば、膝や腰の下に枕は、常に目に同じ方法で使用されるべきである被写体に、MRIとPET / CTスキャンの両方の間。 - 大腿上部に頭の冠からカバーする20の軸方向のスライスの7スタックとマルチスタック、マルチスライス、複数の高速フィールドエコー（mFFE）取得を使用して、脂肪と水のMRI（FWMRI）を取得。スライスは、スライス0〜の間隙で連続している。
- 収集FWMRI TR = 83ミリ秒、TE 1 = 1.024ミリ秒と効果的なΔTE= 0.779ミリ秒で4エコーの2つの交互セットとして獲得した8エコーの取得を可能にするためにカスタマイズされたソフトウェアを使用してスキャンします。その他の取得プロトコルの詳細は、次のとおりです。フリップ角= 20°、水脂肪シフト= 0.323ピクセル、読み出しサンプリング帯域幅= 1346.1ヘルツ/ピクセル、視野= 520ミリメートル408ミリメートル×、獲得したボクセルサイズ= 2ミリメートル×2ミリメートルの軸方向の面内のフィールドを×7.5 mmであり、感度符号化（SENSE）パラレルイメージング係数= 3（前方後方方向）。各ステーションの準備段階は、中心周波数（F 0）の最適化と一次線形シミングを含む。での買収時間に20スライスについて27.8秒である。
- 実行息は、駅ごとに保持している局は2息で肩に骨盤をカバーするために保持しているすなわち 、全く息止めは、長い14秒以下である。各テーブル位置において、スキャナの2チャンネル送信能力のために最適化されたRFシミング（相対RF振幅及び位相調整）を可能にするために二重の角度B 1較正スキャン（取得時間15.1秒）を取得する。
- 12.1秒の収集時間で各テーブル位置でSENSEリファレンススキャンを取得します。推奨FWMRIパラメータを表1に示す。
試験日5.手順 - PET-CTのための
- 恒温室の準備
- 被験体が所望の温度にさらされる温度制御された部屋のような小さな部屋を使用する。
注：小部屋を使用することで、部屋の中の温度勾配を最小限に抑えることができる。 Fまたはたとえば、ここで使用される部屋のサイズは7 'X 6' 8 "×8 '背の高い、（373.33立方フィート）です。 - 少なくとも60分前に、室温で安定した温度に到達するのに十分な時間を可能にするために部屋に入る被験者に部屋を準備する。
- 冷気冷熱刺激温度を達成するために、循環、または温熱温度を維持するためにoscaillatingポータブルヒーターを使用して維持するか携帯用空調ユニットと、回転床ファンRTを維持する。
- ポータブルデバイスの所望のRTターゲットとの競合を避けるために、室内の空調や暖房を制御する既存のサーモスタットを非アクティブ化または最小化する。
- 被験体が所望の温度にさらされる温度制御された部屋のような小さな部屋を使用する。
- 件名の準備
- 手や腕の静脈に配置されたIVポートを持つようにPETイメージング·スイートの対象を指示する。被験体が温度制御された部屋に座っているときに、このIVポートが、放射線技師は、後で放射性トレーサーを注入することができる。
- 私被写体が女性であるfが、彼女は妊娠していないことを確認するために、血清妊娠検査を行う。
注：この研究のために、内部審査委員会は、PET / CTスキャンが取得されることに未満24時間前に妊娠検査を必要とします。
- 恒温室に入る前に
- 標準的な医療ショートパンツとシャツに件名の変更を持っている。靴下と靴を脱がせる。被写体が女性であれば、いずれの金属が含まれていないスポーツブラの着用が可能。
- 標準の衣類に変更した後、被験者の身長、体重、および腹囲の測定値を測定します。
- 舌下体温計を用いて対象の体温を測定する。
- 恒温室で
- 恒温室に入るため、被写体を指示します。 、行使入力するか、眠りに落ちる、 例えば 、体温を変更する可能性のある活動を行う静かに座っていないように件名を依頼。 1時間室温で放置した後、再度、舌下、温度計を使用して体温を測定する。
- 恒温室で最初の一時間後にPET-CTスキャン日には、放射線技師は、IVポートを介してフルオロデオキシ（18 F-FDG）の注入を管理している。 0.14 mCiの/ kgの18 F-FDGの（70キロ対象に約10 mCiの）を注入します。主題特定の重量に基づいて、正確な投与量を計算します。
- 恒温室に座っているの二時間後に、再度、舌下、温度計を使用して体温を測定する。
注：18 F-FDGトレーサーが時間後にトレーサー注入の間に活性化BATに取り込まれているので寒いのMRI日とは異なり、冷たいベストの使用は冷たいPET-CTの日には不要である。トレーサは、彼/彼女がスキャナに搬送されているように被写体が暖かくなっても、組織を残すことはありません。したがって、activatの存在を検出することができるのでBATは、PET-CT画像編BATは、PET-CTスキャン中にアクティブでない場合でも、冷たいベストは不要である。 - 恒温室で2時間後に、PET-CTスキャナに車椅子被写体を輸送。リラックスした、座りがちな状態で被写体を保つために、ウォーキングから発生する可能性のある「地球温暖化」を最小化するために、車椅子を使用してください。それはおそらく、最小限のでしょうがまた、車椅子を使用すると、骨格筋にPETトレーサーのいずれかの取り込みを回避するのに役立ちます。
- PET-CT取得プロトコル
- ディスカバリーSTE PET / CTスキャナーにPET-CTスキャンを取得（STEゼーの略で、エリートを扱う）。
- 仰臥位で最初のスキャナヘッドを入力するようにベッドの上の被写体の位置を決めます。
- 一度、横になって枕にバッグ内部の両腕には同じような主題の場所を持っている、と体のいずれかの側に腕を下げる。これは肩が両方の間に同様の方法で配置されているようにします画像の共同登録が容易になり、MRIとPET / CT検査、。
注：ビューのPET / CTイメージング·フィールドは、被写体の高さに応じて、7-9ベッドの位置の半ば腿に頭の冠からカバー（ベッド位置につき2分）。推奨PET-CTのパラメータを表2に列挙する。
6. MRIポストプロセッシング
- MRIによって測定されたオフラインprocessing.The信号に対する実数と虚数のMR画像を保存し、実数部と虚数部を有する複素数として表すことができる大きさと方向の両方を持つベクトル量である。臨床現場では、強度画像は、一般的に表示されます。しかし、複雑な情報は、脂肪と水の画像に処理するために必要とされる。
- 各個々のスライススタックC ++で実装マルチスケール全体画像最適化アルゴリズム45に基づいて3次元の水/脂肪分離及びR 2 *の推定を行う。脂肪は9ピークを用いてモデル化されている
- 複雑な水 - 脂肪信号モデルに渦電流の潜在的な汚染を避けるために各4エコー列の最初のエコーを捨てる。
7. PET-CTポストプロセッシング
- MATLABにロードCTのDICOMデータとは、データ値にスキャナが提供リスケール値を適用することにより、ハウンスフィールド単位（HU）に変換する。
- MATLABにPET DICOMデータをロードし、次の式を用いて標準化取り込み値（SUV）に変換します。
ここで、「画素値」とは、そのピクセル位置のためのDICOMファイル内に格納された値である。
NOTE：PETトレーサー活性は、放射性核種の総投与量であり、画像のメタデータ（DICOMヘッダファイル）から読み出すことができる。
.jpgの "/> - CTデータと同じ寸法を有するようにPETデータを補間する。
- PETとCT画像は、同じスライス厚で取得されるので、XY平面内で2次元のスプライン関数を用いた補間を行う。
8.データポストプロセッシング
- 画像を分析するために、社内ですべての3つの次元での登録を確認するために、3平面図のソフトウェアを開発して半自動メソッドを介して剛体レジストレーションアルゴリズム47を使用して、各被験者のためのすべての4の画像-ボリュームを共同登録。
- すべての4つの時点間で画像全体のボリュームを登録すると難しさのために、肺の頂点に首を覆う領域に登録を集中する。さらにデータ処理にのみ正常に登録リージョンを使用してください。
- 画像レジストレーションに続いて、MATLABにFWMRI、CT HUとPET SUVデータをロードして、関心のBAT領域を定義するために使用する。
注：以前に公共エリアと同様に（1）HU値の範囲である：ished方法BATマスクの一部と見なされるため、PET SUV及びCT HU値を使用してBATを区別19,25,48、画像内の各ボクセルは、以下が満たさなければならない-200 <HU <-1、両方の寒さと暖かいCTスキャン上で、 （2）SUV寒いPET上> 2.0スキャン。 （3）SUV信号分率[（コールドSUV）/（コールドSUV +ウォームSUV）]> 0.55、 すなわち 、そのボクセルにSUV信号観察合計の55％以上を生成する必要があります冷たいPETスキャン。 （4）のみ大津の方法49は、前景の画素を分類するために使用されるMRIスキャン、前景ピクセルを含む。 - ボクセルがすべてのこれらの基準を満たした場合は、BATのアイデンティティのバイナリマスクのボクセルが含まれています。
- 以下のバイナリ形態学の手順を適用します。
- 画像が処理されているようなマトリックスと同じサイズを作成します。新しい行列の各空間的位置は、対角線を含むバイナリBATマスク内のすべての隣接している隣人、の3D合計です。最大のSUM 26です。
- しきい値15以上の3D隣人との唯一の場所を含めるには、この新しい行列。このマトリックスは、最終的なバイナリBATマスクを形成する。
注：これらの規則はセグメントBAT組織に十分であり、マスクへのさらなる変更は、非BATのボクセルを除去するのに必要ではない。これは、PET-CTのスライスごとマスクが共同登録された肩領域でBATを確認した形成している。
- 両方の寒さと暖かいスキャンに対して、BAT領域におけるSUV、HU、脂肪信号画分（FSF）とR 2 *値を取得するために、すべての共同登録された画像にマスクを適用します。
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Representative Results
（CA）は、PET-CTやMRI、同じ被写体にMRIやPET-CTスキャンの両方を取得し、すべてのスキャンに共同登録を実行すると、BATの定量的MRI測定基準の信頼性の高い測定を可能にします。 図1は未処理（TN）暖かく寒さを示しています1被験者からスキャンします。 TNおよびCA PET-CTデータの両方を取得することによって、それは明らかに増加した18 F-FDG取り込みによってコールド活性化BATデポを区別することが可能である。同時登録全て4回の走査（図2及び3）した後、それは、 図4に示すようにPET-CT画像から導出さの基準を用いて被験者固有のBATマスクを作成することができる。このマスクは、4つに適用することができ共同登録されたスキャンは、BATデポの画像メトリックを取得する。一人の被験者からの代表的な値を表1に表示されている。
図逆グレースケールでペット最大強度投影（MIP）を示す一つの主題をスキャン（CA）暖かい（TN）とコールド1.冠状画像、PET / CTオーバーレイ、CT、およびMRI脂肪信号画分（FSF）。活性化した褐色脂肪組織を示すだけでなく、CA PET MIPスキャン上の脊柱ダウン鎖骨地域で増加した18 F-FDGの取り込み（赤い矢印）に注意してください。 CA、CT画像上の点線の赤いラインが鎖骨領域をさらに分析することを示している。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図2.鎖骨レベルの軸方向のスライス、登録後ザは、CA PETスキャン（白矢印）で見られる18 F-FDGの取り込みを増加させ、Sで発生しますCTハウンズフィールド単位値によって決定されるように、脂肪組織のupraclavicular領域。この領域でのMRI脂肪信号画分（FSF）は、先行研究と同様の百分の50から80までの範囲で収まる。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
登録ステップを示す、図3のフロー· チャート。（A）、画像は全て同一の画像空間に登録されている。登録に続いて、すべての4つの画像は、BATマスク作成（B）で使用される。
BATマスクを生成するための基準を示す図4.バイナリイメージは。CONSIDされるためにスライスごとに基づいて決定としてのBATマスクの一部をエレド、画像内の各ボクセルは、これらの4ルールを満たす必要があります。ボクセルがすべてのこれらの基準を満たした場合は、BATのアイデンティティのバイナリマスクに含まれている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
| 画像検査法 | 値： | ||
| 95％CI平均± | |||
| 温熱CT [HU] | -68.62±9.35 | ||
| コールド·活性化CT [HU] | -55.04±7.72 | ||
| 温熱PET [SUV] | 0.52±0.05 | ||
| コールド·活性化PET [SUV] | 7.15±1.16 | ||
| 温熱FSF [％] | 41.62±5.04 | コールド·活性化FSF [％] | 47.76±5.15 |
| 温熱R2 * [1 /秒] | 128.22±19.48 | ||
| コールド·活性化R2 * [1 /秒] | 101.27±24.92 |
表1.数値は、一人の被験者のための冷活性化し、温熱スキャンの両方から（95％信頼区間を意味する）。
| パラメーター | 推薦 | |||
| 一般的な | シーケンスタイプ | マルチエコー高速フィールドエコー（mFFE） | ||
| RF送信コイル | 直交ボディ | |||
| 受信コイル | ||||
| 総スキャン時間（分：秒） | 午前0時25分（表駅あたり） | |||
| 幾何学 | マルチ送信 | はい | ||
| 解剖平面 | 横断する | |||
| スライスの数 | 20 | |||
| スライス厚さ（mm） | 7.5 | |||
| スライス間ギャップ（mm）の | 0 | |||
| 獲得したマトリックス | 260 X 204 | |||
| 復興行列 | 288 | |||
| 視野（mm）の | 520 X 408 | |||
| 再構築されたボクセルサイズ（mm） | 1.81 X 1.82×7.5 | |||
| SENSE | はい | |||
| P減少（AP） | 3 | |||
| スライススキャン順序 | 登る | |||
| 折り返し方向 | 前後方向の | |||
| 脂肪シフト方向 | 左 | |||
| コントラスト | スキャンモード | マルチスライス | ||
| 繰り返し時間（ミリ秒） | 83 | |||
| エコーズ | 4 | |||
| インターリーブmFFE | はい | |||
| インターリーブ数 | 2 | |||
| （最初の）エコー時間（ミリ秒） | 1.023 | |||
| エコー時間間隔（ミリ秒） | 1.559 | |||
| 効果的なインターリーブされたエコー時間（ms） | 0.7793 | |||
| 励起フリップ角（°） | 12 | |||
| RFシミング | アダプティブ | |||
| 信号収集 | パラレルイメージング | SENSEファクタ= 3 | ||
| 部分的なフーリエ | ノー | |||
| 帯域幅/ピクセル（ヘルツ/ピクセル） | 1346.1 | |||
脂肪-水MRI（FWMRI）取得のために使用される表2.パラメータ。
| パラメーター | 推薦 |
| 取得モード | ヘリカル |
| データ収集径（mm） | 500 |
| 復興径（mm） | 700 |
| 露出時間（秒） | 873 |
| 畳み込みカーネル | スタンダード |
| 回転時間（秒） | 0.8 |
| シングル視準幅（mm）の | 1.25 |
| スパイラルピッチファクター | 1.675 |
| 視野 - CT | 512×512 |
| 視野 - PET | 128×128 |
| スライス厚さ（mm） | 3.75 |
| 再構築されたボクセルサイズ（MM） - CT | 1.37 X 1.37 X 3.75 |
| 再構築されたボクセルサイズ（MM） - PET | 5.47 X 5.47 X 3.75 |
| SLIの総数CES | 299から335 |
PET-CT画像の取得のために使用される表3のパラメータ。
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Discussion
記載した試験プロトコルは、特定の対象に基づいて自動的にセグメントBATデポ温熱および寒冷活性化の両方のPET / CTを使用するように設計されている。関心のあるこれらの自動的に生成された領域は、その後、同じ被験者のPET / CTスキャンに同時登録されている両方の温熱および寒冷活性化MRIスキャンに適用することができる。我々の知る限り、これは同じ健康成人のボランティアでの温熱と寒冷活性化条件の後に、MRIとPET / CTの両方を実行するための最初の研究です。ここで説明する手順は、それぞれの日に行わ1撮像セッションで、4の訪問を必要とします。この方法を用いてさらに分析により、それは、関心のあるPET-確認領域を用いて成人における褐色脂肪組織の正確なMRI特性を決定することが可能である。これは、潜在的にのみMRIを使用して、ヒトにおけるBATを検出および定量化するために将来の研究を可能にする。虚部の現在のデファクトのゴールドスタンダードであるPETとは異なり、BAT、放射線被ばくを回避するMRIを用いた画像BATする能力をる。小児を対象とするBATのさらに、MRIベースの研究だけでなく、縦の研究では、放射線被曝を伴わないだろう。 BATは、より頻繁にリーン個体で観察され、逆に他のメタボリックシンドローム指標と相関するので、BAT質量およびまたは活性を増加させることは、肥満3,6,8,9,11,48,50,51を打ち消す可能性がある。したがって、非侵襲的にBATを検出し、定量する能力は、BATが肥満や代謝に果たす役割をよりよく理解につながる可能性があります。将来のMRIベースのアプローチは、介入を評価するために長期的な研究に使用することができる例えば 、薬理学的、栄養、またはBATの量または活性を増加させるために使用される物理的な活動に基づく。
このプロトコルの重要なステップの一つは、イメージングボリュームの正確な位置合わせを得ることである。これは、画像の位置合わせを介して行われ、そのBAT RO生産されている。したがって、画像レジストレーションが重要です。 PET画像における18 F-FDGの取り込みによるMRIと比較して、PETイメージングの比較的大きなボクセルサイズに拡散しているため、それはBATのROIマスクを作成する際にPET SUVとCT HU両方の値を使用することが重要である。また、温熱および寒冷活性化状態の両方からのデータを用いることにより、温熱条件と比較して55％以上の取り込みを有するコールド活性化スキャンで18 F-FDG摂取の領域を定義することが可能である。このSUV信号分ルールは両方の寒さと温熱スキャンで同様に高いSUVと組織を除去する必要がある。これは温熱スキャンのように、18 F-FDGの取り込みのほぼ等しいレベルのコールド活性化スキャンの領域が無視されるようにのみ、BAT領域を含むように制限BAT ROIマスクをするのに役立ちます。また、15画素の近傍ルールを使用してBATネイバーの大部分を有する領域を捕捉することを意図している。トレードオフがあることです。潜在的にBATでないスプリアスボクセルを残したまま、低い数字は、エッジを小領域を排除し、侵食回避し、そして高い数字は、境界を侵食し、小さなBAT領域を除去することができます。この方法は、褐色脂肪組織のマスクを生成するが、それは正確に完全BAT量を捕捉するために主張しない。
この研究計画書への欠点の一つは、温暖化や被験者の冷却の両方に「フリーサイズ」アプローチです。今後は、各対象について、非震え熱産生を最大にするため、BAT活性化を最大にするために、より個別化されたアプローチを使用することから利益を得るであろう。また、温熱条件の対象を加熱するBATは、個別ベースではもはやアクティブ状態であることを保証しない、件名固有の温度を使用することから利益を得ることができる。個別冷却プロトコルを使用する利点は、ファンデランスらによる最近の刊行物で強調された。52、およびこのプロトコルを改善するための重要な潜在的な変形例である。さらに、このプロトコルには存在しないが女性対象における月経周期の状態を決定するために行われない試みがなかったことである。これは簡単に将来の研究で補正することができた。
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MRI | Philips | Achieva 3T | |
| MRI Torso-XL coil | Philips | Philips SENSE XL Torso coil 16-elements | |
| MRI X-tend Table | X-Tend | X-tend table, Acieva 3T compatible | |
| X-tend armsupport | X-Tend | X-tend, accessories | |
| X-tend fabricsling | X-Tend | X-tend, accessories | |
| PET/CT | GE | Discovery STE | |
| Portable A/C Unit | Soleus Air | XL-140, 14000 BTU | |
| Floor fan | Lasko Pedestal Fan | 2527 | |
| Portable Heater | Lasko Ceramic Air | 5536 | |
| Chair | Winco Lifecare Recliner | 585 | |
| Sublingual Thermometer | WelchAllyn | SureTemp Plus 690 | |
| Cold vest | Polar Products | Cool58 #PCVZ | |
| Thermal IR Camera | FLUKE | TIR-125 |
References
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