Summary
O método aqui apresentado utiliza 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) tomografia por emissão de pósitrons / tomografia computadorizada (PET-CT) e água gordura separada ressonância magnética (MRI), cada digitalizada seguinte 2 exposição hr para termoneutro (24 ° C ) e condições de frio (17 ° C), a fim de mapear tecido adiposo castanho (BAT) em seres humanos adultos.
Abstract
Reliably diferenciação entre tecido adiposo marrom (BAT) de outros tecidos utilizando um método de imagem não-invasivo é um passo importante para estudar BAT em seres humanos. Detectando BAT é tipicamente confirmada pela captação do marcador radioativo injetado 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) em depósitos de tecido adiposo, medida pela tomografia por emissão de pósitrons / tomografia computadorizada (PET-CT) scans depois de expor o assunto ao estímulo frio . -Água gordura separada ressonância magnética (MRI) tem a capacidade de distinguir MTD sem a utilização de um marcador radioactivo. Até à data, a RM de BAT em humanos adultos não tem sido co-registradas com frio ativado PET-CT. Portanto, este protocolo utiliza 18 scans F-FDG PET-CT para gerar automaticamente uma máscara BAT, que é então aplicada a co-registrada exames de ressonância magnética do mesmo assunto. Esta abordagem permite a medição de propriedades de ressonância magnética quantitativos da BAT sem segmentação manual. Máscaras MTD são criados a partir de dois PEScans t-CT: após exposição durante 2 h, quer termicamente neutro (TN) (24 ° C) ou a frio activado (AC) (17 ° C) condições. Os TN e CA PET-CT scans são registrados, e os valores de PET captação padronizado e CT Hounsfield são usados para criar uma máscara contendo apenas BAT. CA e TN ressonância magnética também são adquiridos sobre o mesmo assunto e registrado para os exames PET-CT, a fim de estabelecer as propriedades de ressonância magnética quantitativas dentro da máscara BAT automaticamente definida. Uma vantagem dessa abordagem é que a segmentação é totalmente automatizado e é baseado em métodos aceitos para identificação de BAT ativado (PET-CT). As propriedades de ressonância magnética quantitativos da BAT estabelecida utilizando este protocolo pode servir como base para uma ressonância magnética somente exame BAT que evita a radiação associada com PET-CT.
Introduction
Devido ao aumento acentuado da obesidade em todo o mundo, há um aumento do interesse em áreas de pesquisa voltados à compreensão balanço energético. A obesidade pode resultar em condições médicas caras e devastadoras, como a diabetes, doenças do fígado, doenças cardiovasculares e câncer, tornando-se uma área significativa de preocupação para a saúde pública 1. Uma área de pesquisa tem como objetivo compreender o equilíbrio da ingestão de energia versus gasto energético é o estudo do tecido adiposo marrom ou BAT. Embora denominado um tecido adiposo, BAT difere do tecido branco adiposo mais comum (WAT) em muitos aspectos 2. A função de adipócitos brancos é armazenar triglicéridos em uma única grande vacúolo lipídico por célula, e para libertar estes triglicerídeos como uma fonte de energia para a corrente sanguínea quando necessário. De uma forma muito diferente, a função de adipócitos castanhos é produzir calor. Um mecanismo pelo qual isso ocorre é através da exposição ao frio. Isto provoca um aumento no sympathetic atividade do sistema nervoso, que por sua vez ativa BAT. Quando activados, os adipócitos castanhos gerar calor. Para isso, eles usam os triglicéridos contidos em muitos vacúolos pequenos lipídicos por célula, e por meio da presença de desacoplamento da proteína 1 (UCP1) na mitocôndria abundante, converter os triglicéridos de substratos metabólicos, sem a produção de ATP, resultando em perda entrópica como a geração de calor. Como os triglicéridos armazenados nos vacúolos pequenos lipídicos estão esgotados, o adipócitos leva-se a glicose e triglicéridos presentes na corrente sanguínea 3.
O interesse em estudar BAT aumentou dramaticamente nos últimos anos devido à sua contribuição para a termogênese sem calafrios, o seu papel na modulação do gasto energético do corpo, e a relação inversa entre o potencial BAT e obesidade 3-9. Além disso, estudos recentes em animais indicam BAT desempenha um papel crítico na compensação triglicérides e glicose from na corrente sanguínea, especialmente após a ingestão de uma refeição rica em gordura 10,11. No entanto, a maior parte do que sabemos sobre BAT é resultado de uma pesquisa em pequenos mamíferos, que contêm muitos depósitos de BAT 4,9,12 - 15. Não obstante alguns estudos iniciais de 16-18, a presença da BAT em humanos foi amplamente pensado para diminuir com a idade, até recentemente, quando o interesse em estudar BAT humano foi renovado. Pesquisas recentes sugerem que quantidades relativamente pequenas de BAT persistir na idade adulta 19-24. Um fator limitante adicional para estudar BAT é que além de biópsia e coloração histológica, o método inequívoco atualmente aceito para detectar BAT é de 18 F-fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) a tomografia por emissão de pósitrons (PET). Scanners PET modernos são normalmente combinada com um scanner de tomografia computadorizada (TC). Quando ativado por exposição ao frio, BAT ocupa o 18 18F-FDG quando MTD é 20,21,23,25 inactivo. CT imagens adquiridas durante um exame de PET em um PET-CT do scanner ajuda a diferenciar entre os tecidos com alta de 18 F-FDG, fornecendo informações anatômicas. Este uso de PET-CT imagem expõe o indivíduo a radiação ionizante (predominantemente a partir de PET, embora a dose do TC não é negligenciável), e é, portanto, um método desejável para a detecção de MTD.
Embora o número de estudos sobre BAT em humanos adultos saudáveis está aumentando, estudos recentes de BAT humano principalmente têm sido limitados a retrospectiva PET-CT estuda 19,25, cadáveres humanos 26,27 infantis, adolescentes humanos que já foram internados em hospitais para outras razões 27-30, e alguns estudos em humanos de adultos saudáveis31-35. Um dos desafios com ambos os estudos das crianças e dos estudos retrospectivos é a possibilidade de resultados alterados quando se estuda uma população paciente que está doente, o que pode afetar BAT. Além disso, porque a glicose não é a fonte de combustível preferido de BAT 36, estudos de PET pode nem sempre detectar BAT ativado e, portanto, pode sub-representar a presença de BAT. Outra dificuldade em estudar BAT com imagens biomédicas está relacionada com a realização de segmentação de imagem para definir os limites de depósitos de tecido. Atualmente, a segmentação da BAT em estudos humanos muitas vezes se baseia em algum grau de segmentação de imagem manual e é, portanto, vulnerável a erros de identificação de depósitos MTD, bem como a variabilidade inter-observador.
Devido a estes desafios, técnicas de mapeamento espaciais fiáveis que podem distinguir BAT a partir de distribuições Wat, juntamente com métodos de segmentação automatizados, iria fornecer aos investigadores com um novo e poderoso paraol com que estudar BAT. A ressonância magnética (MRI) tem a capacidade de identificação, mapeamento espacial, e quantificação volumétrica de BAT, e ao contrário de abordagens de imagem existentes híbridos PET-CT, que incluem uma dose radioactiva para o assunto com imagens, a RM não envolve radiação ionizante e pode ser usado com segurança e repetidamente. A capacidade de identificar e quantificar BAT usando ressonância magnética pode ter um impacto positivo dramático em endocrinologia clínica e à busca de novos caminhos de pesquisa da obesidade. -Água gordura Anterior RM (FWMRI) estudos de MTD em ratos e em humanos mostram que a gordura-sinal-fracção (FSF) de MTD é na gama de 40-80% de gordura, enquanto que WAT é acima de 90% de gordura 15,26 , 27. Por conseguinte, a hipótese de que esta FWMRI métrica quantitativa, em conjunto com outras métricas quantitativas MRI, pode ser utilizado em trabalhos futuros para visualizar e quantificar depósitos MTD em seres humanos. Isso proporcionaria a comunidade de pesquisa com uma ferramenta poderosa para estudar a influência da BAT em atendidasabolism e gasto de energia sem o uso de radiação ionizante.
Nosso grupo de pesquisa vem estudando BAT em humanos adultos, nos últimos três anos. Nossa primeira apresentação pública sobre o uso de ressonância magnética para investigar suspeitas de BAT no sujeito humano um adulto ocorreu em fevereiro de 2012, a Sociedade Internacional de Ressonância Magnética na Oficina Medicine (ISMRM) Separação Fat-água em Long Beach, California 37. Dois meses mais tarde, o nosso grupo apresentou valores FSF na suspeita de BAT em dois adultos no 20º encontro anual da ISMRM em abril de 2012, em Melbourne, Austrália 38. Um ano depois, no 21º encontro anual da ISMRM em abril de 2013, em Salt Lake City, Utah, o protocolo descrito neste manuscrito foi utilizado para o primeiro (com o melhor de nosso conhecimento) apresentação pública do MRI quantificação do PET-confirmado BAT no ser humano adulto 39 indivíduos. Especificamente, apresentou provas de que o previously suspeita BAT foi confirmado para ser BAT activatable usando tanto frio ativado e thermoneutral imaging 18 F-FDG PET-CT. Desde 2013, o nosso grupo de seres humanos adultos saudáveis fotografada com tanto ressonância magnética e PET / CT em conforto térmico e frio ativado se expandiu para mais de 20 indivíduos com resultados mais recentemente apresentado em Fevereiro de 2014, o workshop "Explorando o papel da gordura Brown em seres humanos ", patrocinado pelo NIH NIDDK 40. Especificamente, nós informamos FWMRI FSF e R2 * propriedades de relaxamento nas regiões de BAT supraclavicular confirmados por 18 F-FDG PET-CT em humanos adultos, com as ROIs MTD delineado usando algoritmos de segmentação automatizados com base no frio ativado e thermoneutral PET-CT scans. Mais recentemente, apresentou os resultados de mapeamento de temperatura em 18 F-FDG PET-CT confirmado BAT em humanos adultos que usam avançado FWMRI termometria 41,42.
O procedimento aqui apresentado adquirirs tanto MRI e 18 F-FDG PET-CT scans sobre o mesmo assunto, cada um após a exposição a ambas as condições frias ativados e termoneutras. Os 18 scans F-FDG PET-CT frio ativado e termoneutras são usados para criar regiões segmentadas automaticamente MTD de interesse (ROI), em uma base específica assunto. Estas ROIs MTD são então aplicadas aos exames de ressonância magnética co-registrada para medir as propriedades de ressonância magnética no PET-CT confirmado BAT.
Uma limitação deste protocolo é que a temperatura do ar usado ao expor assuntos, quer o estímulo quente ou fria é consistente para cada assunto. Esta é uma limitação, porque a temperatura à qual cada sujeito experimenta sensação de calor refrigerados ou pode ser diferente. Portanto, pela execução de uma sessão de ensaio durante o qual a temperatura do ar é ajustado de acordo com a resposta do indivíduo, e, em seguida, utilizando estas temperaturas durante os protocolos termoneutras e-activação frio, pode ser possível obter melhores respostasa partir do tecido adiposo castanho.
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Protocol
NOTA: O comitê de ética local deste instituto aprovou este estudo, e todos os assuntos previstos consentimento informado por escrito antes da participação. Para ser elegível para o estudo, os indivíduos devem preencher os seguintes requisitos: diabetes mellitus não conhecidos; sem o uso de beta-bloqueadores ou medicamentos ansiedade, actualmente ou no passado; não fumar ou mastigar tabaco, actualmente ou no passado; não mais do que 4 chávenas de cafeína todos os dias; não mais do que dois copos de álcool cada dia; e, se for mulher, não está grávida ou a amamentar.
NOTA: Neste estudo, cada participante passa por quatro exames: dois MRI e dois PET-CT. Cada exame é adquirido em um dia diferente, com cada modalidade de imagem realizado sob tanto thermoneutral 24,5 ± 0,7 ° C (76,2 ± 1,3 ° F), e frio 17,4 ± 0,5 ° C (63,4 ± 0,9 ° F) Condições. Os exames não são programadas em qualquer sequência particular, ajudando a minimizar qualquer viés potencial para os dados devido a aquecimento ou arrefecimentoo sujeito em uma ordem específica. A dose de radiação efetiva total para uma varredura PET-CT é de 6,4 mSv (millisievert), e o radiologista na equipe recomenda um período de lavagem de pelo menos 24 horas entre cada digitalização.
1. Preocupações Geral MRI Segurança e Imagem
- Porque o campo magnético principal em aparelhos de ressonância magnética está sempre ligado, ter o cuidado de garantir a segurança do paciente e todas as pessoas que trabalham na área do MR. Limpe todos os objetos magnéticos de o assunto e todas as pessoas que trabalham na área.
- Peça assuntos durante a fase de recrutamento caso tenham qualquer metal em seus corpos 43. Além disso, tem o tema concluir um processo de triagem de segurança magnética 44 para garantir que qualquer metal no corpo é aprovado para ressonância magnética. Esta verificação inicial pode ajudar a eliminar a possibilidade de consentir um sujeito que não pode concluir o exame de ressonância magnética.
- Além disso, se houver qualquer metal no corpo do sujeito, o que é compatível com a RM, assegurar thpara o metal não está perto do tecido de interesse. Isso ocorre porque o metal pode causar artefatos de distorção de imagem, o que fará a análise difícil, se não impossível.
2. Obtenção de Consentimento Livre e Esclarecido
- Reúna-se com o assunto para obter o consentimento informado por escrito. Durante esta reunião, cobrir todos os detalhes do estudo, por exemplo: o número de visitas, o compromisso de tempo por visita, quais são os requisitos do sujeito em relação a limitações ao exercício e / ou comida, o que o sujeito pode e não pode fazer durante o visita (como o sono), e quaisquer outros detalhes. Use esta reunião para agendar as visitas para a digitalização, como é geralmente mais fácil de marcar estes em pessoa ao invés de usar vários e-mails.
3. Procedimentos antes da visita
- Instruções para o Assunto
- Para 24 horas antes de chegar para o estudo, tem o refrão assunto a partir de álcool, cafeína, medicamentos ou qualquer exercício extenuante ou atoivity.
- Instrua o sujeito a rápida e para evitar qualquer ingestão calórica durante 8 horas antes de chegar para o estudo. Os assuntos são autorizados a beber água.
- Entrando em contato com Voluntário
- Relembre o voluntário das instruções específicas do dia antes do início da sua preparação 24 hr. Isso serve tanto como um lembrete da digitalização, bem como ajuda a garantir que o assunto se lembra suas restrições, (ie., Não comer, nenhum exercício, sem álcool, etc.).
4. Procedimento no dia de estudo - para MRI
- Com temperatura controlada Preparação quarto
- Utilize uma pequena sala como a sala de temperatura controlada, onde o sujeito está exposto à temperatura desejada.
NOTA: Ao usar uma pequena sala, é possível minimizar os gradientes de temperatura no quarto. Por exemplo, o tamanho do quarto usado aqui é de 7 "x 6" 8 "x 8" de altura, (373,33 pés cúbicos). - Prepare oquarto, pelo menos, 60 min antes do objecto que entra no ambiente, para permitir tempo suficiente para a sala de atingir uma temperatura estável.
- Manter a RT ou com um aparelho de ar condicionado portátil e um ventilador de chão girando para manter o ar frio que circula, ou usando um aquecedor portátil programável, que oscila para circular o ar quente ao redor da sala.
- Desativar ou minimizar qualquer termostato existente controle de ar condicionado ou de aquecimento da sala para evitar conflito com o alvo desejado RT dos dispositivos portáteis.
- Utilize uma pequena sala como a sala de temperatura controlada, onde o sujeito está exposto à temperatura desejada.
- Antes de entrar sala com temperatura controlada
- Já a mudança de assunto em calções médicos padrão e camisa. Remover meias e sapatos. Se o assunto é do sexo feminino, permitir o uso de um sutiã esportivo que não contém qualquer metal.
- Medir a altura, peso e circunferência da cintura da pessoa depois de mudar para a roupa padrão.
- Medir a temperatura do corpo usin do sujeitoga termômetro sublingual.
- Na sala com temperatura controlada
- Direcionar o sujeito a entrar na sala de controlo de temperatura. Peça à pessoa para sentar em silêncio e não realizar qualquer atividade que poderia mudar a temperatura do corpo, por exemplo., Exercendo, digitando ou adormecer.
- Depois de se sentar na sala para 1 hora, medir a temperatura do corpo novamente usando um termômetro sublingual.
- Após a segunda hora de sentar-se na sala de controlo de temperatura, medir a temperatura do corpo novamente usando um termômetro sublingual.
- No dia MRI quando o sujeito está sentado na sala de frio, use um colete de frio para manter um ambiente frio, enquanto o assunto é transportado para o scanner de ressonância magnética. Inserir o colete frio no sujeito antes do sujeito para deixar a sala de temperatura controlada.
- Depois de 2 horas na sala de controlo de temperatura, transportar o assunto em uma cadeira de rodas para o scanner de ressonância magnética. Use a cadeira de rodas para manter o assunto em uma relaxed, estado sedentário, e para minimizar qualquer "aquecimento" que pode ocorrer a partir de caminhar. Além disso, na cadeira de rodas ajuda a evitar qualquer absorção do marcador PET para os músculos esqueléticos, embora provavelmente seria mínimo.
- MRI Aquisição Protocol
- Adquirir ressonância magnética usando um scanner de 3T equipado com capacidade de transmissão paralela de dois canais, um extra-grande torso de 16 canais receber bobina, e uma mesa modificado.
- Pendure a porção anterior do torso receber bobina a partir do topo do furo do scanner em um estilingue tecido. Permitir que a linga para pendurar baixo o suficiente para deslizar contra o corpo do paciente, de modo a maximizar a relação sinal-para-ruído (SNR).
- Coloque a parte posterior do tronco receber bobina em um rolamento "coil wagon" ensanduichado entre duas camadas da mesa. Como o quadro se move através do furo scanner, segure o vagão bobina no isocentro por correias ligadas ao scanner cobre na parte da frente e de trás do tele escâner furo de modo que o elemento bobina posterior permanece estacionário.
- Posicione o assunto na cama para entrar nos pés de scanner pela primeira vez em uma posição supina.
- Se a pessoa está vestindo o colete fria, retirar o colete antes do sujeito deitado.
- Uma vez deitado, ter o lugar sujeito ambos os braços dentro de um saco semelhante a uma fronha, e baixar os braços para os lados do corpo. Isto ajuda a assegurar que os ombros estão posicionados de um modo semelhante tanto durante a MRI e PET / CT exames, o que faz com que o co-registo de imagem mais fácil.
NOTA: Permitir que o sujeito a se deitar na mesa do scanner naturalmente, usando a mesma quantidade de amortecimento sob a cabeça durante cada varredura, e usando o saco fronha para apoiar os braços, tudo ajuda a minimizar as diferenças entre o posicionamento assunto entre as varreduras. Qualquer apoio utilizado para o assunto durante uma varredura, por exemplo, um travesseiro sob os joelhos ou parte inferior das costas, deve sempre ser usado da mesma maneira para thno assunto, tanto durante a ressonância magnética e PET / CT scans. - Adquirir MRI-água gordura (FWMRI) usando um multi-stack, multi-slice, múltiplos eco campo rápido (mFFE) aquisição com 7 pilhas de 20 cortes axiais, abrangendo desde o topo da cabeça para coxa. Fatias são contíguos com um fosso 0 milímetros entre fatias.
- Recolha FWMRI digitaliza usando software personalizado para permitir a aquisição de 8 ecos adquiridos como dois conjuntos intercalados de quatro ecos com TR = 83 ms, TE 1 = 1.024 ms e ΔTE eficaz = 0,779 ms. Outros detalhes do protocolo de aquisição incluem: flip angle = 20º, o deslocamento de gordura água = 0,323 pixels, a largura de banda de amostragem leitura = 1346,1 Hz / pixel, axial campo no plano de vista = 520 milímetros × 408 milímetros, tamanho do voxel adquirido = 2 mm x 2 milímetros x 7,5 mm, e codificação de sensibilidade (SENSE) fator de imagens paralelas = 3 (direção posterior anterior). Fases de preparação para cada estação incluem freqüência central (F 0) e otimização primeiro shimming ordem linear. Acquisitino tempo é de 27,8 seg para 20 fatias.
- Realize respiração vale para estações cobrindo a pelve para os ombros com dois respiração detém por estação, ie., Não espera a respiração é mais do que 14 segundos. Em cada posição da tabela, adquirir um ângulo B 1 varredura calibração dual (tempo de aquisição de 15,1 seg) para permitir RF otimizado shimming (RF amplitude relativa e ajustes de fase) para a capacidade de transmissão de dois canais do scanner.
- Adquirir uma varredura referência SENSE em cada posição da tabela com um tempo de aquisição de 12,1 seg. FWMRI parâmetros recomendados são listados na Tabela 1.
5. Procedimento no dia de estudo - para PET-CT
- Com temperatura controlada Preparação quarto
- Utilize uma pequena sala como a sala de temperatura controlada, onde o sujeito está exposto à temperatura desejada.
NOTA: Ao usar uma pequena sala, é possível minimizar os gradientes de temperatura no quarto. Fou exemplo, o tamanho do quarto usado aqui é 7 "x 6" 8 "x 8" de altura, (373,33 pés cúbicos). - Prepare o ambiente, pelo menos, 60 min antes do objecto que entra no ambiente, para permitir tempo suficiente para a sala de atingir uma temperatura estável.
- Manter a temperatura ambiente, quer com uma unidade de ar condicionado portátil e um ventilador de chão rotativo para manter o ar frio circula para atingir a temperatura do estímulo frio, ou usando um aquecedor portátil oscaillating para manter a temperatura térmica.
- Desativar ou minimizar qualquer termostato existente controle de ar condicionado ou de aquecimento da sala para evitar conflito com o alvo desejado RT dos dispositivos portáteis.
- Utilize uma pequena sala como a sala de temperatura controlada, onde o sujeito está exposto à temperatura desejada.
- Preparação Assunto
- Direcionar o assunto para a suíte de imagem PET para ter uma porta IV colocado em uma mão ou braço veia. Esta porta IV permite que o técnico de radiologia para injetar o radiofármaco mais tarde, quando o sujeito está sentado na sala de controlo de temperatura.
- EUf o assunto é do sexo feminino, realizar um teste de gravidez no soro sanguíneo para garantir que ela não está grávida.
NOTA: Para este estudo, o conselho de revisão interna exige um teste de gravidez a menos de 24 horas antes do PET / TC a ser adquirido.
- Antes de entrar sala com temperatura controlada
- Já a mudança de assunto em calções médicos padrão e camisa. Remover meias e sapatos. Se o assunto é do sexo feminino, permitir o uso de um sutiã esportivo que não contém qualquer metal.
- Medir a altura, peso e circunferência da cintura da pessoa depois de mudar para a roupa padrão.
- Medir a temperatura do corpo do sujeito usando um termômetro sublingual.
- Na sala com temperatura controlada
- Direcionar o sujeito a entrar na sala de controlo de temperatura. Peça à pessoa para sentar em silêncio e não realizar qualquer atividade que poderia mudar a temperatura do corpo, por exemplo, fazer exercícios, digitação, ou adormecer. Depois de se sentar na sala para 1 hora, medir a temperatura do corpo novamente usando um termômetro sublingual.
- Sobre o PET-CT dias de verificação, após a primeira hora na sala de temperatura controlada, tem um técnico de radiologia administrar a injecção de Fluorodeoxiglicose (18F-FDG) através da porta de IV. Injetar 0,14 mCi / kg (aproximadamente 10 mCi de 70 kg assunto) de 18 F-FDG. Calcule dosagem exata com base no peso específico assunto.
- Após a segunda hora de sentar-se na sala de controlo de temperatura, medir a temperatura do corpo novamente usando um termômetro sublingual.
NOTA: Ao contrário dos dias frios de ressonância magnética, o uso do colete frio é desnecessário em dias frios PET-CT, porque o marcador 18 F-FDG é retomado na BAT ativado durante a injeção hora após marcador. O marcador não vai deixar o tecido mesmo que o assunto se torna quente como ele / ela está sendo transportado para o scanner. Por conseguinte, uma vez que é possível detectar a presença de activated BAT nas imagens PET-CT, mesmo que a BAT não mantêm activas durante o exame PET-CT, o colete de frio não é necessário. - Depois de 2 horas na sala de controlo de temperatura, transportar o assunto em uma cadeira de rodas para o scanner PET-CT. Use a cadeira de rodas para manter o assunto em um estado sedentário relaxado, e para minimizar qualquer "aquecimento" que pode ocorrer a partir de caminhar. Além disso, na cadeira de rodas ajuda a evitar qualquer absorção do marcador PET para os músculos esqueléticos, embora provavelmente seria mínimo.
- PET-CT Aquisição Protocol
- Adquirir scans PET-CT em um scanner Descoberta STE PET / CT (STE significa See e tratar Elite).
- Posicione o assunto na cama para entrar na cabeça do scanner pela primeira vez em uma posição supina.
- Uma vez deitado, ter o lugar sujeito ambos os braços dentro de um saco semelhante a uma fronha, e baixar os braços para os lados do corpo. Isto ajuda a assegurar que os ombros estão posicionados de um modo semelhante durante tantoRessonância magnética e PET / CT exames, o que torna co-registro mais fácil.
NOTA: O campo de imagem PET / CT de vista abrange desde o topo da cabeça para o meio da coxa em 7-9 posições cama, dependendo da altura do assunto (2 min por posição cama). Parâmetros de PET-CT recomendados estão listados na Tabela 2.
6. MRI Pós-Processamento
- Salve as imagens reais e imaginárias de RM para off-line sinal processing.The medido por ressonância magnética é uma grandeza vetorial com tanto magnitude e direção que pode ser representado como um número complexo com partes real e imaginária. No cenário clínico, as imagens de magnitude geralmente são exibidos. No entanto, informações complexas é necessário para processar as imagens em gordura e água.
- Executar separação de água / gordura tridimensional e R2 * estimativa com base em um multi-scale-imagem inteira algoritmo de otimização 45 implementada em C ++ para cada pilha fatia individual. Fat é modelado usando 9 picos
- Rejeitar a primeira eco de cada trem 4-eco para evitar a contaminação potencial das correntes de Foucault no modelo de sinal de gordura água complexa.
7. PET-CT Pós-Processamento
- Carga de dados CT DICOM em MATLAB e converter em unidades Hounsfield (UH), aplicando o valor rescale fornecido pelo scanner para os valores de dados.
- Carga de dados PET DICOM em MATLAB e converter para valores padronizados de captação (SUV), utilizando a seguinte fórmula:
onde "valor de pixel" é o valor armazenado no ficheiro DICOM para essa localização de pixel.
NOTA: A atividade tracer PET é a dose total de radionuclídeos, e pode ser lido a partir da imagem de meta-dados (arquivo cabeçalho DICOM).
.jpg "/> - Interpolar os dados de PET de ter as mesmas dimensões que os dados CT.
- Porque PET e CT imagens são adquiridas com a mesma espessura de corte, realizar interpolação usando uma função de ranhura 2-dimensional no plano XY.
8. Dados Pós-Processamento
- Para analisar as imagens, co-registrar todos os volumes dos 4 por cada sujeito usando um algoritmo de registro corpo rígido 47 através de um método semi-automatizado, com in-house desenvolvido vista software 3-plano para verificar o registo em todas as três dimensões.
- Devido a dificuldades com a registrar todo o volume de imagem em todos os quatro momentos, o foco de registo sobre a região que cobre o pescoço para o ápice dos pulmões. Use apenas a região registrou com sucesso em mais de processamento de dados.
- Após o registro da imagem, carregar FWMRI, CT HU e dados PET SUV em MATLAB e usar para definir regiões MTD de interesse.
NOTA: Semelhante ao anteriormente publmétodos ished 19,25,48 de distinguir BAT usando valores PET e CT SUV HU, para ser considerado parte da máscara BAT, cada voxel na imagem deve satisfazer o seguinte: (1) O valor HU cai na faixa de: -200 <HU <-1, em ambas as tomografias frios e quentes; (2) SUV> 2.0 no PET frio digitalizar; (3) fração de sinal SUV [(Cold SUV) / (Cold SUV + SUV Quente)]> 0,55, ou seja, o PET scan frio deve gerar mais de 55% do total observado sinal SUV em que voxel; e (4) contêm apenas pixels de primeiro plano do exame de ressonância magnética, onde o método de Otsu 49 é usado para classificar pixels do primeiro plano. - Se um voxel cumpre todos estes critérios, inclua o voxel na máscara binária de identidade BAT.
- Aplicar as seguintes etapas morfologia binários.
- Criar uma matriz do mesmo tamanho que as imagens a ser processado. Cada localização espacial na nova matriz é a soma 3D de todos os seus vizinhos adjacentes na máscara BAT binário, incluindo diagonais. O máximo shum é de 26.
- Threshold esta nova matriz para incluir apenas os locais com 15 ou mais vizinhos 3D. Esta matriz, em seguida, faz a máscara definitiva BAT binário.
NOTA: Estas regras são suficientes para tecido BAT segmento, e sem qualquer alteração posterior à máscara é necessário eliminar voxels não-morcego. Isso forma uma máscara fatia-by-slice de PET-CT confirmado BAT na região dos ombros o co-registrado.
- Aplique a máscara para todas as imagens co-registro para adquirir o SUV, HU, fração de gordura sinal (FSF) e R2 * valores nas regiões MTD, para ambos os scans frios e quentes.
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Representative Results
Adquirir tanto de ressonância magnética e PET-CT scans sobre o mesmo assunto, e realizar co-registo em todas as varreduras permite uma medição confiável de métricas quantitativas de ressonância magnética de BAT. A Figura 1 mostra a quente não transformados (TN) e frio (CA) PET-TC e RM scans de um assunto. Com a aquisição de dados tanto TN e CA PET-CT, é possível distinguir claramente os depósitos MTD frio ativado pelo aumento da captação de 18 F-FDG. Após o co-registo de todos os quatro scans (Figura 2 e 3), é possível criar uma máscara de MTD de assunto específico utilizando critérios derivados a partir das imagens de PET-CT, como pode ser visto na Figura 4. Esta máscara pode então ser aplicado às quatro scans co-registro para adquirir métricas de imagem em depósitos de morcego. Os valores representativos de um objecto são apresentados na Tabela 1.
Figura 1. Imagens coronais do warm (TN) e frio (CA) scans para um assunto que mostra a projeção PET intensidade máxima (MIP), em escala de cinza inversa, PET / CT de sobreposição, TC e RM fração de sinal de gordura (FSF). Note-se a um aumento de 18 F-FDG na região clavicular (seta vermelha), bem como ao longo da coluna vertebral sobre o varrimento PET CA MIP, indicando tecido adiposo castanho activado. A linha vermelha tracejada a imagem CA CT on indica a região clavicular a ser analisado mais adiante. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. clavicular de nível fatia axial, pós-registro. O aumento de 18 F-FDG visto no CA PET scan (setas brancas), ocorre no sregião upraclavicular do tecido adiposo como determinado pelos valores unitários CT Hounsfield. A fração de sinal de gordura MRI (FSF) nesta região cai na faixa de 50-80%, similar ao de pesquisas anteriores. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. Os diagramas de fluxo que mostram o passo de registo. (A), no qual as imagens são todos registados para o mesmo espaço de imagem. Após o registo, todas as quatro imagens são utilizadas na criação da máscara MTD (B).
Figura 4. imagens binárias que mostram os critérios para gerar a máscara de morcego. Para ser considrado parte da máscara BAT, cada voxel na imagem deve satisfazer estas quatro regras, conforme determinado em uma base fatia-by-slice. Se um voxel cumpre todos estes critérios, é incluído na máscara binária de identidade BAT. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Método de imagem | Valor: | ||
| A média de ± 95% CI | |||
| Termomeutralidade CT [HU] | -68,62 ± 9,35 | ||
| CT Cold-Ativado [HU] | -55,04 ± 7,72 | ||
| Termomeutralidade PET [SUV] | 0,52 ± 0,05 | ||
| Cold-Activated PET [SUV] | 7,15 ± 1,16 | ||
| Termomeutralidade FSF [%] | 41,62 ± 5,04 | Cold-Activated FSF [%] | 47,76 ± 5,15 |
| Termomeutralidade R2 * [1 / seg] | 128,22 ± 19,48 | ||
| Cold-Activated R2 * [1 / s] | 101,27 ± 24,92 |
Tabela 1. Os valores numéricos (média de 95% de intervalo de confiança) de ambos os scans frio ativados e termoneutras para um assunto.
| Parâmetro | Recomendação | |||
| Geral | Tipo Sequence | Multi-eco rápida Campo Eco (mFFE) | ||
| RF bobina de transmissão | Quadratura-corpo | |||
| Receba bobina | ||||
| Duração da verificação Total (min: seg) | 00:25 (por estação de tabela) | |||
| Geometria | Multi-transmissão | Sim | ||
| Plano anatômico | Transverso | |||
| Número de fatias | 20 | |||
| Espessura de corte (mm) | 7,5 | |||
| Gap Inter-slice (mm) | 0 | |||
| Adquirida Matrix | 260 x 204 | |||
| Matriz de Reconstrução | 288 | |||
| Campo de visão (mm) | 520 x 408 | |||
| Tamanho voxel Reconstructed (mm) | 1,81 x 1,82 x 7,5 | |||
| SENSE | Sim | |||
| Redução P (AP) | 3 | |||
| Slice ordem de pesquisa | Subir | |||
| Dobre-over direção | Ântero-posterior | |||
| Direção de desvio Fat | Esquerda | |||
| Contrastar | Modo de digitalização | Multi-slice | ||
| Tempo de repetição (ms) | 83 | |||
| Echoes | 4 | |||
| Intercalado mFFE | Sim | |||
| Contagem Interleaved | 2 | |||
| Tempo de eco (primeiro) (ms) | 1.023 | |||
| Espaçamento de tempo de eco (ms) | 1.559 | |||
| Tempo efetivo echo intercalada (ms) | 0,7793 | |||
| Ângulo de excitação aleta (°) | 12 | |||
| Shimming RF | Adaptativo | |||
| A aquisição de sinal | Imaging Parallel | Fator SENSE = 3 | ||
| Fourier parcial | Não | |||
| Bandwidth / pixel (Hz / pixel) | 1.346,1 | |||
Tabela 2. Parâmetros utilizados para o MRI-água gordura (FWMRI) aquisição.
| Parâmetro | Recomendação |
| Modo de aquisição | Helicoidal |
| A coleta de dados de diâmetro (mm) | 500 |
| Reconstrução diâmetro (mm) | 700 |
| O tempo de exposição (segundos) | 873 |
| Kernel do Convolution | Padrão |
| Tempo Revolution (sec) | 0,8 |
| Width collimation Individual (mm) | 1,25 |
| Fator campo Spiral | 1.675 |
| Campo de visão - CT | 512 x 512 |
| Campo de visão - PET | 128 x 128 |
| Espessura de corte (mm) | 3,75 |
| Tamanho voxel Reconstructed (mm) - CT | 1,37 x 1,37 x 3,75 |
| Tamanho Reconstructed voxel (mm) - PET | 5,47 x 5,47 x 3,75 |
| Número total de slices | 299-335 |
Tabela 3. Parâmetros utilizados para aquisição de imagem PET-CT.
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Discussion
O protocolo do estudo descrito foi projetado para usar tanto termoneutro e frio ativado PET / CT para automaticamente segmento depósitos de bastão em uma base específica assunto. Estas regiões geradas automaticamente de interesse pode então ser aplicada a ambos os exames de ressonância magnética termoneutras e frios-ativado que foram co-registradas para os exames de PET / CT do mesmo assunto. Para o melhor de nosso conhecimento, esta é a primeira pesquisa para executar tanto ressonância magnética e PET / CT após conforto térmico e frio ativado no mesmo voluntário humano adulto saudável. O procedimento descrito aqui requer quatro visitas, com uma sessão de imagem realizados em cada dia. Através de análises posteriores usando este método, seria possível determinar as propriedades de ressonância magnética precisas de tecido adiposo castanho em seres humanos adultos que utilizam as regiões de PET-confirmados de interesse. Isso permitiria que futuros estudos para detectar e quantificar a BAT em humanos potencialmente usando apenas MRI. Ao contrário do PET, que é o atual padrão ouro defacto de imaging BAT, a capacidade de imagem BAT usando MRI evitaria a exposição à radiação. Estudos Além disso, com base em MRI de BAT envolvendo pacientes pediátricos, bem como estudos longitudinais não envolveria a exposição à radiação. Porque BAT é mais frequentemente observada em indivíduos mais magros e é inversamente correlacionada com outros índices de síndrome metabólica, é possível que o aumento da massa e ou atividade BAT pode contrariar a obesidade 3,6,8,9,11,48,50,51. Portanto, a capacidade para detectar de forma não invasiva e quantificar MTD poderia conduzir a uma melhor compreensão das execuções MTD papel na obesidade e metabolismo. As abordagens baseadas em MRI futuro poderia ser usada em estudos longitudinais para avaliar intervenções, por exemplo., Farmacológica, dietético, ou com base na actividade física, usada para aumentar a quantidade ou actividade de MTD.
Um dos passos críticos deste protocolo é a obtenção de um registro preciso dos volumes de imagem. É por meio do registro das imagens que a BAT ROÉ são produzidos; portanto, registro de imagens é fundamental. Porque 18 F-FDG em imagens de PET é difusa devido ao tamanho relativamente grande voxel de imagem PET relação à RM, é importante o uso de valores tanto PET e CT SUV HU ao criar a máscara ROI BAT. Além disso, usando os dados tanto de condições frias activado termicamente neutro e, é possível definir as regiões de 18F-FDG nas varreduras frio activado que têm mais do que 55% de captação em comparação com as condições termoneutras. Esta regra fração sinal SUV é necessário eliminar os tecidos com um igualmente elevado SUV em ambos os scans e frias termoneutras. Isso ajuda a limitar a máscara ROI BAT para conter apenas as regiões MTD, como as áreas da digitalização cold-ativado com níveis aproximadamente iguais de 18 F-FDG como na verificação thermoneutral são ignorados. Além disso, usando a regra bairro 15-pixel se destina a captar as regiões que têm a maioria dos vizinhos MTD. A desvantagem é quenúmeros baixos irá evitar a eliminação pequenas regiões e corroendo as bordas, enquanto potencialmente deixando voxels espúrias que não são BAT, e números elevados irá corroer as fronteiras e eliminar pequenas regiões MTD. Enquanto este método produz máscaras de tecido adiposo marrom, não tem a pretensão de captar com precisão a quantidade BAT completo.
Uma das desvantagens para este protocolo de pesquisa é o "one-size-fits-all" abordagem para ambos aquecimento e arrefecimento dos assuntos. O trabalho futuro poderá beneficiar com uma abordagem mais individualizada para maximizar a termogênese sem calafrios, e, portanto, maximizar a ativação BAT, para cada sujeito. Além disso, o aquecimento do sujeito a uma condição thermoneutral poderia beneficiar do uso de uma temperatura de assunto específico, assegurando que a BAT não está mais em um estado ativo é de forma individualizada. A vantagem de usar protocolos de resfriamento individualizadas foi enfatizado na recente publicação por van der Lans et al. 52, eé uma modificação potencial chave para melhorar este Protocolo. Além disso, ausente deste protocolo é que não houve tentativas feitas para determinar o status do ciclo menstrual para o gênero feminino. Isto pode ser facilmente corrigida para em estudos futuros.
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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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