Summary
La méthode présentée ici utilise 18 F-fluorodésoxyglucose (18 F-FDG) par émission de positons / tomodensitométrie (TEP-TDM) et l'imagerie graisse eau séparée résonance magnétique (IRM), chaque numérisé suivante 2 exposition h à thermoneutre (24 ° C ) et froid (17 ° C) dans le but de cartographier le tissu adipeux brun (BAT) chez des sujets humains adultes.
Abstract
Fiable différencier le tissu adipeux brun (BAT) d'autres tissus en utilisant une méthode d'imagerie non-invasive est une étape importante vers l'étude BAT chez les humains. Détecter BAT est généralement confirmée par l'absorption du traceur radioactif injecté 18 F-fluorodésoxyglucose (18F-FDG) dans les dépôts de tissus adipeux, telle que mesurée par tomographie par émission de positons / tomodensitométrie (TEP-TDM) après l'exposition du sujet à un stimulus froid . Imagerie Fat-eau séparé par résonance magnétique (IRM) a la capacité de distinguer BAT sans l'utilisation d'un traceur radioactif. À ce jour, l'IRM des MTD dans l'homme adulte n'a pas été co-enregistré avec le PET-CT froid activé. Par conséquent, ce protocole utilise 18 scans F-FDG PET-CT pour générer automatiquement un masque de BAT, qui est ensuite appliqué à co-enregistrées IRM du même sujet. Cette approche permet de mesurer les propriétés d'IRM quantitatives de BAT sans segmentation manuelle. masques de MTD sont créés à partir de deux PEScans CT-T: après une exposition de 2 h soit thermoneutre (TN) (24 ° C) ou à froid activé (CA) (17 ° C). Les TN et CA PET-CT scans sont enregistrés, et les valeurs d'absorption PET standard et CT Hounsfield sont utilisés pour créer un masque ne contenant que BAT. CA et TN IRM sont également acquis sur le même sujet et enregistrés aux TEP-CT afin d'établir propriétés quantitatives d'IRM dans le masque de BAT défini automatiquement. Un avantage de cette approche est que la segmentation est entièrement automatisé et est basée sur des méthodes largement acceptées pour l'identification des MTD activé (PET-CT). Les propriétés d'IRM quantitatives de BAT établies en utilisant ce protocole peut servir de base pour une IRM seul examen de BAT qui évite le rayonnement associé à PET-CT.
Introduction
En raison de la hausse marquée de l'obésité dans le monde entier, il ya un intérêt accru dans les zones de recherche visant à comprendre l'équilibre énergétique. L'obésité peut entraîner des conditions médicales coûteuses et dévastatrices telles que le diabète, les maladies du foie, les maladies cardiovasculaires et le cancer, qui en fait une source de préoccupation importante pour la santé publique 1. Un domaine de recherche visant à comprendre l'équilibre de l'apport énergétique par rapport dépense énergétique est l'étude du tissu adipeux brun ou BAT. Bien appelle un tissu adipeux, BAT diffère du tissu adipeux blanc plus commun (WAT) à bien des égards 2. La fonction des adipocytes blancs est de stocker des triglycérides dans une seule grande vacuole lipidique par cellule, et de libérer ces triglycérides comme source d'énergie dans le flux sanguin en cas de besoin. D'une manière très différente, la fonction des adipocytes bruns est de produire de la chaleur. Un mécanisme par lequel cela se produit est l'exposition au froid. Cela provoque une augmentation de la sympathetic activité du système nerveux, qui à son tour active BAT. Lorsqu'il est activé, les adipocytes bruns génèrent de la chaleur. Pour ce faire, ils utilisent les triglycérides contenus dans les nombreuses petites vacuoles lipidiques par cellule, et par la présence de la protéine de découplage 1 (UCP1) dans les mitochondries abondante, convertissent les triglycérides à des substrats métaboliques sans la production d'ATP, résultant en une perte de entropique que la génération de chaleur. Les triglycérides stockés dans les petites vacuoles de lipides sont épuisées, l'adipocyte prend à la fois du glucose et des triglycérides présents dans le courant sanguin 3.
Intérêt pour l'étude BAT a considérablement augmenté au cours des dernières années en raison de sa contribution à la non-frissons thermogenèse, son rôle dans la modulation de la dépense énergétique de l'organisme, et la relation inverse potentiel entre BAT et l'obésité 3-9. En outre, des études animales récentes indiquent BAT joue un rôle essentiel dans les triglycérides et de glucose de compensation fepuis le sang, en particulier après l'ingestion d'un repas riche en graisses 10,11. Cependant, la plupart de ce que nous savons à propos de BAT est le résultat de la recherche chez les petits mammifères, qui contiennent de nombreux dépôts de BAT 4,9,12 - 15. Malgré quelques études au début de 16 à 18, la présence de BAT chez l'homme a été largement pensé pour diminuer avec l'âge, jusqu'à récemment, où l'intérêt pour l'étude de BAT humaine a été renouvelé. Des recherches récentes suggèrent que des quantités relativement faibles de BAT persistent à l'âge adulte de 19 à 24. Un facteur limitant supplémentaire pour étudier BAT est qu'en dehors de biopsie et coloration histologique, la méthode actuellement acceptée sans équivoque pour détecter BAT est de 18 F-fluorodésoxyglucose (18 F-FDG) la tomographie par émission de positons (PET). Scanners TEP modernes sont généralement combinés avec un scanner tomodensitométrie (TDM). Lorsqu'il est activé par l'exposition au froid, BAT reprend le 18 18 F-FDG lorsque BAT est 20,21,23,25 inactive. CT images acquises lors d'un examen de PET sur un PET-CT scanner aider à différencier entre les tissus à haute 18 F-FDG en fournissant des informations anatomiques. Cette utilisation de l'imagerie PET-CT expose le sujet à des rayonnements ionisants (principalement à partir de PET, si la dose du scanner ne est pas négligeable), et est donc une méthode souhaitable pour la détection de BAT.
Bien que le nombre d'études sur les MTD chez les humains adultes en bonne santé augmente, des études récentes de BAT humaine ont été principalement limité à rétrospective PET-CT études de 19,25, les cadavres de nourrissons humains 26,27, les adolescents humains qui ont déjà été admis à l'hôpital pour d'autres raisons 27 à 30, et quelques études humaines des adultes en bonne santé31-35. Un des défis avec les deux études des enfants et des études rétrospectives est la possibilité de résultats modifiés lorsque l'on étudie une population de patients qui est malade, ce qui peut affecter BAT. En outre, parce que le glucose ne est pas la source des MTD 36 de carburant préféré, études de PET ne peuvent pas toujours détecter BAT activé, et peuvent donc sous-représenter la présence de BAT. Une autre difficulté dans l'étude de BAT avec l'imagerie biomédicale est lié à exécuter la segmentation d'image pour définir les limites de dépôts de tissus. Actuellement, la segmentation des MTD dans les études humaines se appuie souvent sur un certain degré de segmentation d'image manuelle et est donc vulnérable à une mauvaise identification des dépôts de MTD, ainsi que la variabilité inter-évaluateur.
En raison de ces défis, les techniques de cartographie spatiale fiables qui peuvent distinguer BAT des distributions de WAT, ainsi que des méthodes de segmentation automatique, permettraient aux enquêteurs une nouvelle et puissante àol avec lequel pour étudier BAT. Imagerie par résonance magnétique (IRM) a la capacité pour l'identification, la cartographie spatiale, et la quantification volumétrique des MTD, et contrairement aux approches d'imagerie existants hybrides PET-CT qui comprennent une dose radioactive pour le sujet imagé, IRM implique pas de rayonnement ionisant et peut être utilisé en toute sécurité et de manière répétée. La capacité d'identifier et de quantifier les MTD en utilisant l'IRM peut avoir un impact positif considérable sur l'endocrinologie clinique et la recherche de nouvelles avenues de recherche sur l'obésité. Eau-graisse précédente IRM (FWMRI) des études de BAT dans les deux souris et les humains montrent que la graisse signal-fraction (FSF) des MTD est de l'ordre de 40 à 80% de matières grasses, alors que WAT est supérieure à 90% de matières grasses 15,26 , 27. Nous émettons l'hypothèse donc que cette quantitative FWMRI métrique, en conjonction avec d'autres mesures quantitatives d'IRM, peut être utilisé dans les travaux futurs de visualiser et de quantifier les dépôts de MTD chez les humains. Cela permettrait à la communauté de la recherche d'un outil puissant pour étudier l'influence de BAT sur rencontréabolism et la dépense énergétique sans l'utilisation des rayonnements ionisants.
Notre groupe de recherche a étudié BAT chez les humains adultes pour les trois dernières années. Notre première présentation publique sur l'utilisation de l'IRM pour étudier soupçonnée MTD dans un adulte sujet humain a eu lieu en Février 2012 à la Société internationale pour la résonance magnétique en médecine (ISMRM) Séparation Fat-eau Atelier à Long Beach, en Californie 37. Deux mois plus tard, notre groupe a présenté des valeurs de la FSF en cas de suspicion MTD dans deux adultes à la 20 e réunion annuelle de la ISMRM en Avril 2012 à Melbourne, en Australie 38. Un an plus tard à la 21 e réunion annuelle de la ISMRM en Avril 2013 à Salt Lake City, Utah, le protocole décrit dans ce manuscrit a été utilisé pour la première (au meilleur de notre connaissance) présentation publique de l'IRM quantification de PET confirmés MTD dans un adulte humain soumet 39. Plus précisément, nous avons présenté des preuves montrant que le previously soupçonnée BAT a été confirmé comme MTD activable utilisant à la fois l'imagerie 18 F-FDG PET-CT froid activé et thermoneutre. Depuis 2013, notre cohorte d'adultes sujets humains sains imagée avec l'IRM et TEP / CT dans des conditions thermiquement neutres et froides activé a étendu à plus de 20 sujets avec des résultats présentés plus récemment en Février 2014 lors de l'atelier "Découverte du rôle de Brown Fat chez les humains », parrainé par le NIH NIDDK 40. Plus précisément, nous avons signalé FWMRI FSF et R 2 * propriétés de relaxation dans les régions de BAT-claviculaire confirmées par 18 F-FDG PET-CT chez les humains adultes, avec les ROI MTD délimitées en utilisant des algorithmes de segmentation automatique en fonction de la TEP-TDM froid activé et thermoneutre scans. Plus récemment, nous avons présenté les résultats de la cartographie de la température à 18 F-FDG PET-CT confirmé BAT chez les humains adultes en utilisant avancée FWMRI thermométrie 41,42.
La procédure présentée ici acquérirs l'IRM et 18 scans F-FDG PET-CT sur le même sujet, chacun après l'exposition à deux conditions froides activées et thermoneutres. Les 18 analyses F-FDG PET-CT froid activé et thermoneutres sont utilisés pour créer des régions segmentées automatiquement MTD d'intérêt (ROI), sur une base spécifique de sujet. Ces ROI MTD sont ensuite appliqués aux IRM co-enregistré pour mesurer les propriétés IRM dans le PET-CT confirmé BAT.
Une limitation de ce protocole est que la température de l'air utilisé lors de l'exposition des sujets soit le stimulus chaud ou froid est conforme pour chaque sujet. Ce est une limitation, car la température à laquelle chacune des expériences soumises sensation de chaleur ou réfrigéré peut être différente. Par conséquent, en exécutant une session d'essai pendant laquelle la température de l'air est ajustée à la réponse de l'individu, puis en utilisant ces températures pendant les protocoles thermoneutres et froid activation, il pourrait être possible d'obtenir de meilleures réponsesà partir du tissu adipeux brun.
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Protocol
NOTE: Le comité d'éthique local de cet institut a approuvé cette étude, et tous les sujets ont donné par écrit le consentement éclairé avant la participation. Pour être admissible à l'étude, les sujets doivent remplir les conditions suivantes: pas connu le diabète sucré; pas d'utilisation de bêta-bloquants ou médicaments contre l'anxiété, actuellement ou dans le passé; ne pas fumer ou de mâcher des produits du tabac, actuellement ou dans le passé; pas plus de quatre tasses de caféine par jour; pas plus de deux verres d'alcool par jour; et si féminine, pas enceinte ou qui allaite.
NOTE: Dans cette étude, chaque participant subit quatre examens: deux IRM et deux PET-CT. Chaque examen est acquise sur un autre jour, à chaque modalité d'imagerie réalisée sous deux thermoneutre 24,5 ± 0,7 ° C (76,2 ± 1,3 ° F), et le froid 17,4 ± 0,5 ° C (63,4 ± 0,9 ° F) conditions. Les scans ne sont pas programmées dans un ordre particulier, en aidant à minimiser tout biais potentiel aux données en raison de chauffage ou de refroidissementle sujet dans un ordre spécifique. La dose de rayonnement effective totale pour une TEP-CT est de 6,4 mSv (millisievert), et le radiologue sur le personnel recommande une période de sevrage d'au moins 24 heures entre chaque balayage.
1. Généralités IRM sécurité et l'imagerie préoccupations
- Parce que le champ magnétique principal dans les machines IRM est toujours, prendre soin d'assurer la sécurité du patient et l'ensemble du personnel travaillant dans le domaine de MR. Effacez tous les objets magnétiques du sujet et des personnes travaillant dans le domaine.
- Demandez sujets au cours de la phase de recrutement se ils ont ne importe quel métal dans leur corps 43. En outre, ont fait l'objet de compléter un processus de sélection de sécurité magnétique 44 pour se assurer que ne importe quel métal dans le corps est approuvé pour l'IRM. Cette vérification initiale peut aider à éliminer la possibilité de consentir un sujet qui ne peut pas terminer l'IRM.
- En outre, se il existe ne importe quel métal dans le corps du sujet, qui est compatible avec MR, assurer thau métal ne est pas à proximité du tissu d'intérêt. Ce est parce que le métal peut provoquer des artefacts de distorsion d'image, ce qui rendra l'analyse difficile, voire impossible.
2. obtention du consentement éclairé
- Rencontre avec le sujet d'obtenir le consentement éclairé écrit. Lors de cette réunion, couvrir tous les détails de l'étude, par exemple: le nombre de visites, l'engagement de temps par visite, quelles sont les exigences du sujet concernant les limitations à l'exercice et / ou de la nourriture, ce que le sujet peut et ne peut pas faire au cours de la visite (comme le sommeil), et tous les autres détails. Utilisez cette réunion pour planifier les visites pour le balayage, car il est généralement plus facile de planifier ces en personne plutôt que d'utiliser plusieurs emails.
3. Procédures avant la visite
- Instructions pour l'Objet
- Pendant 24 heures avant d'arriver à l'étude, ont fait l'objet de se abstenir de l'alcool, la caféine, des médicaments ou tout exercice intense ou d'un acteivité.
- Demandez au sujet de jeûner et d'éviter toute apport calorique pendant 8 heures avant d'arriver à l'étude. Les sujets sont autorisés à boire de l'eau.
- Contacter bénévoles
- Rappelez volontaire des instructions spécifiques de la journée avant le début de leur préparation 24 heures. Ce est à la fois un rappel de l'analyse, ainsi que cela aide à se assurer que le sujet se souvient leurs restrictions, (ie., Ne pas manger, pas d'exercice, pas d'alcool, etc.).
4. Procédure lors de la Journée d'étude - pour l'IRM
- Température contrôlée Préparation de la salle
- Utilisation d'une petite pièce en tant que pièce à température contrôlée où le sujet est exposé à la température désirée.
NOTE: En utilisant une petite pièce, il est possible de réduire au minimum les gradients de température dans la chambre. Par exemple, la taille de la pièce utilisée ici est 7 'x 6' 8 "x 8, (373,33 pieds cubes) 'de hauteur. - Préparer lechambre au moins 60 min avant l'objet entrant dans la chambre pour permettre un temps suffisant pour la chambre pour atteindre une température stable.
- Maintenir la RT soit avec une unité de climatisation portable et un ventilateur de plancher tournant pour garder l'air frais de circulation, ou en utilisant un appareil de chauffage portatif programmable, qui oscille pour faire circuler l'air chaud dans la pièce.
- Désactiver ou minimiser tout thermostat existant contrôle de l'air conditionné ou le chauffage de la pièce pour éviter les conflits avec la cible RT souhaitée des appareils portables.
- Utilisation d'une petite pièce en tant que pièce à température contrôlée où le sujet est exposé à la température désirée.
- Avant d'entrer dans la chambre à température contrôlée
- Avoir le changement de l'objet en short et chemise médicaux standard. Retirer chaussettes et des chaussures. Si le sujet est une femme, permettre le port d'un soutien-gorge de sport qui ne contient aucun métal.
- Mesurer la hauteur, le poids et mesures tour de taille du sujet après avoir changé dans les vêtements standard.
- Mesurer la température du corps de l'usin du sujetga thermomètre sublinguale.
- Dans la chambre à température contrôlée
- Diriger l'objet d'entrer dans la salle à température contrôlée. Demandez au sujet de se asseoir tranquillement et non à une quelconque activité qui pourrait changer la température du corps, par exemple., L'exercice, la dactylographie, ou à l'endormissement.
- Après s'être assis dans la salle pendant 1 heure, mesurer la température du corps à nouveau en utilisant un thermomètre sublinguale.
- Après la deuxième h de assis dans la salle à température contrôlée, mesurer la température du corps à nouveau en utilisant un thermomètre sublinguale.
- Le jour IRM lorsque le sujet est assis dans la chambre froide, utiliser un gilet froid pour maintenir un environnement froid pendant que l'objet est transporté à l'appareil d'IRM. Placer le gilet froid sur le sujet avant l'objet de quitter la chambre à température contrôlée.
- Après 2 h dans la salle à température contrôlée, transporter le sujet dans un fauteuil roulant pour le scanner IRM. Utilisez le fauteuil roulant pour maintenir le sujet dans un relaxed, état sédentaire, et de minimiser les "réchauffement" qui pourrait se produire de la marche. En outre, utiliser le fauteuil roulant permet d'éviter toute absorption du traceur PET dans les muscles squelettiques, mais il serait probablement minimes.
- IRM Protocole Acquisition
- Acquérir IRM en utilisant un scanner IRM 3T équipée avec une capacité de transmission en parallèle à deux canaux, un extra-large torse 16 canaux bobine réceptrice, et une table modifiée.
- Accrochez la partie antérieure du torse bobine de réception à partir du haut de l'alésage du scanner dans une écharpe de tissu. Laisser la fronde pour accrocher suffisamment bas pour glisser contre le corps de l'objet afin de maximiser le rapport signal-bruit (SNR).
- Passer la partie postérieure du torse bobine réceptrice dans un roulement "wagon de bobine" en sandwich entre deux couches de la table. Comme la table se déplace à travers l'alésage du scanner, maintenez le wagon de la bobine à l'isocentre par des sangles attachées au scanner couvre à l'avant et l'arrière du til scanner alésage de sorte que l'élément de bobine postérieure reste stationnaire.
- Placez le sujet sur le lit pour entrer dans les pieds de scanner la première fois en position couchée.
- Si le sujet porte la veste froid, retirer le gilet avant le sujet couché.
- Une fois couché, ont fait l'objet lieu les deux bras dans un sac semblable à une taie d'oreiller, et abaisser les bras de chaque côté du corps. Cela permet de se assurer que les épaulements sont positionnés d'une manière similaire à la fois pendant l'IRM et la TEP / CT examens, ce qui rend l'image plus facile co-enregistrement.
REMARQUE: permettant au sujet de se allonger sur le lit du scanner naturelle, en utilisant la même quantité de rembourrage sous la tête pendant chaque balayage, et en utilisant le sac de taie d'oreiller pour soutenir les bras, tout contribue à minimiser les différences entre le sujet positionnement entre les balayages. Tout support utilisé pour le sujet pendant un balayage, par exemple un oreiller sous les genoux ou le bas du dos, doit toujours être utilisé de la même manière pour les eau sujet, à la fois pendant l'IRM et la TEP / TDM. - Acquérir IRM eau graisses (FWMRI) en utilisant un multi-pile, multi-coupes, multiple rapide sur le terrain écho (MFFE) acquisition avec sept piles de 20 coupes axiales, couvrant de la couronne de la tête à la cuisse. Tranches sont contigus avec un écart de 0 mm entre les tranches.
- Recueillir FWMRI scanne en utilisant un logiciel personnalisé pour permettre l'acquisition de huit échos acquis que deux ensembles entrelacés de quatre échos avec TR = 83 ms, TE 1 = 1,024 ms et ΔTE efficace = 0,779 ms. Autres détails du protocole d'acquisition comprennent: angle de bascule = 20º, changement de la graisse de l'eau = 0,323 pixels, la bande passante d'échantillonnage de lecture = 1346,1 Hz / pixel, axiale champ dans le plan de vue = 520 mm × 408 mm, taille de voxel acquis = 2 mm x 2 mm x 7,5 mm, et l'encodage de sensibilité (SENS) parallèle facteur d'imagerie = 3 (direction antéro-postérieur). phases de préparation pour chaque station comprennent la fréquence centrale (F 0) optimisation et calage premier ordre linéaire. Acquisitil'heure est de 27,8 s pour 20 tranches.
- Effectuer souffle détient pour les stations couvrant le bassin pour les épaules avec deux souffle détient par station, ce est à dire., Pas de souffle attente est plus longue de 14 secondes. A chaque position de la table, d'acquérir un double angle B une analyse d'étalonnage (temps d'acquisition de 15,1 sec) pour permettre RF optimisée calage (par rapport amplitude RF et des ajustements de phase) pour la capacité de transmission à deux canaux du scanner.
- Acquérir un balayage de référence SENSE à chaque position de la table avec un temps d'acquisition de 12,1 sec. FWMRI paramètres recommandés sont indiqués dans le tableau 1.
5. Procédure lors de la Journée d'étude - pour le PET-CT
- Température contrôlée Préparation de la salle
- Utilisation d'une petite pièce en tant que pièce à température contrôlée où le sujet est exposé à la température désirée.
NOTE: En utilisant une petite pièce, il est possible de réduire au minimum les gradients de température dans la chambre. Faou par exemple, la taille de la pièce utilisée ici est 7 'x 6' 8 "x 8, (373,33 pieds cubes) 'de hauteur. - Préparer la chambre au moins 60 minutes avant le sujet entrant dans la salle à laisser suffisamment de temps pour la chambre pour atteindre une température stable.
- Maintenir la RT soit avec une unité de climatisation portable et d'un ventilateur tournant au sol pour garder l'air frais circulant pour atteindre la température de relance à froid, ou en utilisant un appareil de chauffage portatif de oscaillating pour maintenir la température thermoneutre.
- Désactiver ou minimiser tout thermostat existant contrôle de l'air conditionné ou le chauffage de la pièce pour éviter les conflits avec la cible RT souhaitée des appareils portables.
- Utilisation d'une petite pièce en tant que pièce à température contrôlée où le sujet est exposé à la température désirée.
- Préparation Objet
- Dirigez le sujet à la suite de l'imagerie TEP d'avoir un port IV placé dans une veine de la main ou du bras. Ce port IV permet au technicien de radiologie pour injecter le traceur radioactif plus tard, lorsque le sujet est assis dans la salle à température contrôlée.
- Jef le sujet est une femme, effectuer un test de grossesse de sérum de sang pour se assurer qu'elle ne est pas enceinte.
NOTE: Pour cette étude, la commission d'examen interne nécessite un test de grossesse à moins de 24 heures avant le balayage TEP / CT en cours d'acquisition.
- Avant d'entrer dans la chambre à température contrôlée
- Avoir le changement de l'objet en short et chemise médicaux standard. Retirer chaussettes et des chaussures. Si le sujet est une femme, permettre le port d'un soutien-gorge de sport qui ne contient aucun métal.
- Mesurer la hauteur, le poids et mesures tour de taille du sujet après avoir changé dans les vêtements standard.
- Mesurer la température du corps du sujet en utilisant un thermomètre sublinguale.
- Dans la chambre à température contrôlée
- Diriger l'objet d'entrer dans la salle à température contrôlée. Demandez au sujet de se asseoir tranquillement et non à une quelconque activité qui pourrait changer la température du corps, par exemple, l'exercice, la dactylographie, ou à l'endormissement. Après s'être assis dans la salle pendant 1 heure, mesurer la température du corps à nouveau en utilisant un thermomètre sublinguale.
- Sur les PET-CT scan jours après la première heure dans la salle à température contrôlée, demandez à un technicien de radiologie administrer l'injection de Fluorodéoxyglucose (18 F-FDG) via le port IV. Injecter 0,14 mCi / kg (environ 10 mCi pour un sujet de 70 kg) de 18 F-FDG. Calculer la dose exacte basée sur le sujet poids spécifique.
- Après la deuxième h de assis dans la salle à température contrôlée, mesurer la température du corps à nouveau en utilisant un thermomètre sublinguale.
NOTE: Contrairement aux jours d'IRM froides, l'utilisation de la veste froid est inutile jours froids PET-CT, car le traceur 18 F-FDG est repris dans le BAT activé pendant la post-injection de traceur heures. Le traceur ne laissera pas le tissu même si le sujet devient chaud comme il / elle est transportée au scanner. Par conséquent, comme il est possible de détecter la présence de activé deed BAT sur les images PET-CT, même si la BAT ne reste pas actif pendant la TEP-CT, la veste à froid ne est pas nécessaire. - Après 2 h dans la salle à température contrôlée, transporter le sujet dans un fauteuil roulant pour le scanner PET-CT. Utilisez le fauteuil roulant pour maintenir le sujet dans un état sédentaire détendu, et de minimiser tout "réchauffement" qui pourrait se produire de la marche. En outre, utiliser le fauteuil roulant permet d'éviter toute absorption du traceur PET dans les muscles squelettiques, mais il serait probablement minimes.
- PET-CT Protocole Acquisition
- Acquérir TEP-CT sur un scanner Discovery STE PET / CT (STE signifie examiner et traiter Elite).
- Placez le sujet sur le lit pour entrer dans la tête de scanner la première fois en position couchée.
- Une fois couché, ont fait l'objet lieu les deux bras dans un sac semblable à une taie d'oreiller, et abaisser les bras de chaque côté du corps. Cela permet de se assurer que les épaulements sont positionnés d'une manière similaire à la fois pendantIRM et TEP / TDM, ce qui rend l'image de co-enregistrement plus facile.
NOTE: Le champ de vision imagerie PET / CT couvre de la couronne de la tête à la mi-cuisse à 7-9 positions de lit, selon le sujet hauteur (2 min par position de lit). Paramètres PET-CT recommandées sont listées dans le tableau 2.
6. IRM post-traitement
- Enregistrer des images réelles et imaginaires MR pour hors ligne signal de processing.The mesurée par IRM est une grandeur vectorielle avec à la fois l'ampleur et la direction qui peut être représenté comme un nombre complexe avec des parties réelles et imaginaires. Dans le contexte clinique, les images d'amplitude sont généralement affichées. Cependant, l'information complexe est nécessaire pour le traitement dans les images de graisse et d'eau.
- Effectuer trois dimensions de l'eau / séparation des graisses et R 2 * estimation basée sur un multi-échelle toute image algorithme d'optimisation 45 implémenté en C ++ pour chaque pile de tranche individuelle. Fat est modélisée en utilisant neuf sommets
- Jeter le premier écho de chaque train 4 écho pour éviter toute contamination du courant de Foucault dans le modèle complexe de signal de l'eau en matières grasses.
7. PET-CT Post Processing
- Charger des données CT DICOM dans MATLAB et convertir en unités Hounsfield (HU) en appliquant la valeur de normalisation scanner fourni aux valeurs de données.
- Charger des données PET DICOM dans MATLAB et les convertir en valeurs normalisées absorption (SUV) à l'aide de la formule suivante:
où "valeur de pixel" est la valeur stockée dans le fichier DICOM pour cet emplacement de pixel.
NOTE: L'activité de traceur PET est la dose totale de radionucléide, et peut être lu à partir de l'image de méta-données (DICOM de fichiers d'en-tête).
.jpg "/> - Interpoler les données de PET d'avoir les mêmes dimensions que les données de CT.
- Parce que PET et CT images sont acquises avec la même épaisseur de coupe, effectuer une interpolation en utilisant une fonction spline deux dimensions dans le plan XY.
8. Les données post-traitement
- Pour analyser les images, co-enregistrer toutes les quatre images-volumes pour chaque sujet en utilisant un algorithme d'enregistrement de corps rigide 47 par une méthode semi-automatisée avec développé en interne vue trois-plan logiciel pour vérifier l'inscription dans les trois dimensions.
- En raison de difficultés avec l'enregistrement de l'ensemble du volume d'image dans l'ensemble des quatre points dans le temps, se concentrer sur la région enregistrement recouvrant le cou jusqu'au sommet des poumons. Utilisez uniquement la région enregistré avec succès dans la transformation des données.
- Après l'enregistrement de l'image, charger FWMRI, CT HU et des données PET SUV dans MATLAB et utiliser pour définir des régions de MTD d'intérêt.
NOTE: Comme précédemment publduire les méthodes 19,25,48 de distinguer BAT utilisant des valeurs PET SUV et CT HU, être considérés comme faisant partie du masque de BAT, chaque voxel dans l'image doit remplir les conditions suivantes: (1) la valeur HU tombe dans la gamme de: -200 <HU <-1, sur les deux tomodensitogrammes froides et chaudes; (2) SUV> 2.0 sur le PET scan froide; (3) la fraction de signal de SUV [(Cold SUV) / (+ SUV SUV froide Chaud)]> 0,55, soit le TEP froid doit produire plus de 55% du total observé par le fait que le signal SUV voxel; et (4) ne contenir que pixels de premier plan de l'IRM, où la méthode d'Otsu 49 est utilisé pour classer les pixels de premier plan. - Si un voxel remplit tous ces critères, inclure le voxel dans le masque binaire de l'identité de BAT.
- Appliquer les étapes de la morphologie binaires suivants.
- Créer une matrice de la même taille que les images en cours de traitement. Chaque emplacement spatial dans la nouvelle matrice est la somme 3D de l'ensemble de ses voisins adjacents dans le masque binaire de BAT, dont les diagonales. Le maximum sum est 26.
- Seuil cette nouvelle matrice d'inclure seuls endroits avec 15 ou plusieurs voisins 3D. Cette matrice forme alors la finale masque de BAT binaire.
NOTE: Ces règles sont suffisantes pour tissus segment de BAT, et aucune autre modification du masque est nécessaire pour éliminer voxels non-BAT. Cela forme un masque tranche par tranche de TEP-TDM a confirmé BAT dans la région de l'épaule co-enregistré.
- Appliquer le masque à toutes les images de co-enregistré pour acquérir la fraction SUV, HU, la graisse signal (FSF) et R 2 * valeurs dans les régions de chauve-souris, tant pour les analyses froides et chaudes.
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Representative Results
L'acquisition de deux IRM et PET-CT scans sur le même sujet, et la réalisation de co-enregistrement sur tous les scans permet une mesure fiable de mesures IRM quantitatives de BAT. La figure 1 montre l'échauffement non transformés (TN) et le froid (CA) TEP-TDM et l'IRM scans d'un sujet. Par l'acquisition de données à la fois TN et CA PET-CT, il est possible de distinguer clairement les dépôts sur les MTD froid activé par l'augmentation de l'absorption 18 F-FDG. Après co-enregistrement de tous les quatre balayages (Figure 2 et 3), il est possible de créer un masque de MTD spécifiques au sujet en utilisant des critères dérivés des images PET-CT, comme on le voit sur la figure 4. Ce masque peut ensuite être appliqué aux quatre scans de co-enregistré d'acquérir métriques d'image dans les dépôts de MTD. Des valeurs représentatives d'un sujet sont présentés dans le tableau 1.
Figure 1. images coronales de la scans chaud (TN) et le froid (CA) pour un sujet montrant la projection PET maximum d'intensité (MIP) en niveaux de gris inverse, PET / CT superposition, CT et IRM fraction de signal de la graisse (FSF). Notez l'augmentation de 18 F-FDG dans la région claviculaire (flèche rouge), ainsi que de la colonne vertébrale sur le scan CA PET MIP, indiquant tissu adipeux brun activé. La ligne pointillée rouge sur l'image CA CT indique la région claviculaire à une analyse plus approfondie. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure claviculaire niveau 2. coupe axiale, après l'enregistrement. L'augmentation de 18 F-FDG vu dans le CA TEP (flèches blanches), se produit dans la supraclavicular région du tissu adipeux tel que déterminé par les valeurs unitaires CT Hounsfield. La fraction de signal de la graisse IRM (FSF) dans cette région tombe dans la gamme de 50 à 80%, similaire à celui de la recherche précédente. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3. organigrammes montrant l'étape d'enregistrement. (A), dans lequel les images sont tous inscrits sur la même espace image. Après l'enregistrement, toutes les quatre images sont utilisées dans la création de masque de BAT (B).
Figure 4. images binaires indiquant les critères pour générer le masque de chauve-souris. Pour être considéEred partie du masque de BAT, chaque voxel dans l'image doit satisfaire à ces quatre règles, tel que déterminé sur une base tranche par tranche. Si un voxel remplit tous ces critères, il est inclus dans le masque binaire de l'identité de BAT. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
| Méthode d'imagerie | Valeur: | ||
| Moyenne ± 95% CI | |||
| Thermoneutre CT [HU] | -68,62 ± 9,35 | ||
| Froid Activé CT [HU] | -55,04 ± 7,72 | ||
| Thermoneutre PET [SUV] | 0,52 ± 0,05 | ||
| Activé froid PET [SUV] | 7,15 ± 1,16 | ||
| Thermoneutre FSF [%] | 41,62 ± 5,04 | Froid Activé FSF [%] | 47,76 ± 5,15 |
| Thermoneutre R2 * [1 / s] | 128,22 ± 19,48 | ||
| Activé froid R2 * [1 / s] | 101,27 ± 24,92 |
Tableau 1. Les valeurs numériques (moyenne 95% Intervalle de confiance) à la fois des analyses froides activées et thermoneutres pour un sujet.
| Paramètre | Recommandation | |||
| Général | Type de séquence | Multi-écho rapide Champ Echo (MFFE) | ||
| Bobine de transmission RF | Quadrature-corps | |||
| Recevez bobine | ||||
| Durée d'analyse totale (min: sec) | 00h25 (par station de table) | |||
| Géométrie | Multi-émission | Oui | ||
| Plan anatomique | Transversal | |||
| Nombre de tranches | 20 | |||
| L'épaisseur des tranches (mm) | 7,5 | |||
| Espace inter-tranche (mm) | 0 | |||
| Acquise Matrice | 260 x 204 | |||
| matrice de reconstruction | 288 | |||
| Champ de vision (mm) | 520 x 408 | |||
| Taille de voxel reconstruit (mm) | 1,81 x 1,82 x 7,5 | |||
| SENSE | Oui | |||
| la réduction de la P (AP) | 3 | |||
| Slice ordre de balayage | Monter | |||
| Pliez-over direction | Antéro-postérieur | |||
| Direction de décalage Fat | Gauche | |||
| Contraster | Scan mode | Multi-coupes | ||
| temps de répétition (ms) | 83 | |||
| Echoes | 4 | |||
| Entrelacé MFFE | Oui | |||
| Nombre entrelacé | 2 | |||
| Temps d'écho (premier) (ms) | 1,023 | |||
| Intervalle de temps Echo (ms) | 1,559 | |||
| Temps effectif d'écho entrelacé (ms) | 0,7793 | |||
| Angle excitation flip (°) | 12 | |||
| RF calage | Adaptatif | |||
| L'acquisition du signal | Imagerie parallèle | facteur de SENSE = 3 | ||
| Fourier partielle | Aucun | |||
| Bande passante / pixel (Hz / pixel) | 1346,1 | |||
Tableau 2. Les paramètres utilisés pour l'IRM eau-graisse (FWMRI) acquisition.
| Paramètre | Recommandation |
| Mode d'acquisition | Hélicoïdal |
| La collecte des données diamètre (mm) | 500 |
| Reconstruction diamètre (mm) | 700 |
| Temps d'exposition (secondes) | 873 |
| noyau de convolution | Standard |
| temps de révolution (s) | 0,8 |
| L'unité de collimation largeur (mm) | 1,25 |
| Spiral facteur de pas | 1,675 |
| Champ de vision - CT | 512 x 512 |
| Champ de vision - PET | 128 x 128 |
| L'épaisseur des tranches (mm) | 3,75 |
| Taille de voxel reconstruit (mm) - CT | 1,37 x 1,37 x 3,75 |
| La taille de voxel reconstruit (mm) - PET | 5,47 x 5,47 x 3,75 |
| Nombre total de sliCES | 299-335 |
Tableau 3. Paramètres utilisés pour l'acquisition d'images TEP-TDM.
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Discussion
Le protocole d'étude décrit est conçu pour utiliser à la fois thermoneutre et à froid activé PET / CT automatiquement segments MTD dépôts sur une base spécifique de sujet. Ces régions générés automatiquement d'intérêt peuvent ensuite être appliquées aux deux IRM thermoneutres et à froid activé qui ont été co-inscrits aux TEP / CT du même sujet. Au meilleur de notre connaissance, ce est la première recherche pour effectuer l'IRM et TEP / CT après conditions thermiquement et à froid activé sur le même adulte en bonne santé volontaires humains. La procédure décrite ici nécessite quatre visites, avec une séance d'imagerie effectuées chaque jour. Grâce à l'analyse en outre l'utilisation de cette méthode, il serait possible de déterminer les propriétés d'IRM précis de tissu adipeux brun chez les humains adultes en utilisant les régions PET confirmés d'intérêt. Cela permettrait de futures études pour détecter et quantifier les MTD chez les humains potentiellement utilisant uniquement IRM. Contrairement PET, qui est l'étalon-or de facto actuel de imaging BAT, la capacité de l'image BAT utilisant l'IRM permettrait d'éviter l'exposition aux rayonnements. Études basées IRM outre, de BAT impliquant des sujets pédiatriques ainsi que des études longitudinales ne devraient pas entraîner l'exposition aux rayonnements. Parce que la MTD est le plus souvent observée chez les individus plus maigres et est inversement corrélée avec d'autres indices du syndrome métabolique, il est possible que l'augmentation de la masse ou de l'activité et BAT peuvent neutraliser 3,6,8,9,11,48,50,51 obésité. Par conséquent, la capacité de non-invasive détecter et quantifier BAT pourrait conduire à une meilleure compréhension du rôle que joue MTD dans l'obésité et le métabolisme. Approches fondées sur les IRM avenir pourraient être utilisés dans des études longitudinales pour évaluer les interventions, par exemple., Pharmacologique, diététique, ou basée sur l'activité physique, utilisé pour augmenter la quantité ou l'activité des MTD.
L'une des étapes essentielles de ce protocole est d'obtenir un enregistrement précis des volumes d'imagerie. Ce est grâce à l'enregistrement des images que la BAT ROEst sont produites; donc l'enregistrement de l'image est la clé. Parce que 18 F-FDG dans les images PET est diffuse en raison de la taille relativement importante de voxel de l'imagerie PET par rapport à l'IRM, il est important d'utiliser des valeurs à la fois PET SUV et CT HU lors de la création du masque BAT ROI. En outre, en utilisant les données de thermoneutre et froid activé, il est possible de définir les régions de 18 F-FDG dans les balayages à froid activé ayant plus de 55% de l'absorption par rapport aux conditions thermiquement. Ce SUV règle de fraction de signal est nécessaire pour éliminer les tissus avec un SUV aussi élevé sur les deux scans froides et thermoneutres. Cela permet de limiter le masque BAT ROI pour ne contenir que les régions de chauve-souris, que les zones dans l'analyse à froid activé avec des niveaux à peu près égales de 18 F-FDG que dans l'analyse thermoneutre sont ignorés. En outre, en utilisant la règle de quartier 15-pixel est destiné à capturer les régions qui ont une majorité des voisins MTD. Le compromis est quefaible nombre seront éviter l'élimination de petites régions et l'érosion des bords, tout en laissant potentiellement voxels parasites qui ne sont pas BAT, et un nombre élevé éroderont frontières et éliminer les petites régions MTD. Bien que cette méthode produit des masques de tissu adipeux brun, il ne prétend pas saisir avec précision la quantité de BAT plein.
L'un des inconvénients à ce protocole de recherche est le "one-size-fits-all" approche à la fois le réchauffement et le refroidissement des sujets. Les travaux futurs serait bénéficier de l'aide d'une approche plus individualisée de maximiser la thermogenèse non frissons, et donc de maximiser l'activation de BAT, pour chaque sujet. En outre, le chauffage de l'soumise à une condition thermoneutre pourrait bénéficier de l'aide d'une température spécifique-sujet, assurant que le BAT ne est plus dans un état actif sur une base individuelle. L'avantage d'utiliser des protocoles de refroidissement individualisés a été souligné dans la récente publication par van der Lans et al. 52, etest une modification potentielle clé pour améliorer ce protocole. En outre, absent de ce protocole est qu'il n'y avait pas les tentatives faites pour déterminer le statut de cycle menstruel chez les sujets de sexe féminin. Cela pourrait facilement être corrigé dans les études futures.
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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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