Summary
Il metodo qui presentata utilizza 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) tomografia ad emissione di positroni / tomografia computerizzata (PET-CT) e grasso-acqua separata risonanza magnetica (MRI), ciascuna scansione dopo 2 ore di esposizione a thermoneutral (24 ° C ) e freddo (17 ° C), al fine di mappare tessuto adiposo bruno (BAT) in soggetti umani adulti.
Abstract
Affidabile differenziando tessuto adiposo bruno (BAT) da altri tessuti utilizzando un metodo di imaging non invasivo è un passo importante verso lo studio BAT negli esseri umani. Rilevamento BAT è tipicamente confermata dalla captazione del tracciante radioattivo iniettato 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) nei depositi tessuto adiposo, come misurato mediante tomografia a emissione di positroni / tomografia computerizzata (PET-CT) scansioni dopo esporre il soggetto a stimolo freddo . Fat-acqua separata risonanza magnetica (MRI) ha la capacità di distinguere BAT senza l'uso di un tracciante radioattivo. Ad oggi, la risonanza magnetica di BAT in esseri umani adulti non è stato co-registrato con attivati freddo PET-CT. Pertanto, questo protocollo utilizza 18 scansioni F-FDG PET-CT per generare automaticamente una maschera BAT, che viene poi applicata a co-registrato MRI scansioni dello stesso soggetto. Questo approccio permette di misurare le proprietà MRI quantitativi della BAT senza segmentazione manuale. Maschere BAT sono creati da due PEScansioni T-CT: dopo l'esposizione per 2 ore a uno thermoneutral (TN) (24 ° C) o attivato a freddo (CA) (17 ° C) condizioni. I TN e CA PET-TC sono registrati, ed i valori di assorbimento standardizzati PET e CT Hounsfield sono utilizzati per creare una maschera che contiene solo BAT. CA e TN risonanza magnetica sono acquisite sullo stesso tema e registrate le scansioni PET-TC al fine di stabilire le proprietà MRI quantitative all'interno della maschera BAT definito automaticamente. Un vantaggio di questo approccio è che la segmentazione è completamente automatizzato e si basa su metodi ampiamente accettati per l'identificazione del attivata BAT (PET-CT). Le proprietà MRI quantitativi di BAT stabiliti utilizzando questo protocollo può servire come base per una sola MRI esame BAT che evita la radiazione associata alla PET-CT.
Introduction
A causa del marcato aumento dell'obesità in tutto il mondo, vi è un crescente interesse nelle aree di ricerca finalizzati alla comprensione del bilancio energetico. L'obesità può portare a condizioni mediche costose e devastanti come il diabete, malattie del fegato, malattie cardiovascolari e cancro, che lo rende una significativa area di preoccupazione per la salute pubblica 1. Un settore di ricerca volta a comprendere l'equilibrio di apporto energetico rispetto al dispendio energetico è lo studio del tessuto adiposo bruno o BAT. Anche se definito un tessuto adiposo, BAT si differenzia dalla più comune tessuto adiposo bianco (WAT) in molti modi 2. La funzione degli adipociti bianchi è per memorizzare trigliceridi in un unico grande vacuolo lipidico per cella, e per liberare tali trigliceridi come fonte di energia nel flusso sanguigno quando necessario. In modo molto diverso, la funzione di adipociti bruni è di produrre calore. Un meccanismo con cui questo avviene è attraverso l'esposizione al freddo. Questo provoca un aumento sympathetic attività del sistema nervoso, che a sua volta attiva BAT. Quando viene attivato, adipociti bruni generano calore. Per fare ciò, si utilizzano i trigliceridi contenuti nei numerosi piccoli vacuoli lipidici per cella, e attraverso la presenza di proteine di disaccoppiamento 1 (UCP1) nei mitocondri abbondante, convertire i trigliceridi a substrati metabolici senza la produzione di ATP, con conseguente perdita entropica la generazione di calore. Poiché i trigliceridi memorizzati nei piccoli vacuoli lipidici sono esaurite, adipociti riprende sia il glucosio e trigliceridi presenti nel flusso sanguigno 3.
L'interesse per lo studio BAT è drammaticamente aumentata negli ultimi anni grazie al suo contributo alla non-brividi termogenesi, il suo ruolo nel modulare la spesa energetica del corpo, e la potenziale relazione inversa tra BAT e obesità 3 - 9. Inoltre, recenti studi su animali indicano BAT gioca un ruolo fondamentale in trigliceridi compensazione e glucosio fROM sangue, soprattutto dopo l'ingestione di un pasto ricco di grassi 10,11. Tuttavia, la maggior parte di ciò che sappiamo sulla BAT è il risultato della ricerca in piccoli mammiferi, che contengono molti depositi di BAT 4,9,12 - 15. Nonostante alcuni studi presto 16 - 18, la presenza di BAT negli esseri umani è stato ampiamente pensato a diminuire con l'età fino a poco tempo in cui è stato rinnovato interesse per lo studio BAT umana. Recenti ricerche indicano che quantità relativamente piccole di BAT persistono in età adulta 19-24. Un ulteriore fattore limitante per studiare BAT è che, a parte la biopsia e colorazione istologica, il metodo inequivocabile attualmente accettato per rilevare BAT 18 F-fluorodeossiglucosio (18 F-FDG) tomografia ad emissione di positroni (PET). Scanner PET moderni sono in genere combinati con una tomografia computerizzata (CT) scanner. Quando attivato da esposizione al freddo, BAT riprende il 18 18 F-FDG quando BAT 20,21,23,25 inattiva. Immagini TC acquisite nel corso di un esame PET su una PET-CT scanner aiutano a distinguere tra tessuti con alto 18 F-FDG, fornendo informazioni anatomiche. Questo uso dell'imaging PET-CT espone il soggetto a radiazioni ionizzanti (prevalentemente da PET, sebbene la dose dalla TAC non è trascurabile), ed è quindi un metodo per il rilevamento indesiderato BAT.
Anche se il numero di studi sulla BAT negli esseri umani adulti sani è in aumento, recenti studi di BAT umana sono principalmente sono limitati a retrospettiva PET-CT studi di 19,25, cadaveri umani infantili 26,27, gli adolescenti umani che sono già stati ammessi in ospedale per altri motivi 27 - 30, e alcuni studi umani adulti sani31 - 35. Una delle sfide con entrambi gli studi di bambini e di studi retrospettivi è la possibilità di risultati alterati quando si studia una popolazione di pazienti che è malato, che possono influire BAT. Inoltre, poiché il glucosio non è la fonte di combustibile preferita di BAT 36, gli studi PET possono non rilevare sempre BAT attivato, e quindi possono underrepresent la presenza di BAT. Un'altra difficoltà nello studio BAT con l'imaging biomedico è legata all'esecuzione di segmentazione di immagini per definire i confini di depositi di tessuto. Attualmente, la segmentazione delle BAT negli studi umani si basa spesso su un certo grado di segmentazione manuale ed è quindi vulnerabile a errori di identificazione dei depositi BAT, nonché alla variabilità inter-rater.
A causa di queste sfide, tecniche di mappatura spaziale affidabili in grado di distinguere BAT da distribuzioni WAT, insieme a metodi di segmentazione automatici, avrebbe fornito agli investigatori un potente nuovo aolo con cui studiare BAT. La risonanza magnetica (MRI) ha la capacità per l'identificazione, la mappatura del territorio, e la quantificazione volumetrica di BAT, ea differenza di approcci di imaging esistenti ibridi PET-CT, che comprendono una dose radioattiva per il soggetto con immagini, risonanza magnetica non comporta radiazioni ionizzanti e può essere utilizzato in modo sicuro e ripetutamente. La capacità di identificare e quantificare BAT utilizzando la risonanza magnetica può avere un drammatico impatto positivo sulla endocrinologia clinica e la ricerca di nuove vie di ricerca di obesità. Grasso-acqua precedente MRI (FWMRI) studi di BAT sia nei topi e gli esseri umani dimostrano che il grasso-segnale frazione (FSF) di BAT è nel range del 40-80% di grassi, mentre WAT è superiore al 90% di grassi 15,26 , 27. Pertanto ipotizziamo che questo quantitativa FWMRI metrica, in combinazione con altre metriche MRI quantitative, può essere utilizzato in futuro lavoro per visualizzare e quantificare depositi BAT nell'uomo. Ciò fornire alla comunità di ricerca con un potente strumento con cui studiare l'influenza di BAT su incontratoabolism e dispendio energetico senza l'uso di radiazioni ionizzanti.
Il nostro gruppo di ricerca ha studiato BAT negli esseri umani adulti per gli ultimi tre anni. La nostra prima presentazione pubblica sull'uso della risonanza magnetica per indagare sospetti BAT nel soggetto umano un adulto si è verificato nel mese di febbraio 2012 presso la Società Internazionale per la Risonanza Magnetica in Medicina (ISMRM) Separazione Fat-Water Workshop a Long Beach, California 37. Due mesi più tardi, il nostro gruppo ha presentato valori FSF in sospetto BAT in due adulti in occasione della riunione annuale ° 20 del ISMRM nell'aprile 2012 a Melbourne, Australia 38. Un anno più tardi alla riunione annuale st 21 del ISMRM aprile 2013 a Salt Lake City, nello Utah, il protocollo descritto in questo manoscritto è stato utilizzato per la prima (al meglio delle nostre conoscenze) presentazione pubblica di MRI quantificazione della PET-confermata BAT in umano soggetti adulti 39. In particolare, abbiamo presentato le prove che dimostrano che la precedente ay sospetto BAT è stato confermato per essere BAT attivabile utilizzando sia thermoneutral attivato freddo e di imaging 18 F-FDG PET-CT. Dal 2013, la nostra coorte di adulti volontari sani, ripreso sia con MRI e PET / CT in condizioni di temperatura e attivato freddo ha ampliato a più di 20 soggetti con risultati più recentemente presentati nel mese di febbraio 2014 il workshop "Esplorare il ruolo di Brown Fat in esseri umani "promosso dal NIH NIDDK 40. In particolare, abbiamo riportato FWMRI FSF e R 2 * proprietà di rilassamento nelle regioni della BAT sopraclavicolare confermati da 18 F-FDG PET-CT negli esseri umani adulti, con le ROI BAT delineati utilizzando algoritmi di segmentazione automatici basata sul termoneutrale attivato freddo e PET-CT scansioni. Più di recente abbiamo presentato i risultati di mappatura della temperatura a 18 F-FDG PET-CT ha confermato BAT negli esseri umani adulti, utilizzando l'avanzata FWMRI termometria 41,42.
La procedura qui presentata acquisires sia MRI e 18 scansioni F-FDG PET-TC sullo stesso argomento, ognuno dopo l'esposizione a entrambe le condizioni di temperatura attivati freddo e. Le 18 scansioni F-FDG PET-CT temperatura neutra attivate freddo e sono usati per creare le regioni segmentati automaticamente BAT di interesse (ROI), su base oggetto specifico. Questi ROI BAT vengono poi applicati alle co-registrato risonanza magnetica per misurare le proprietà di risonanza magnetica della PET-CT confermato BAT.
Una limitazione di questo protocollo è che la temperatura dell'aria utilizzata quando espone soggetti a uno stimolo caldo o freddo è costante per ogni soggetto. Questa è una limitazione in quanto la temperatura alla quale ciascun soggetto vive sensazione di calore o refrigerate può essere differente. Pertanto, eseguendo una sessione di prova durante il quale la temperatura dell'aria è regolata per adattarsi risposta individuale, e quindi utilizzando queste temperature durante i protocolli di temperatura neutra e fredda-attivazione, potrebbe essere possibile ottenere risposte miglioridal tessuto adiposo bruno.
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Protocol
NOTA: Il comitato etico locale di questo istituto ha approvato questo studio, e tutti i soggetti previsti scritto consenso informato prima della partecipazione. Per essere eleggibili per lo studio, i soggetti devono soddisfare i seguenti requisiti: diabete mellito non nota; nessun uso di beta-bloccanti o farmaci ansia, attualmente o in passato; non fumare o masticare il tabacco, attualmente o in passato; non più di 4 tazze di caffeina ogni giorno; non più di 2 bicchieri di alcol ogni giorno; e se di sesso femminile, non in stato di gravidanza o l'allattamento.
NOTA: In questo studio, ogni partecipante subisce quattro esami: due MRI e due PET-CT. Ogni esame è acquisito in un giorno diverso, con ogni modalità di imaging eseguita in entrambi thermoneutral 24,5 ± 0,7 ° C (76.2 ± 1.3 ° F), e il freddo 17,4 ± 0,5 ° C (63,4 ± 0,9 ° F) condizioni. Le scansioni non sono in programma in qualsiasi sequenza particolare, contribuendo a minimizzare ogni potenziale pregiudizio per i dati a causa di riscaldamento o raffreddamentoil soggetto in un ordine specifico. La dose efficace di radiazione totale per una scansione PET-CT è 6,4 mSv (millisievert), e il radiologo sul personale consiglia un periodo di washout di almeno 24 ore tra ogni scansione.
1. Generale MRI di sicurezza e di imaging preoccupazioni
- Poiché il campo magnetico principale in macchine MRI è sempre acceso, aver cura di garantire la sicurezza del paziente e il personale che interviene nella zona MR. Cancellare tutti gli oggetti magnetici dal soggetto e le persone che lavorano nella zona.
- Chiedi soggetti durante la fase di reclutamento se hanno qualsiasi metallo nei loro corpi 43. Inoltre, ha il soggetto completare un processo di screening di sicurezza magnetico 44 per garantire che qualsiasi metallo nel corpo è approvato per la risonanza magnetica. Questo controllo iniziale può contribuire ad eliminare la possibilità di acconsentire un soggetto che non può completare la risonanza magnetica.
- Inoltre, se vi è qualsiasi metallo nel corpo del soggetto, che è compatibile con MR, garantire thil metallo non è vicino al tessuto di interesse. Questo perché metallo può causare artefatti distorsione dell'immagine, che renderà l'analisi difficile se non impossibile.
2. ottenere il consenso informato
- Incontro con il soggetto di ottenere il consenso informato scritto. Durante questo incontro, coprire tutti i dettagli dello studio, per esempio: il numero di visite, l'impegno di tempo per ogni visita, quali sono i requisiti del soggetto quanto riguarda le limitazioni di esercizio e / o cibo, ciò che il soggetto può e non può fare durante la visita (come il sonno), e le altre specifiche. Utilizzare questo incontro per pianificare le visite per la scansione, in quanto di solito è più facile programmare questi in persona piuttosto che l'utilizzo di più messaggi di posta elettronica.
3. Procedure Prima Visita
- Istruzioni per l'Subject
- Per 24 ore prima di arrivare per lo studio, avere il ritornello soggetto da alcol, caffeina, farmaci o qualsiasi esercizio faticoso o attoivity.
- Istruzioni al soggetto a veloce e per evitare qualsiasi apporto calorico per 8 ore prima di arrivare per lo studio. I soggetti sono autorizzati a bere acqua.
- Come contattare Volunteer
- Ricordare il volontario delle istruzioni specifiche il giorno prima dell'inizio della loro preparazione 24 ore. Questo serve sia come ricordo della scansione, così come contribuisce a garantire che il soggetto ricorda le restrizioni, (es., Non mangiare, nessun esercizio, niente alcool, ecc.).
4. Procedura on Giornata di studio - per la risonanza magnetica
- A temperatura controllata in camera di preparazione
- Utilizzare una piccola camera come la camera a temperatura controllata, in cui il soggetto è esposto alla temperatura desiderata.
NOTA: Utilizzando una piccola camera, è possibile minimizzare gradienti di temperatura nella stanza. Ad esempio, la dimensione della camera usato qui è 7 'x 6' 8 "x 8 'alti, (373,33 piedi cubi). - Preparare ilcamera almeno 60 minuti prima del soggetto entrare nella camera per consentire un tempo sufficiente per la camera per raggiungere una temperatura stabile.
- Mantenere la RT o con una unità portatile di aria condizionata e ventilatore pavimento in rotazione per mantenere l'aria fresca che circola, o utilizzando una stufa portatile programmabile, che oscilla per far circolare l'aria calda intorno alla stanza.
- Disattivare o minimizzare qualsiasi termostato esistente controllare l'aria condizionata o il riscaldamento del locale per evitare conflitti con il target RT desiderata dei dispositivi portatili.
- Utilizzare una piccola camera come la camera a temperatura controllata, in cui il soggetto è esposto alla temperatura desiderata.
- Prima di entrare in camera a temperatura controllata
- Avere il cambio soggetto in pantaloncini medici standard e camicia. Rimuovere calze e scarpe. Se il soggetto è femminile, consentire l'uso di un reggiseno sportivo che non contiene alcun metallo.
- Misura altezza, peso e misure circonferenza vita del soggetto dopo aver cambiato in abiti standard.
- Misurare la temperatura corporea usin del soggettoga termometro sublinguale.
- Nella camera a temperatura controllata
- Dirigere il soggetto di entrare nella stanza a temperatura controllata. Chiedere al soggetto di sedere in silenzio e non eseguire qualsiasi attività che potrebbe cambiare la temperatura del corpo, ad esempio., Esercitando, dattilografia, o addormentarsi.
- Dopo la seduta in camera per 1 ora, misurare la temperatura corporea di nuovo con un termometro sublinguale.
- Dopo la seconda hr della seduta nella camera a temperatura controllata, misurare la temperatura corporea di nuovo con un termometro sublinguale.
- Il giorno MRI quando il soggetto è seduto nella stanza fredda, utilizzare un giubbotto freddo per mantenere un ambiente freddo mentre il soggetto viene trasportato allo scanner MRI. Posizionare la maglia fredda in materia prima al soggetto lasciare la camera a temperatura controllata.
- Dopo 2 ore nella stanza a temperatura controllata, trasportare il soggetto in una sedia a rotelle per lo scanner MRI. Utilizzare la carrozzina per mantenere il soggetto in un relaxed, Stato sedentario, e ridurre al minimo i "riscaldamento" che potrebbe verificarsi a piedi. Inoltre, utilizzando la carrozzina aiuta ad evitare ogni assorbimento del tracciante PET nei muscoli scheletrici, anche se sarebbe probabilmente essere minima.
- MRI Acquisition Protocol
- Acquisire risonanza magnetica utilizzando uno scanner 3T MRI dotato di capacità di trasmissione in parallelo a due canali, un extra-large torso 16 canali di ricezione della bobina, e un tavolo modificata.
- Appendere la parte anteriore del busto riceve bobina dall'alto del foro scanner in un'imbracatura tessuto. Lasciare l'imbracatura per appendere abbastanza basso per scivolare contro il corpo del soggetto, al fine di massimizzare il rapporto segnale-rumore (SNR).
- Inserite la porzione posteriore del tronco riceve serpentina in un rolling "coil wagon" a sandwich tra due strati del tavolo. Come la tavola si muove attraverso il foro scanner, tenere il carro bobina a isocentro da cinghie attaccate allo scanner comprende nella parte anteriore e posteriore della tegli scanner foro in modo che l'elemento posteriore bobina rimane fermo.
- Posizionare il soggetto sul letto prima inserire i piedi scanner in posizione supina.
- Se il soggetto indossa la maglia fredda, togliere il giubbotto prima del soggetto sdraiato.
- Una volta sdraiato, hanno luogo soggetto entrambe le braccia all'interno di un sacchetto simile a una federa, e abbassare le braccia ai lati del corpo. Questo aiuta a garantire le spalle sono posizionati in modo simile sia durante la MRI e PET / CT esami, che rende immagine co-registrazione facile.
NOTA: Permettere il soggetto a sdraiarsi sul letto dello scanner, naturalmente, con la stessa quantità di ammortizzazione sotto la testa durante ogni scansione, e con la borsa federa per sostenere le braccia, tutto contribuisce a minimizzare le differenze tra il posizionamento soggetto tra le scansioni. Qualsiasi sostegno utilizzato per il soggetto durante una scansione, ad esempio un cuscino sotto le ginocchia o inferiore della schiena, deve sempre essere utilizzato nello stesso modo per tha tema, sia durante la risonanza magnetica e PET / TC. - Acquisire MRI grasso-acqua (FWMRI) con un multi-stack, multistrato, più campo veloce echo (MFFE) acquisizione con 7 pile di 20 sezioni assiali, che copre dalla parte superiore della testa di coscia. Fette sono contigui con un gap 0 millimetri tra le sezioni.
- Raccogliere FWMRI scansioni usando software personalizzato per consentire l'acquisizione di 8 echi acquisite due serie intercalati di quattro echi con un TR = 83 ms, TE 1 = 1.024 ms e ΔTE efficace = 0,779 ms. Altri dettagli del protocollo di acquisizione includono: flip angle = 20º, spostamento grasso acqua = 0,323 pixel, la larghezza di banda di campionamento di lettura = 1346,1 Hz / pixel, assiale in piano campo visivo = 520 mm x 408 millimetri, dimensioni voxel acquisito = 2 x 2 mm x 7,5 mm, e la codifica della sensibilità (SENSE) fattore di imaging parallelo = 3 (direzione posteriori anteriore). Fasi di preparazione per ogni stazione comprendono frequenza centrale (F 0) ottimizzazione e prima spessoramento lineari ordine. Acquisitiin tempo è 27.8 secondi per 20 fette.
- Eseguire respiro vale per le stazioni che copre il bacino alle spalle con due respiro tiene ogni stazione, cioè., Senza apnea è più lungo di 14 secondi. In ciascuna posizione tavolo, acquisire un doppio angolo B 1 scansione calibrazione (tempo di acquisizione 15,1 sec) per abilitare RF ottimizzato spessoramento (ampiezza relativa RF e regolazioni di fase) per la capacità di trasmissione a due canali dello scanner.
- Acquisire una scansione di riferimento SENSE in ogni posizione tavola con un tempo di acquisizione di 12.1 sec. Parametri FWMRI consigliate sono elencate nella Tabella 1.
5. Procedura on Giornata di studio - per la PET-CT
- A temperatura controllata in camera di preparazione
- Utilizzare una piccola camera come la camera a temperatura controllata, in cui il soggetto è esposto alla temperatura desiderata.
NOTA: Utilizzando una piccola camera, è possibile minimizzare gradienti di temperatura nella stanza. Fo esempio, la dimensione della camera usato qui è 7 'x 6' 8 "x 8 'alti, (373,33 piedi cubi). - Preparare la camera almeno 60 minuti prima del soggetto entrare nella camera per consentire un tempo sufficiente per la camera di raggiungere una temperatura stabile.
- Mantenere la RT o con una unità portatile di aria condizionata e ventilatore pavimento in rotazione per mantenere l'aria fresca che circola per raggiungere la temperatura stimolo freddo, o utilizzando un riscaldatore portatile oscaillating per mantenere la temperatura termica neutra.
- Disattivare o minimizzare qualsiasi termostato esistente controllare l'aria condizionata o il riscaldamento del locale per evitare conflitti con il target RT desiderata dei dispositivi portatili.
- Utilizzare una piccola camera come la camera a temperatura controllata, in cui il soggetto è esposto alla temperatura desiderata.
- Soggetto Preparazione
- Dirigere il soggetto alla suite di imaging PET di avere una porta IV posto in una vena del braccio o della mano. Questa porta IV consente al tecnico di radiologia per iniettare il radiotracer più tardi, quando il soggetto è seduto nella stanza a temperatura controllata.
- Iof il soggetto è femminile, eseguire un test di gravidanza siero del sangue per assicurarsi che lei non è incinta.
NOTA: Per questo studio, il consiglio riesame interno richiede un test di gravidanza a meno di 24 ore prima della scansione PET / CT in corso di acquisizione.
- Prima di entrare in camera a temperatura controllata
- Avere il cambio soggetto in pantaloncini medici standard e camicia. Rimuovere calze e scarpe. Se il soggetto è femminile, consentire l'uso di un reggiseno sportivo che non contiene alcun metallo.
- Misura altezza, peso e misure circonferenza vita del soggetto dopo aver cambiato in abiti standard.
- Misurare la temperatura corporea del soggetto con un termometro sublinguale.
- Nella camera a temperatura controllata
- Dirigere il soggetto di entrare nella stanza a temperatura controllata. Chiedere al soggetto di sedere in silenzio e non eseguire qualsiasi attività che potrebbe cambiare la temperatura del corpo, ad esempio, l'esercizio, dattilografia, o addormentarsi. Dopo la seduta in camera per 1 ora, misurare la temperatura corporea di nuovo con un termometro sublinguale.
- Nei giorni scansione PET-CT dopo la prima ora in ambiente a temperatura controllata, hanno un tecnico di radiologia amministrare l'iniezione di Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) attraverso la porta IV. Iniettare 0,14 mCi / kg (circa 10 mCi di 70 kg soggetto) di 18 F-FDG. Calcola esatto dosaggio in base a tema peso specifico.
- Dopo la seconda hr della seduta nella camera a temperatura controllata, misurare la temperatura corporea di nuovo con un termometro sublinguale.
NOTA: A differenza dei giorni MRI freddi, uso del giubbotto freddo è inutile freddi giorni PET-CT, perché il tracciante 18 F-FDG è ripreso nella BAT attivato durante l'iniezione ora dopo tracciante. Il tracciante non lascerà il tessuto anche se il soggetto si riscalda come lui / lei viene trasportato allo scanner. Pertanto, poiché è possibile rilevare la presenza di Activated BAT sulle immagini PET-TC, anche se la BAT non rimanere attivo durante la scansione PET-CT, la maglia fredda non è necessario. - Dopo 2 ore in ambiente a temperatura controllata, trasportare il soggetto in una carrozzina per scanner PET-CT. Utilizzare la carrozzina per mantenere il soggetto in un ambiente rilassato, condizione sedentaria, e ridurre al minimo i "riscaldamento" che potrebbe verificarsi a piedi. Inoltre, utilizzando la carrozzina aiuta ad evitare ogni assorbimento del tracciante PET nei muscoli scheletrici, anche se sarebbe probabilmente essere minima.
- PET-CT Acquisition Protocol
- Acquisire scansioni PET-TC su uno scanner Discovery STE PET / CT (STE sta per see and treat Elite).
- Posizionare il soggetto sul letto prima inserire la testa dello scanner in posizione supina.
- Una volta sdraiato, hanno luogo soggetto entrambe le braccia all'interno di un sacchetto simile a una federa, e abbassare le braccia ai lati del corpo. Questo aiuta a garantire le spalle sono posizionati in modo simile durante entrambiMRI e PET / CT esami, il che rende l'immagine co-registrazione più facile.
NOTA: Il campo dell'imaging PET / CT di vista copre dalla parte superiore della testa a metà coscia in 7-9 posizioni letto, a seconda dell'altezza soggetto (2 min per posizione letto). Parametri PET-TC consigliate sono elencate nella tabella 2.
6. MRI Post Processing
- Salvare immagini reali e immaginari MR per off-line segnale lavorazione.Non misurata mediante risonanza magnetica è una grandezza vettoriale con intensità e direzione che può essere rappresentato come un numero complesso con parte reale e immaginaria. In ambito clinico, sono in genere visualizzate le immagini magnitudo. Tuttavia, sono necessarie informazioni complesse per l'elaborazione nelle immagini di grassi e acqua.
- Eseguire acqua tridimensionale di separazione / grassi e R 2 * stima basata su un multi-scala intera immagine algoritmo di ottimizzazione 45 implementato in C ++ per ogni singola pila fetta. Grasso è modellato utilizzando 9 picchi
- Scartare la prima eco di ogni treno 4-echo per evitare la potenziale contaminazione di correnti indotte nel modello del segnale acqua-grasso complesso.
7. PET-CT Post Processing
- Carica dati CT DICOM in MATLAB e convertirli in unità Hounsfield (HU) applicando il valore Rescale scanner in dotazione per i valori dei dati.
- Caricare dati PET DICOM in MATLAB e convertire in valori standardizzati assorbimento (SUV) utilizzando la seguente formula:
dove "valore di pixel" è il valore memorizzato nel file DICOM per quella posizione pixel.
NOTA: L'attività di tracciante PET è la dose totale radionuclide, e può essere letto dai immagine meta-dati (file di intestazione DICOM).
.jpg "/> - Interpolare i dati PET avere le stesse dimensioni dei dati CT.
- Poiché le immagini PET e CT vengono acquisite con lo stesso spessore della fetta, effettuare l'interpolazione utilizzando una funzione di spline 2-dimensionale nel piano XY.
8. Dati Post Processing
- Per analizzare le immagini, co-registrare tutti i 4 immagine-volumi per ogni soggetto mediante un algoritmo di registrazione corpo rigido 47 tramite un metodo semi-automatico con sviluppato in-house visualizzazione 3-piano software per verificare la registrazione in tutte le tre dimensioni.
- A causa di difficoltà con la registrazione dell'intero volume dell'immagine attraverso tutti i quattro punti di tempo, concentrarsi sulla regione di registrazione sul collarino all'apice dei polmoni. Usare solo la regione con successo registrato in ulteriore elaborazione dei dati.
- Dopo la registrazione di immagini, caricare FWMRI, CT HU e dati SUV PET in MATLAB e utilizzare per definire le regioni BAT di interesse.
NOTA: Simile a precedenza publMetodi mentata 19,25,48 distinguere BAT utilizzando valori PET SUV e CT HU, da considerarsi parte della maschera BAT, ogni voxel dell'immagine deve soddisfare i seguenti: (1) il valore HU rientra nella gamma di: -200 <HU <-1, su entrambi i TAC freddi e caldi; (2) SUV> 2,0 sulla PET freddo scansione; (3) frazione di segnale SUV [(SUV freddo) / (Cold SUV + SUV Warm)]> 0,55, vale a dire, la scansione PET freddo deve generare oltre il 55% del totale osservato segnale di SUV in quel voxel; e (4) contenere solo i pixel in primo piano dalla risonanza magnetica, in cui viene utilizzato il metodo di Otsu 49 per classificare i pixel in primo piano. - Se un voxel soddisfa tutti questi criteri, includere il voxel nella maschera binaria dell'identità BAT.
- Applicare le seguenti operazioni morfologia binari.
- Creare una matrice delle stesse dimensioni delle immagini in lavorazione. Ogni posizione spaziale nella nuova matrice è la somma 3D di tutti i suoi vicini adiacenti nella maschera binaria BAT, tra diagonali. La s massimaum è 26.
- Soglia questa nuova matrice per includere solo i luoghi con 15 o più vicini 3D. Questa matrice costituisce poi la maschera finale BAT binario.
NOTA: Queste regole sono sufficienti al tessuto segmento BAT, e senza ulteriori modifiche alla maschera è necessario eliminare voxel non BAT. Questo forma una maschera slice-by-fetta di PET-CT ha confermato BAT nella regione spalla co-registrato.
- Applicare la maschera a tutte le immagini co-registrata per acquisire la SUV, HU, frazione di grasso del segnale (FSF) e R 2 * valori nelle regioni BAT, sia per le scansioni freddi e caldi.
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Representative Results
L'acquisizione sia MRI e PET-TC sullo stesso argomento, e l'esecuzione di co-registrazione su tutte le scansioni consente la misurazione affidabile di metriche MRI quantitativi di BAT. La Figura 1 mostra la non trasformati calda (TN) e fredda (CA) PET-TC e RM scansioni da un soggetto. Con l'acquisizione sia TN e CA PET-CT dati, è possibile distinguere chiaramente i depositi BAT-attivato a freddo da parte del maggiore assorbimento 18 F-FDG. Dopo co-registrazione tutti quattro scansioni (Figura 2 e 3), è possibile creare una maschera specifica BAT-soggetto usando criteri derivati dalle immagini PET-CT, come si vede nella figura 4. Questa maschera può essere applicato ai quattro scansioni co-registrato di acquisire le metriche di immagine nei depositi BAT. Valori rappresentativi di un soggetto vengono visualizzati in Tabella 1.
Figura 1. immagini coronali dalla scansione calda (TN) e fredda (CA) per un soggetto che mostra la massima sporgenza intensità PET (MIP) in scala di grigi inversa, PET / CT overlay, frazione di segnale di grasso CT, e RM (FSF). Nota la maggiore 18 F-FDG nella regione clavicola (freccia rossa), nonché lungo la colonna vertebrale sulla scansione CA PET MIP, indicando tessuto adiposo bruno attivato. La linea rossa tratteggiata l'immagine CA CT sulla indica la regione clavicolare di essere ulteriormente analizzato. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2. clavicolare livello slice assiali, post-registrazione. L'aumento 18 F-FDG visto nel CA scansione PET (frecce bianche), si verifica nel sregione upraclavicular del tessuto adiposo come determinato dai valori unitari CT Hounsfield. La frazione di segnale grasso MRI (FSF) in questa regione rientra nel range 50-80%, simile a quella di precedenti ricerche. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 3. diagrammi di flusso che mostrano la fase di registrazione. (A), in cui le immagini sono tutti registrati sulla stessa spazio dell'immagine. Dopo la registrazione, le quattro immagini vengono utilizzati nella creazione maschera BAT (B).
Figura 4. immagini binarie che mostrano i criteri per la generazione della maschera BAT. Da consiparte Ered della maschera BAT, ogni voxel dell'immagine deve soddisfare queste quattro regole, determinato su base slice-by-slice. Se un voxel soddisfa tutti questi criteri, è incluso nella maschera binario dell'identità BAT. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
| Metodo Imaging | Valore: | ||
| Media ± 95% CI | |||
| Thermoneutral CT [HU] | -68,62 ± 9.35 | ||
| Freddo Attivato CT [HU] | -55,04 ± 7.72 | ||
| Thermoneutral PET [SUV] | 0.52 ± 0.05 | ||
| Freddo Attivato PET [SUV] | 7.15 ± 1.16 | ||
| Thermoneutral FSF [%] | 41.62 ± 5.04 | Freddo Attivato FSF [%] | 47.76 ± 5.15 |
| Thermoneutral R2 * [1 / sec] | 128.22 ± 19.48 | ||
| Freddo Attivato R2 * [1 / sec] | 101.27 ± 24.92 |
Tabella 1. I valori numerici (in media il 95% intervallo di confidenza) da entrambe le scansioni di temperatura neutra attivati freddo e per un soggetto.
| Parametro | Raccomandazione | |||
| Generale | Tipo Sequence | Multi-eco veloce Campo Echo (MFFE) | ||
| Bobina di trasmissione RF | Quadrature-corpo | |||
| Ricevere coil | ||||
| Durata della scansione totale (min: sec) | 00:25 (per stazione tabella) | |||
| Geometria | Multi-trasmissione | Sì | ||
| Piano anatomico | Trasversale | |||
| Numero di fette | 20 | |||
| Spessore Slice (mm) | 7.5 | |||
| Gap Inter-slice (mm) | 0 | |||
| Acquisito Matrix | 260 x 204 | |||
| Matrix ricostruzione | 288 | |||
| Campo visivo (mm) | 520 x 408 | |||
| Dimensioni voxel ricostruito (mm) | 1.81 x 1.82 x 7.5 | |||
| SENSE | Sì | |||
| Riduzione P (AP) | 3 | |||
| Ordine di scansione Slice | Ascendere | |||
| Fold-over direzione | Anteriore-posteriore | |||
| Fat direzione di spostamento | Sinistra | |||
| Contrasto | Modalità di scansione | Multi-slice | ||
| Tempo di ripetizione (ms) | 83 | |||
| Echoes | 4 | |||
| Interleaved MFFE | Sì | |||
| Count Interleaved | 2 | |||
| Tempo Echo (prima) (ms) | 1.023 | |||
| Spaziatura tempo Echo (ms) | 1.559 | |||
| Efficace tempo di eco Interleaved (ms) | 0,7793 | |||
| Angolo di eccitazione di vibrazione (°) | 12 | |||
| Shimming RF | Adattabile | |||
| Acquisizione del segnale | Imaging parallelo | Fattore SENSE = 3 | ||
| Fourier parziale | No | |||
| Larghezza di banda / pixel (Hz / pixel) | 1.346,1 | |||
Tabella 2. Parametri utilizzati per MRI grasso-acqua (FWMRI) acquisizione.
| Parametro | Raccomandazione |
| Modalità di acquisizione | Elicoidale |
| Diametro di raccolta dei dati (mm) | 500 |
| Diametro ricostruzione (mm) | 700 |
| Tempo di esposizione (secondi) | 873 |
| Kernel Convolution | Standard |
| Tempo Revolution (sec) | 0.8 |
| Larghezza collimazione singolo (mm) | 1.25 |
| Fattore campo Spiral | 1.675 |
| Campo visivo - CT | 512 x 512 |
| Campo visivo - PET | 128 x 128 |
| Spessore Slice (mm) | 3.75 |
| Dimensioni voxel ricostruito (mm) - CT | 1.37 x 1.37 x 3.75 |
| Dimensioni Ricostruito voxel (mm) - PET | 5.47 x 5.47 x 3.75 |
| Numero totale di slices | 299-335 |
Tabella 3. Parametri utilizzati per la PET-CT acquisizione delle immagini.
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Discussion
Il protocollo dello studio descritto è stato progettato per utilizzare sia thermoneutral e attivati freddo PET / CT per automaticamente segmento depositi BAT su base oggetto specifico. Queste regioni generate automaticamente di interesse possono essere applicate a entrambe le scansioni MRI temperatura neutra e attivato freddo che sono stati co-registrate per le scansioni PET / TC dello stesso soggetto. Per quanto a nostra conoscenza, questa è la prima ricerca di eseguire sia MRI e PET / CT dopo condizioni di temperatura e attivato freddo sullo stesso volontario umano adulto sano. La procedura qui descritta richiede quattro visite, con una sessione di imaging eseguite ogni giorno. Attraverso ulteriori analisi utilizzando questo metodo, sarebbe possibile determinare precise proprietà MRI del tessuto adiposo bruno in esseri umani adulti utilizzando regioni PET-confermati di interesse. Ciò consentirebbe studi futuri per rilevare e quantificare la BAT negli esseri umani potenzialmente utilizzando solo la risonanza magnetica. A differenza del PET, che è l'attuale gold standard de facto di imaging BAT, la capacità di immagine BAT utilizzando MRI sarebbe evitare l'esposizione alle radiazioni. Inoltre studi, basati su MRI di BAT che coinvolgono soggetti pediatrici nonché studi longitudinali non comporterebbero l'esposizione alle radiazioni. Perché BAT è più spesso osservata in individui più magri ed è inversamente correlata con altri indici sindrome metabolica, è possibile che l'aumento di massa e l'attività o BAT possono contrastare l'obesità 3,6,8,9,11,48,50,51. Pertanto, la capacità di non-invasivo di rilevare e quantificare BAT potrebbe portare a una migliore comprensione del ruolo svolto dallo BAT in obesità e il metabolismo. Approcci basati-MRI futuro potrebbero essere utilizzati negli studi longitudinali per valutare gli interventi, ad esempio., Farmacologico, dieta, o sulla base di attività fisica, usato per aumentare la quantità o l'attività di BAT.
Uno dei punti critici di questo protocollo è quello di ottenere la registrazione accurata dei volumi di imaging. E 'attraverso la registrazione delle immagini che la BAT ROSi sono prodotti; quindi registrazione delle immagini è fondamentale. Perché 18 F-FDG nelle immagini PET è diffusa a causa della relativamente grandi dimensioni voxel delle immagini PET rispetto a risonanza magnetica, è importante utilizzare valori sia PET SUV e CT HU durante la creazione della maschera BAT ROI. Inoltre, utilizzando dati ottenuti sia thermoneutral e condizioni attivati freddo, è possibile definire le regioni di 18 F-FDG nelle scansioni attivati freddo che hanno più di 55% di assorbimento rispetto alle condizioni di temperatura. Questa regola frazione di segnale SUV è necessario per eliminare tessuti con una altrettanto elevata SUV su entrambe le scansioni fredde e temperatura neutra. Questo aiuta a limitare la maschera BAT ROI per contenere solo le regioni BAT, come le aree di scansione attivata freddo con approssimativamente uguali livelli di 18 F-FDG, come nella scansione termica neutra vengono ignorati. Inoltre, usando la regola quartiere di 15 pixel è destinato a catturare regioni che hanno la maggioranza dei vicini BAT. Il compromesso è chenumeri bassi eviteranno eliminando piccole regioni ed erodendo i bordi, mentre potenzialmente lasciando voxel spuri che non sono BAT, e un numero elevato sarà erodere i confini ed eliminare piccole regioni BAT. Anche se questo metodo produce maschere di tessuto adiposo bruno, che non ha la pretesa di catturare con precisione l'intero importo BAT.
Uno degli aspetti negativi di questo protocollo di ricerca è l'approccio "one-size-fits-all" sia per il riscaldamento e il raffreddamento dei soggetti. Il lavoro futuro potrebbe trarre vantaggio dall'utilizzo di un approccio più individualizzato per massimizzare la termogenesi non brividi, e quindi massimizzare l'attivazione BAT, per ogni soggetto. Inoltre, il riscaldamento del soggetto a condizione thermoneutral potrebbe beneficiare utilizzando una temperatura specifica soggetto, assicurando che la BAT non è più in uno stato attivo è su base individuale. Il vantaggio di utilizzare protocolli di raffreddamento individualizzati è stato sottolineato nella recente pubblicazione da van der Lans et al. 52, eè una chiave potenziale modifiche per migliorare questo protocollo. Inoltre, assente da questo protocollo è che non ci sono stati tentativi di determinare lo stato del ciclo mestruale nei soggetti di sesso femminile. Questo potrebbe essere facilmente corretta per studi futuri.
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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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