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JoVE Journal Immunology and Infection
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Immunology and Infection

Analyse der 18FDG PET/CT Imaging als Werkzeug für Studium Mycobacterium-Tuberkulose -Infektion und Behandlung bei nicht-menschlichen Primaten

Published: September 5, 2017 doi: 10.3791/56375
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1, 1, 2, 1
1Department of Microbiology and Molecular Genetics, University of Pittsburgh School of Medicine, 2Department of Pediatrics, Children's Hospital of Pittsburgh, University of Pittsburgh Medical Center
* These authors contributed equally

Summary

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um die Analyse der 18F-FDG-PET/CT-Bildgebung bei nichtmenschlichen Primaten zu beschreiben, die mit Mycobacterium Tuberculosis , Krankheitsverlauf, medikamentöse Behandlung und Krankheit Reaktivierung zu studieren infiziert wurden.

Abstract

Mycobacterium Tuberculosis bleibt die Nummer eins infektiösen Agens in der Welt heute. Mit dem Aufkommen der Antibiotika-resistente Stämme sind neue klinisch relevante Methoden benötigt, die den Krankheitsprozess und Bildschirm für potenzielle Antibiotikum und Impfstoff Behandlungen auswerten. Positronen-Emissions-Tomographie/Computertomographie-Tomographie (PET/CT) hat als ein wertvolles Instrument für die Untersuchung einer Reihe von Leiden wie Krebs, Alzheimer-Krankheit und Entzündung/Infektion etabliert. Hier sind eine Reihe von Strategien, die auszuwertende PET/CT Bilder in Cynomolgus Makaken, die intrabronchially mit niedrigen Dosen von M. Tuberculosisinfiziert sind angestellt gewesen sein. Durch Beurteilung der Größe der Läsion auf CT und Aufnahme von 18F-Desoxyglukose (FDG) in Läsionen und Lymphknoten in PET-Bildern, diese beschriebenen Methoden zeigen, dass PET/CT-Bildgebung zukünftige Entwicklung aktiv gegen latente Krankheit vorhersagen kann und die Neigung zur Reaktivierung von einem latenten Zustand der Infektion. Darüber hinaus bestimmen diese Methoden durch die Analyse des Gesamtniveaus der Lungenentzündung, antibiotische Wirksamkeit von Medikamenten gegen Mycobacterium Tuberculosis in der klinisch relevanten bestehenden Tiermodell. Diese Bildanalyseverfahren sind einige der mächtigsten Werkzeuge im Arsenal gegen diese Krankheit, wie nicht nur können sie eine Reihe von Merkmalen der Infektion und medikamentöse Behandlung zu bewerten, sondern sie auch direkt übersetzbar in einem klinischen Umfeld für den Einsatz in der Human-sind Studien.

Introduction

Mycobacterium Tuberculosis hat Menschen seit Jahrtausenden geplagt und verursacht mehr Sterblichkeit als jede andere einzelne Erreger in der Welt heute. Im Jahr 2015 wurden weltweit 10,5 Millionen neue Fälle von Tuberkulose (TB)1 mit der Mehrzahl der Fälle, die aus Indien, Indonesien, China, Nigeria, Pakistan und Südafrika. Schätzungen zufolge die weltweite Zahl der Todesopfer von TB auf 1,4 Millionen Menschen im gleichen Zeitraum. Dieser Wert ist fast 25 % niedriger als die Sterberate vor 100 Jahren. Obwohl Medikament empfindlich TB behandelbar ist, die Therapie ist langwierig, erfordern mehrere Medikamente und Compliance ist ein Anliegen. Die Entstehung von Multi-resistente (MDR) Stämme entfielen ~ 580.000 der TB-Neuerkrankungen im Jahr 2015. Die erfolgreiche Behandlung bei Patienten mit MDR-Stämmen von Mycobacterium Tuberculosis ist nur bei etwa 50 % geschätzt. Noch alarmierender ist die Entstehung von ausgiebig (XDR) Resistenzen von M. Tuberculosis, die gegen fast alle verfügbaren Medikament resistent sind. Daher sind neue Techniken erforderlich, innerhalb der TB-Forschungsfeld, die die Fähigkeit zur diagnose von TB zu verbessern, erhöhen die immunologische Verständnis des Krankheitsverlaufs und lassen für das Screening von neuen Behandlungsmethoden und Präventionsstrategien einschließlich Antibiotika Therapien und Impfstoff Wirksamkeitsstudien.

M. Tuberculosis ist ein aerober säurefeste Bazillus, die physisch sich durch seine sehr komplexe äußere Zellwand und langsames Wachstum Kinetik zeichnet. Die Infektion erfolgt in der Regel durch Einatmen von einzelnen Bakterien in Aerosol Tröpfchen, die beim Husten, Niesen oder Gesang von einer symptomatischen, infizierte Person verwiesen werden. Der exponierten Individuen, die Infektion zu entwickeln, entwickeln nur 5-10 % der Menschen aktiven klinische TB. Die restliche 90 % haben ein unterschiedlicher Spektrum von asymptomatischen Infektionen, die reicht von subklinische Infektion, keine Krankheit, die klinisch als latente TB-Infektion (LTBI)2,3eingestuft ist. Der Bevölkerung, die diese asymptomatische Infektion hat, werden etwa 10 % aktiven TB durch Reaktivierung der enthaltenen Infektion im Laufe ihres Lebens entwickeln. Das Risiko einer Reaktivierung drastisch erhöht, wenn eine Person mit asymptomatische Infektion Verträge HIV oder erfährt Behandlung mit eine immunsuppressive Medikament, z. B. TNF-Hemmer4,5,6. Aktive TB-Erkrankung stellt auch als ein Spektrum mit den meisten Menschen, die Lungentuberkulose, die die Lungen und thorakalen Lymphknoten betrifft. M. Tuberculosis kann jedoch jedes Organ infizieren, damit die Infektion auch in der Beteiligung extrapulmonaler Websites präsentieren kann.

Die pathologische Markenzeichen von M. Tuberkulose -Infektion ist eine organisierte kugelförmige Struktur von Wirtszellen, die Granulom bezeichnet. Makrophagen, T-Zellen und B-Zellen sind wesentliche Bestandteile der Granulom, mit einer variablen Anzahl von Neutrophilen7. Das Zentrum der Granulom ist oft nekrotisch. So funktionieren Granulome als eine immun Mikroumgebung zu töten oder enthalten die Bazillen, Verbreitung auf andere Teile der Lunge zu verhindern. M. Tuberculosis können jedoch töten untergraben, indem das Granulom und innerhalb dieser Strukturen für Jahrzehnte andauern. Konsequente und regelmäßige Überwachung für die Entwicklung von aktiver TB-Erkrankung nach neuen Infektion oder Reaktivierung der LTBI ist unpraktisch, wissenschaftlich schwierig und zeitraubend. Techniken, die diese Prozesse längs, in Menschen und menschenähnlichen Tiermodellen, sind äußerst nützlich für die wissenschaftliche Gemeinschaft fördern das Verständnis der vielen komplexen M. Tuberkulose -Infektion und Krankheit zu studieren.

PET/CT ist ein äußerst nützliches bildgebendes Verfahren, das eine breite Palette von Krankheitszuständen bei Mensch und Tier-Modelle8Studium beschäftigt war. PET ist eine funktionale Technik, die Positronen emittierenden radioaktive Substanzen als Reporter verwendet. Diese Radioisotope sind in der Regel funktionalisiert, um eine metabolische Verbindung, z. B. Glukose, oder eine Ausrichtungsgruppe, die entworfen ist, um Bindung an einen Rezeptor von Interesse. Da die Strahlung, die aus PET Isotope mächtig genug, um Gewebe zu durchdringen ist, können sehr geringe Konzentrationen eingesetzt werden ermöglicht eine Studie unter Sättigungsgrad in Rezeptor-targeting Verbindungen und bei einer niedrig genug Konzentration, haben keinen Einfluss auf Stoffwechsel Prozesse bei der Verwendung der Mittel wie 2-Deoxy - 2-(18F) Fluoro-D-Glucose (FDG). CT ist eine dreidimensionale Röntgenaufnahme bildgebendes Verfahren, mit denen unterschiedliche Ebenen von x-ray Dämpfung um physikalische Eigenschaften der Organe im Körper9zu identifizieren. Wenn gepaart mit PET, CT als Map dient bestimmen bestimmte Orte und Strukturen, die Aufnahme von einem PET Radiotracer zeigen. PET/CT ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die in-Vivo Bildgebung von Mensch und Tiermodellen mit M. Tuberkulose -Infektion, die zu viele wichtige Erkenntnisse zur Pathogenese, Reaktion auf medikamentöse Behandlung, Erkrankung Spektrum führte infiziert etc.6 ,10,11,12. Diese Arbeit beschreibt spezifische PET/CT analytische Methoden zur nichtmenschlichen Primaten Modelle längs mit Parametern wie Granulom Größe, FDG Aufnahme in einzelne Läsionen, ganze Lunge und Lymphknoten FDG Gier und Erkennung von extrapulmonalen TB studieren Krankheit,6,10,11,12.

Dieses Manuskript beschreibt Methoden der bildgebenden Analyse bei nichtmenschlichen Primaten (NHP), speziell Cynomolgus Makaken, die verwendet werden, um das Fortschreiten der Erkrankung und medikamentöse Behandlung nach Infektion mit M. Tuberculosis längs zu bewerten . NHP sind eine wertvolle Tiermodell, denn wenn mit einer niedrigen Dosis von M. Tuberculosis Erdman Stamm geimpft, Tiere eine Vielzahl von Krankheitsverläufe mit ~ 50 zeigen % Entwicklung aktiver TB und die verbleibenden Tiere asymptomatische Infektion (d.h. Kontrolle der Infektion, LTBI), bietet das nächste Modell der klinischen Erkrankung Spektrum in Menschen3,13,14,15,16gesehen. Reaktivierung der LTBI in Makaken wird von den gleichen Agenten ausgelöst, die Reaktivierung beim Menschen für das Beispiele Human Immunodeficiency Virus (HIV verursachen, mit simian Immunodeficiencyvirus (SIV) als die Makaken-Version von HIV), CD4 Erschöpfung oder tumor Nekrose-Faktor (TNF) Neutralisation13,16. Darüber hinaus präsentieren Makaken mit Pathologie, die ist sehr ähnlich dem in Menschen, einschließlich der organisierten Granulome, die bilden in Lunge oder anderen Organen17gesehen. Dieses Modell hat so wichtige Einblicke in die grundlegenden Wirt-Pathogen Interaktionen in M. Tuberkulose -Infektion sowie wertvolle Erkenntnisse über Drogen-Therapien und Impfstoffe gegen Tuberkulose14,18 versehen. , 19 , 20 , 21.

PET/CT-Bildgebung bietet die Möglichkeit, die Darstellung, Verteilung und Fortschreiten der einzelnen Granulome folgen. Diese Arbeit hat in erster Linie FDG als Sonde, die als ein Glukose-Analogon in stoffwechselaktiven Wirtszellen, z. B. Makrophagen, neutrophilen Granulozyten und Lymphozyten8, umfasst alle in Granulome sind verwendet. FDG ist somit ein Proxy für Host Entzündung. Die detaillierte Analyseverfahren hierin verwendet OsiriX, einen weit verbreiteten DICOM Viewer für Kauf und Nutzung zur Verfügung. Die Bild-Analyse-Methoden beschrieben Form, Größe und Stoffwechselaktivität (über FDG Aufnahme) der einzelnen Granulome im Laufe der Zeit zu verfolgen und verwendet Bildgebung als Karte zur Identifizierung von spezifischen Läsionen auf tierische Autopsie. Darüber hinaus wurde eine separate Methode entwickelt, die die Summierung der FDG-Aufnahme in der Lunge ab einem bestimmten Schwellenwert (SUV ≥ 2,3) quantifiziert und verwendet diesen Wert, um Unterschiede zwischen Steuerung und experimentellen Gruppen in den Studien von Impfstoff bis hin zu bewerten Studien-Co-Infektion-Modelle. Diese Daten unterstützen, die diese allgemeine Maßnahme der FDG-Aufnahme in der Lunge mit bakteriellen Belastung, wodurch es Informationen über den Status der Erkrankung korreliert. Ähnliche Untersuchungen können auf die FDG-Aufnahme der thorakalen Lymphknoten, Fortschreiten der Erkrankung sowie zu studieren durchgeführt werden. Das folgende Protokoll beschreibt den experimentellen Prozess aus tierischen Infektion durch Bildanalyse.

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Protocol

alle in dieser Arbeit beschriebenen Methoden wurden von der University of Pittsburgh institutionelle Animal Care and Use Committee genehmigt. Alle Verfahren institutionellen Biosicherheit und Strahlung Sicherheitsanforderungen. CT Scan erfordert Blei Schürze und Kehle Abdeckung anziehen. Biosafety Level 3 (BSL3) Gewand und Verfahren für die Arbeit mit nicht-menschlichen Primaten sind nach institutionellen Richtlinien einzuhalten. Alle Scannen in einer BSL3-Anlage durchgeführt wurde.

1. Tier Infektion Verfahren

  1. Tier mit Ketamin (10 mg/kg, intramuskulär) oder Telazol (5-8 mg/kg, intramuskuläre) sedieren, wenn Tier Nebenwirkungen von Ketamin hat.
  2. Mit einem Laryngoskop Kehldeckel und Stimmbänder zu visualisieren. Stimmbänder zu betäuben, durch Besprühen mit Cetacaine Spray für ~ 1 s (nicht mehr als 2 s).
  3. Mit dem Laryngoskop ein Bronchoskop (2,5 mm Außendurchmesser) in die Luftröhre über direkte Visualisierung in der rechts kaudalen Lungenflügel führen.
  4. Bereiten Sie eine Spritze, bestehend aus ca. 5-20 (je nach Studie) Koloniebildenden Einheiten von M. Tuberculosis in 2 mL steriler Kochsalzlösung und die Lösung durch das Bronchoskop Kanal zu verwalten. Eine separate Spritze, bestehend aus 2 mL steriler Kochsalzlösung vorbereiten und verwalten die Kochsalzlösung durch das Bronchoskop Kanal gefolgt von 5 mL Luft dazu komplette Ablagerung von Bakterien 22.
  5. Das Bronchoskop zurückziehen und der Affe bis vollständig wach und aufmerksam zu beobachten.

2. Imaging Acquisition, Histogramm und Rekonstruktionsverfahren

  1. Prepare Tier für die Bildgebung.
    1. Sedate Tier mit Ketamin (10 mg/kg, intramuskulär) oder Telazol (5-8 mg/kg, intramuskuläre) wenn Tier hat Nebenwirkungen von Ketamine.
      Hinweis: Tiere brauchen, Erbrechen während der bildgebenden Verfahrens zu verringern und um Konsistenz in der FDG-PET-Scans über Nacht gefastet werden.
    2. Legen Sie einen intravenöse (IV)-Katheter in die Stammvenen entweder Bein und sichern Sie mit Tuch Band.
    3. Verdünnen Sie eine etwa 5 Millicurie Dosis von FDG mit steriler Kochsalzlösung auf ein Gesamtvolumen von 5 mL in einer Kunststoffspritze.
    4. Erfassen die Voreinspritzung Radioaktivität in der Spritze mit einer Dosis-Kalibrator, notieren Sie die Zeit und legen Sie die Spritze in einem Lead-Spritze-Halter.
    5. Langsam injizieren die radioaktive Dosis durch den IV-Katheter und folgen mit 5 mL steriler Kochsalzlösung. Notieren Sie die Einspritzzeit. Einspritzzeit, ca. 45 min - 1 h vor der PET-Bildgebung werden koordiniert werden sollten.
    6. Zeichnen die nach der Injektion Radioaktivität die Spritze mit der Dosis-Kalibrator und notieren Sie die Zeit. Entsorgen Sie die Spritze in einen geeigneten Abfallbehälter.
    7. Mit einem Laryngoskop, Kehldeckel und Stimmbänder zu visualisieren und mit Cetacaine Spray betäuben.
    8. Führen einen endotrachealen Schlauch (3,5 bis 4,5 mm je nach Größe der Affe) in die Luftröhre und Pumpen Sie die Manschette am eingefügten Ende des Rohres.
    9. Mit einem langen, dünnen Streifen steriler Gaze, sichern die Intubation Rohr durch das Einwickeln des Streifens um das Rohr piercing den Streifen mit jedem Eckzahn des Tieres, dann einen Knoten mit dem Restbetrag der Gaze rund um die Brücke von der Schnauze und schließlich um die hinteren o den Kopf f.
    10. Decken die Augen mit künstlichen Tränen, während der Bildgebung Austrocknen zu verhindern.
  2. Perform CT und PET-Scans.
    1. Ort Tier auf Scannen Bett.
    2. Connect Intubation Rohr, eine Atemschutzmaske mit den folgenden Einstellungen: Atemfrequenz = 15, Spitzendruck = 15-17, Sauerstoff % = 40, PEEP (positive End exspiratorischen Druck) = 3, Tidalvolumen = 60, T ich (inspiratorische Zeit) = 0,4, ich: E (inspiratorische, exspiratorischen Zeit) Ratio = 1:3. 4, T Plateau (inspiratorische Pause vor Ablauf) = 0,5, Peak Flow = 9,0 (diese Werte können eingestellt werden basierend auf der tierischen spezifischen pulmonalen Compliance oder experimentelle Bedürfnisse).
    3. Starten Inhalat Anästhesie (2 % Isofluran) durch den Ventilator und fortgesetzt, bis keine Reaktion auf körperliche Reize Tiershows.
    4. Ort-Tier in Bauchlage mit Kopf und Beinen unterstützt.
    5. Tier innerhalb der CT Blickfelds legen und führen eine Vorschau-Scan, um sicherzustellen, dass die gesamte Spanne von Lungenvolumen in einer vollständigen Untersuchung einbezogen werden.
    6. Erwerben eine CT-Untersuchung mit den folgenden Parametern (Helical Scan, axiale FOV = 250 mm, Spannung = 140 kV, Strom = 2,0 mA, Scheibendicke = 1,25 mm, Schärfe = extra scharf) während der Durchführung eines Ventilator Atems halten.
      Hinweis: CT-Kontrastmittel ist optional. Wenn Sie einen Kontrast-Scan durchführen, ist eine Verzögerung zwischen Injektion von Kontrastmittel notwendig und Bildaufnahme weil Bündelung von Kontrastmittel im Herzen stört die richtige Bildrekonstruktion Lunge Platz auf der PET-Scan und schafft Artefakt in der Lunge auf den CT-Scan
    7. achten Sie darauf, senken Sie Isofluran Konzentration auf 0,7 - 0,8 % während des Scanvorgangs.
    8. Ort-Tier innerhalb der PET Blickfelds.
      Hinweis: Das System für diese Arbeit ist ein Inline-System mit einem separaten CT und PET-Scanner. Koordinaten für die Positionierung von PET werden manuell berechnet basierend auf CT Koordinaten.
    9. Erwerben 600 s PET-Bildern für jede Position Bett.
      Hinweis: Das Focus 220-System hat eine axiale FOV von 7,6 cm. Diese Arbeit erfolgte mittels vier Bett-Positionen, die während der Nachbearbeitung manuell genäht sind.
    10. Isoflurane auszuschalten, Tier aus Ventilator allmählich zu entwöhnen, entfernen Sie die Luft aus der Manschette Ventilator Rohr und das Rohr zu entfernen, sobald das Tier hat wieder Husten Reflexe und ist normal zu atmen. IV-Katheter entfernen und Druck auf die Injektionsstelle zu halten, bis Blutfluss gestoppt hat.
  3. Führen Sie PET-Bild-Histogramm und Wiederaufbau.
    1. Führen Sie PET-Bild-Histogramm mit den folgenden Parametern: 3D Histogramm mit keine Glättung, Spannweite: 3, Ring Unterschied: 47, globale durchschnittliche Deadtime Korrektur.
    2. Führen Sie PET Bildrekonstruktion mit den folgenden Parametern = OSEM3D (bestellt Teilmenge Erwartung Maximum 3 Dimension) Algorithmus mit CT-basierte Dämpfung, Rampe Projektion Filter und Scatter Korrektur nachgeben eine 284-Scheibe Bild.
  4. Co Register PET- und CT-Bilder.
  5. Export Co-registered PET und CT DICOM Bilder der Software (z.B. OsiriX).

3. Identifizierung und Analyse einzelner Läsionen

  1. offen PET und CT DICOM-Bilder aus der OsiriX-Datenbank in die axiale Ausrichtung (CT Bild wird mit dem PET-Bild verschmolzen werden und es wird eine separate PET Bildfenster).
  2. Scan (oder serielle Scans) auf axiale Ausrichtung gesetzt.
  3. Auf dem CT-Scan (überall) und ändern die " WL/WW " in der oberen Menüleiste auf " CT – pulmonalen ".
  4. Scroll durch den Scan zu bestimmen, wo Lungenlappen beginnen und Ende. (Lunge Risse zu identifizieren.)
    1. Blättern Sie durch die gesamte Scan, mit Schwerpunkt auf kleine Bereiche der Lunge Raum an eine Zeit.
    2. Beachten Sie, dass normale Lunge dunkel erscheint und anatomische Merkmale (je nach Dichte heller). Airways schwarz erscheinen, während Gefäßsystem fast weiß erscheint.
    3. Schiffe und Airways zu folgen, wie sie erscheinen, beim Scrollen durch axiale Scheiben bewegen.
    4. Risse erkennbar in Bereichen wo gibt es keine Schiffe oder Atemwege. (Dies sind Bereiche in der Lunge, die nur dunkel, keine andere anatomischen Strukturen erscheinen.)
  5. Der fusionierten PET/CT mit dem Läsionen bestimmt.
    1. Blättern Sie durch die gesamte Scan, mit Schwerpunkt auf kleine Bereiche der Lunge Raum gleichzeitig.
      Hinweis: Fokus auf einem Lungenflügel zu einem Zeitpunkt zu erkennen und zählen Läsionen.
    2. Identifizieren FDG-begeisterter Läsionen innerhalb der Lunge. Sie werden heißen Kugeln - Lunge Hintergrund ganz anders aussehen. Kleinen, kalte Läsionen werden viel weniger offensichtlich und schwieriger zu identifizieren. Sie erscheinen auf Scan als dichte Strukturen, die sich nicht beim Scrollen bewegen (wie Schiffe).
      Hinweis: Kleine Läsionen und Schiffe ähneln sich sehr. Eine einfache Möglichkeit, zwischen beiden zu unterscheiden ist den Cursor über die Struktur in Frage und Scroll nach oben und unten ein Stück oder zwei zu schweben. Wenn die Struktur unterhalb der Cursor bleibt, ist die Struktur einer Läsion. Wenn die Struktur von den Cursor bewegt sich beim Scrollen nach oben oder unten eine Scheibe, es ist am ehesten Schiff oder Atemwege.
    3. Zur Identifikation verwenden die " Pfeil " Werkzeug, um auf jede Läsion auf dem Scan zeigen.
    4. Lage Zwecken einsetzen, die " Punkt " tool und klicken Sie auf die Läsion, so dass der ROI (Region von Interesse) direkt in der Mitte der Granulom ist. In diesem ROI enthaltenen Informationen umfassen die kartesischen Koordinaten (XYZ-Koordinaten) wo die Läsion gefunden werden kann.
  6. Gebrauch der " Länge " und " Oval " Instrumenten zur Messung von Größe (mm) und FDG Avidität (SUV) jede Läsion.
    1. Zur Messung der Größe einer Läsion entfernen das PET-Signal, so dass nur die CT sichtbar ist.
    2. Wählen Sie die " Länge " Tool.
    3. Scrollen, bis die Scheibe, die den größten Anteil der Läsion enthält identifiziert wird (die Scheibe wo die Läsion größte zu sein scheint).
    4. Zeichnen Sie eine Linie über die längste Länge der Läsion. Die Informationen in diesem ROI enthalten wird die Länge (in mm) der Durchmesser der Läsion darstellen.
    5. Zur Messung der FDG-Avidität einer Läsion zuerst klicken Sie auf die PET-Scan und drehen Sie die PET. Gehen Sie auf die " WL/WW & Krempel " Osirix Menü am oberen Bildschirmrand und wählen Sie " WL/WW manuell eingestellt " im WL/WW-Dropdown-Menü. In der Dialogbox geben Sie 0 in das " von " und 20 in ", " um das Fenster von 0 bis 20 SUV zu begrenzen.
    6. Wählen Sie die " Oval " tool aus der " Maus Tastenfunktion " Tool Dropdown-Menü.
    7. Scroll über der Läsion zu den heißesten Teil der Läsion zu beurteilen. Zeichnen Sie eine Ellipse um die Läsion. Die " ovalen " Tool ROI Informationen umfasst die deskriptive Statistik für alle SUVs in Voxel innerhalb der Region. Aufzeichnen der maximale SUV in der Region.
    8. Wie jeder " ovalen " ROI stellt nur die SUV-Werte für diese spezifische axialen Ebene der Läsion und typische Läsionen sind kugelförmig, zeichnen Sie ovale auf mehrere Scheiben um sicherzustellen, dass die tatsächliche maximale SUV der Läsion erfasst wird.
      Hinweis: Wenn die PET/CT-Scans manuell rekonstruiert werden, könnte die PET- und CT-Bilder nicht perfekt aufeinander abgestimmt sein. Wenn dies der Fall ist, sollten alle SUV-Analysen und ROIs auf der PET-Scan anstelle der fusionierten PET/CT-Untersuchung durchgeführt werden. Da viele Läsionen kleiner als die Auflösung der PET-Detektor Kristalle sind, sind alle gemessenen SUVs für einzelne Läsionen in eine Erholung Koeffizient Rechner Tabellenkalkulation eingegeben, die eine Teilvolumen Korrektur für jede Läsion ausführt 23.

4. Lunge FDG Avidität Messverfahren zum bestimmen insgesamt Lungenentzündung Gesamt

  1. offen PET und CT DICOM-Bilder aus der OsiriX-Datenbank in die axiale Ausrichtung (CT Bild wird mit dem PET-Bild verschmolzen werden und es wird eine separate PET Bildfenster).
  2. Führen eine Segmentierung der das Lungenvolumen auf das CT-Bild.
    1. Klicken Sie überall auf den CT-Scan, um sicherzustellen, das aktive Fenster ist.
    2. Zur ROI-Dropdown-Menü und wählen Sie " wachsen Region (2D/3D) Segmentierung … ".
    3. Um die Dichte der normalen Lunge zu erfassen, setzen Sie den unteren Schwellenwert zu-1024 und die Obergrenze auf-200. Diese sind bezeichnend für Hounsfield Einheiten, obwohl die Segmentierung Box nicht als solche benennen wird.
    4. Sobald die obere und untere Grenzwerte festgelegt sind, klicken Sie irgendwo in der Lunge. Die gesamte Lunge erscheint in grün hervorgehoben.
    5. Klicken Sie dann auf " Compute " Segmentierung Parameter im Dialogfeld. Dadurch wird die Region wachsen aus einem Stück, das gesamte Lungenvolumen erweitert.
  3. Bewegen die " wachsen Region " der Lunge aus der CT-Scan, der PET-Scan.
    1. Klicken Sie auf das kleine Symbol auf der linken Seite mit dem Namen der CT-Scan und ziehen Sie das Symbol, um die PET-Scan.
    2. Select " kopieren ROIs ". Nun sollte eine Überlagerung der Lunge auf der PET-Scan.
  4. Löschen ROI von CT-Scan (optional).
    Hinweis: Es hilft, sehen die ganze Lunge ohne ROIs auf der CT-Scan, um sicherzustellen, dass alle Pathologie in der Lunge aufgenommen wird. Um dies zu tun, Löschen des ROIs. Stellen Sie sicher, dass das CT-Fenster ist aktiv (Klicken Sie auf den CT-Scan) wählen Sie die ROI-Dropdown-Menü und wählen Sie " löschen alle ROIs in dieser Serie. "
  5. füllen in Ballungsräumen der Lunge, die als Lücken auf dem PET-Scan angezeigt werden.
    Hinweis: Bei vielen Gelegenheiten gibt es Löcher in den ROI auf die PET-Scan, wo das Lungengewebe Dichter als-200 HU auf dem CT-Scan war (dieser Schritt kann übersprungen werden, wenn es nicht auftritt).
    1. Markieren die ROI-Dropdown-Menü und wählen Sie " Pinsel ROIs " → " schließen. " wenn das Dialogfeld angezeigt wird, schieben Sie den Pfeil auf 3, so dass oben im Dialogfeld liest " Strukturierung Element-Radius: 3 " und überprüfen Sie " anwenden, um alle ROIs mit dem gleichen Namen. "
      Hinweis: Wann gibt es große Teile der Krankheit (z. B. Konsolidierungen sind Dichter als die umliegenden Lungengewebes), oft schließen die Bürste ROIs werden nicht ausreichen, um in der gesamten Lunge zu füllen. Wenn dies der Fall ist, die Lücken ausgefüllt werden manuell.
    2. Gehen Sie auf die " Maus Tastenfunktion " Bereich auf der oberen Menü und klicken Sie auf den kleinen Pfeil auf der rechten Seite.
    3. Wählen Sie die " Pinsel " Tool.
    4. Sobald dieses Werkzeug ausgewählt ist, manuell zeichnen innerhalb des ROI in die Löcher füllen.
  6. Isolieren Lunge ROI auf PET-Scan.
    1. Nun, es eine Darstellung der gesamten Lunge auf das Tier gibt Scannen, löschen Sie alle Pixel außerhalb der Lunge.
    2. Markieren die ROI-Dropdown-Menü und wählen Sie " Pixel-Werte zu setzen … ".
    3. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Außerhalb ROI und alle Pixel außerhalb der ROI 0.
  7. Isolieren " heiße " Pathologie.
    1. Verwenden Schwelle, die gewünscht wird, als zu verwendende " heißen. " SUVs größer als 2.3 gelten " heiße " basierend auf Literatur Werte für Tuberkulose Läsionen 24.
    2. ROI im Dropdown-Menü und wählen Sie " Pixel-Werte zu setzen … ".
    3. Innen ROI aktivieren Sie das Kontrollkästchen. Stellen Sie sicher, klicken Sie auf die " und " box, so dass alle Werte zwischen 0 und 2.3 auf 0 gesetzt wurden.
  8. Sicherstellen, dass nur Krankheit Pathologie ist der ROI entfielen.
    1. Beachten Sie, dass es Bereiche (z. B. der Leber), die heißer als 2.3. Stellen Sie sicher, dass nur die gewünschten Bereiche durch das Löschen der ROIs erfasst und Schaffung einer anderen Region wachsen werden. Andere gemeinsame Gewebe, die zu diesem Zeitpunkt stören gehören Herz, mediastinale Lymphknoten, Wirbel und Rippen.
    2. Markieren die ROI-Dropdown-Menü und wählen Sie " löschen alle ROIs in dieser Serie. " als nächstes zur ROI und wählen Sie " wachsen Region (2D/3D) Segmentierung … ".
    3. Ändern Sie den Schwellenwert zu niedrigeren Schwellenwert 2,3 und die Obergrenze auf 100.
    4. Scrollen durch das gesamte PET-Fenster, klicken Sie auf Krankheit Pathologie und " Compute. " wiederholen Sie für jeden Bereich des heißen Krankheit. Bewahren Sie unbedingt ganze Lunge ROI mithilfe der " sparen ROIs " Option im Menü ROI.
  9. Rohwerte in eine Kalkulationstabelle exportieren.
    1. Zur 2D Viewer in der Dropdown-Menüleiste und wählen Sie " Revert Serie. "
    2. als nächstes gehen Sie zu dem Menüstab Plugins Dropdown-Liste
    3. Select " ROI-Tools " → " Export ROIs. " Namen und speichern Sie die exportierte raw-Daten-Datei. Achten Sie darauf, wählen " CSV " am unteren Rand dieses Dialogfelds.
  10. Total FDG-Avidität aus den Rohdaten zu berechnen. Jede Zeile in dieser Tabelle steht eine einzige Scheibe aus dem Scan. Die Spalte von Interesse ist " RoiTotal. "
    1. zur Berechnung der " Total FDG Avidität " fügen Sie alle die " RoiTotal " der Scheiben zusammen. Berechnen Sie die Summe der Spalte F (RoiTotal). Diese Summe ist die Summe FDG Avidität Messung.
    2. Wenn OsiriX muss nicht der Export ROI-Plug-in, gehen Sie auf Plugins in dem Dropdown-Menü. Wählen Sie " Plugins Manager … " klicken Sie auf die " Download … " Register am oberen Rand des Dialogfelds. Wählen Sie " ExportROIs " von der " verfügbaren Plugins " Dropdown-Menü. Wählen Sie " Download & Install. "

5. Analytische Verfahren zu bestimmen, FDG Aufnahme in " Hot " Lymphknoten

  1. offen PET und CT DICOM Bilder von OsiriX-Datenbank in die axiale Ausrichtung (CT Bild wird mit dem PET-Bild verschmolzen werden und es wird eine separate PET Bildfenster).
  2. Sicherstellen, dass während der Durchführung manueller ROI-Analyse auf PET-Bildern, dass das Bildfenster Intensität konsistent sein.
    1. Klicken Sie auf das Bild PET um sicherzustellen, dass es das aktive Fenster.
    2. Im Menü OsiriX klicken Sie auf die " WL/WW " drop-down-Menü und klicken Sie dann auf " WL/WW manuell eingestellt ".
    3. Erscheint das Dropdown-Feld auf das aktive Fenster ist PET, füllen Sie die gewünschten minimalen Intensitätswert in der " von " Wert im Feld und die gewünschte maximale Intensität der ", " Feld (z. B. zum Fenster die PET-Bild von 0 bis 20 SUV, geben Sie 0 in das " von " Feld und 20 in der " zu " Feld).
    4. Alternativ wenn es gewünscht wird, immer Laden von Bildern mit der gleichen Intensitätswerten im oberen Menü markieren Sie Osirix - > PET - > dann unter " Fensterebene & breite " Abschnitt, klicken Sie auf die Verwendung festen Ebenen Blase und legen Sie die gewünschten Werte in die " von " und ", " Felder.
  3. Nach den gewünschten Lymphknoten festgestellt wird, manuell zeichnen einen ROI an den Rändern des Lymphknotens.
    1. Markieren die PET/CT-Fusion-Bild um sicherzustellen, dass es das aktive Fenster ist.
    2. Wie es sinnvoll ist, eine bunte Farbe Nachschlagetabelle für diese Analyse verwenden, um diese Einstellung zu ändern: Klicken Sie auf die " Krempel " Drop-down-box in der Hauptsymbolleiste OsiriX und wählen Sie die gewünschte Lookup Tabelle Einstellung (UCLA bevorzugt).
    3. Zeichne einen manuellen ROI in den Lymphknoten, klicken Sie auf das Drop-down-Menü auf der rechten Seite des der " Maus-Taste-Funktion " in die Hauptsymbolleiste und wählen Sie " Polygon geschlossen ". Klicken Sie auf den Rand des Lymphknotens basierend auf PET Windowing nachschlagen Tisch, den ersten Punkt des ROI zu etablieren.
    4. Klicken Sie auf einen anderen Punkt des äußeren Randes des Lymphknotens und Ablaufverfolgung fortgesetzt, bis die Lymphknoten fast umschlossen wird.
    5. Um den Endpunkt des ROI zu erstellen, doppelklicken Sie, um im ROI schließen.
    6. Wiederholen Sie diesen Vorgang auf mehrere Scheiben zur Bestimmung des maximalen SUV in den Lymphknoten zu gewährleisten.
    7. Zeichnen die gewünschte SUV-Daten in einer separaten Tabelle.

6. Festlegung des FDG Muskel Hintergrund Aufnahme für die Normalisierung der Werte

Hinweis: um Konsistenz über mehrere bildgebende Zeitpunkten in Bezug auf FDG-Aufnahme und die Variation der Stoffwechselaktivität im Tier zu gewährleisten verschiedene Zeiten, alle PET-Analysen sollten normiert auf Muskel und als solche präsentiert. Alle quantitative PET-Daten in dieser Arbeit vorgestellt wird dargestellt als ein SUVCMR (Standard Aufnahme Wert Zylinder Muskelanteil).

  1. Offene PET und CT DICOM Bilder von OsiriX-Datenbank in die axiale Ausrichtung (CT Bild wird mit dem PET-Bild verschmolzen werden und es wird eine separate PET Bildfenster).
  2. Co-registered PET und CT Bild anklicken um sicherzustellen, dass es das aktive Fenster ist.
  3. Blättern Sie durch das Bild, bis die Scheibe mit der Treffpunkt der großen Bronchien (Carina) erreicht ist.
  4. Zeichnen ROIs auf Rückseite Muskel um Hintergrund SUV-Werte zu erhalten.
    1. ROI Dropdown-Liste auswählen auf der rechten Seite von der " Maus-Taste-Option " im Hauptmenü OsiriX.
    2. Markieren " ovalen " als das ROI Tool.
    3. Zeichnen ROIs ungefähr die gleiche Größe auf die Muskeln Posterior und Lateral der Wirbelsäule.
    4. Klick auf das Icon links neben der Co-registered PET/CT-Untersuchung und ziehen Sie das Symbol zum Fenster PET.
    5. Select " kopieren ROIs ". ROIs sollte nun auf dem PET-Scan-Fenster gesehen werden.
    6. Im Hauptmenü wählen Sie den " Modus " Checkbox und stellen Sie sicher " MIP – Max Intensität Projektion " im Dropdown-Menü rechts ausgewählt ist.
    7. Sorgen dafür, dass die " dicke Platte " gleitende Skala den Wert 10. Dies bedeutet, dass 10 Scheiben auf dem PET-Bild kombiniert werden als eine maximale Intensität Projektion machen ein " Zylinder " Volumen von Interesse (Ursprung der Zylinder Muskelanteil).
  5. Erfassen die SUV-Mittelwerte der beiden ROIs in einer Kalkulationstabelle.
  6. Durchschnitt der beiden Werte um den Hintergrund FDG Muskel Aufnahme Wert zu erhalten. Dies ist der Wert verwendet, um Verhältniswerte zwischen Aufnahme an der Ziel-Site und basalen metabolischen Aufnahme zu erhalten.

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Representative Results

Identifikation und Analyse der einzelnen Läsionen

Einzelnen Granulome können für die Anzahl, Größe und FDG Aufnahme qualitativ zu verstehen, den allgemeinen Rahmen der Infektionsprozess (Abbildung 1) visualisiert werden. Mit diesen Bildern ist zählen Granulome im Laufe der Zeit ein quantitatives Maß der Verbreitung der Seuche. Abbildung 2 zeigt individuelle Granulom zählt im Laufe der Zeit in einer Gruppe von 10 Tieren. Der 10 Tiere drei aktive Krankheit entwickelt und sechs latenten Infektion entwickelt. Ein Tier zeigte keine Anzeichen für eine aktive Erkrankung aber gelegentlich Kultur positiv (im Magen Absaugen und/oder alvéolaire Lavage Proben) für M. Tuberculosis, indem es innerhalb des Spektrums der Krankheit zwischen aktiven und latenten und wurde daher entfernt aus der Analyse für dieses besondere Experiment. Die drei Tiere mit aktiver Erkrankung eines Tieres miliare Krankheit von 12 Wochen nach der Infektion entwickelt und wurde eingeschläfert (Dies ist in Abbildung 2 als TNTC [auch zahlreiche, Count] gekennzeichnet). Von 6 Wochen nach Infektion und danach, Tiere, die später aktiven Erkrankung entwickeln würde zeigte statistisch höhere Zahlen der Granulome als Tiere, die latenten Infektion entwickeln würde.

Um besser zu charakterisieren und Granulome zwischen aktiven und latenten Tieren zu unterscheiden, wurden einzelne Läsionen auf PET-Scans analysiert, um festzustellen, ob es ein Unterschied in der FDG-Aufnahme-Muster zwischen den beiden Gruppen. In alle Tiere aktive Infektion gab es eine Zunahme der FDG-Aufnahme in jeder Granulom von drei bis sechs Wochen Post-Infektion (Abb. 3A). Im Gegensatz dazu zeigte Granulome bei Tieren, die latenten Infektion entwickelt eine Variation FDG-Aufnahme mit einigen Läsionen zu- oder abnimmt zeigt die gleiche Aufnahme von drei bis sechs Wochen (Abb. 3 b). Diese Ergebnisse werden in Gruppen zeigt die Differenz in Veränderung latente und aktive Tiere drei Wochen gegen sechs Wochen (Abbildung 3) und drei Wochen vs. 24 Wochen (Abbildung 3D) verglichen. In beiden Fällen zeigte die Granulome der aktiven Tiere positiv und signifikant ändern in SUV (innerhalb jedes einzelnen Tieres (Abbildung 3A und 3 b) und Vergleich von Gruppen von Tieren (Abbildung 3 und 3D).

Analyse der FDG-Aufnahme in den "Heißen" Lymphknoten

Wie mediastinale Lymphknoten nicht ohne weiteres auf CT-Scans visualisiert werden, wenn stark vergrößert, müssen PET-Bildern verwendet werden, um diese erkrankten Gewebe zu identifizieren. Bei der Analyse der Lymphknoten ist es wichtig, dass das Bild immer auf den gleichen maximalen und minimalen PET Maßstab um Konsistenz im gesamten Prozess skaliert wird. Im Vergleich der MLNs von Tieren, die aktiv oder latente Krankheit entwickelt, zeigte Lin Et Al. durch ROI-Analyse der MLNs, die während der FDG-Aufnahme in den Lymphknoten zwischen aktiven und latenten Tiere nach 3 Wochen, MLNs von aktiven Tiere zeigten deutlich ähnelten höhere Akzeptanz bei 6 Wochen11. Unterschiede waren in stärkerem Maße auf 8 und 12 Wochen (Abbildung 4) zu sehen. PET/CT-Daten können so genutzt werden, um signifikante Unterschiede in den Lymphknoten neben dem Studium Granulome bei infizierten Tieren zu beurteilen.

Total Lung FDG Avidität

Als ein Beispiel für die Macht der Bewertung der gesamten Lunge FDG Avidität zeigten Lin Et Al., dass erhöhte Lungenentzündung bei Tieren klinisch als LTBI mit Risiko einer Reaktivierung6 korrelierteingestuft. In dieser Studie waren LTBI Cynomolgus Makaken (mit niedrig dosiertem M. Tuberculosisinfiziert) PET/CT abgebildet (6 Monate nach der Infektion) vor der Tumor-Nekrose-Faktor (TNF) Neutralisation zu beurteilen, das Spektrum der Läsionen in klinisch definierten LTBI gesehen und Risiko einer Reaktivierung zu bestimmen. Tiere mit höheren Gesamt Lunge FDG Gier waren eher zu reaktivieren (Abbildung 5). Mehr als 90 % der Tiere mit mehr als 103 Lunge FDG Gier oder sichtbar (durch Scan) mindestens eine extra pulmonale Ort der Infektion reaktiviert nach TNF-Neutralisation. Nur ein Tier, das nicht zu reaktivieren, überschritten dieses total Lunge FDG Avidität Schwelle. PET/CT-Parameter kann ein leistungsfähiges Werkzeug zur Vorhersage klinische Ergebnisse, obwohl die spezifischen Parameter wissenschaftlich identifiziert werden müssen.

Als Vorbild für Dienstprogramm in Medikament Behandlung Szenarien zeigen Coleman Et Al. eine Studie testen Oxazolidinones bei Mensch und Cynomolgus Makaken, wo insgesamt Lunge FDG Gier war, Pre-medikamentöse Behandlung und ein bis zwei Monate nach der Behandlung10gemessen. Fache Änderungen wurden berechnet, um anzuzeigen, Medikament Reaktion eines Monats (Abb. 6A) und zwei Monate nach der Behandlung (Abbildung 6 b). Zu beiden Zeitpunkten Kontrolltieren zeigte deutlich höhere FDG Gier in der gesamten Lunge Raum als Medikament behandelten Tiere. In all dem Medikament behandelten Tiere total Lungenentzündung in der zweimonatigen Behandlungsschema zurückgegangen, während in den meisten der Kontrolltiere, total Lungenentzündung erhöht im Laufe der Zeit oder blieb unverändert.

Figure 1
Abbildung 1. Serielle FDG-PET/CT-Bilder zeigen eine Verbreitung und stabile Muster Granuloma Evolution im Laufe des frühen Infektion.
(Obere Reihe) Primäre Granulome (weisse Pfeile) entstanden zunächst in 3 Wochen nach der Infektion, während neue Granulome neben bestehenden Läsionen (grüne Pfeile) oder in neue Standorte (gelbe Pfeile) entwickelt. Tiere, die später aktiven TB entwickeln würde entwickelt mehr Läsionen im Verlauf der Infektion. (Untere Zeile) Primäre Granulome (weisse Pfeile) latente Tiere blieben in der Regel, mit paar neue Granulome, die im Verlauf der Infektion zu entwickeln. WKS PI, Wochen nach der Infektion. Abbildung entnommen Coleman Et Al.11 Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2. Vertreter Daten zur Darstellung der Median und der Bereich von Granulomen gerechnet ab CT Scans vergleichen Tiere mit einer aktiven Infektion (rote Symbole) auf eine latente Infektion(Grüne Symbole).
Aktive Infektion Tiere hatten mehr Granulome als latent infizierten Tiere bereits sechs Wochen nach der Infektion. P < 0,05 (*) durch Mann-Whitney-Test. Wochen PI, Wochen nach der Infektion. TNTC, zu zahlreich sind zu zählen. Abbildung von Coleman Et Al.11 angepasst Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3. Nutzung von ROI-Analyse auf PET Bilder zeigen die metabolische Aktivität der Lunge Granulome unterscheidet sich zwischen aktiven und latent infizierten Tieren während frühe Infektion.
Einzelnen Granulome in aktive Tiere haben [A] eine deutliche Zunahme der Stoffwechselaktivität (gemessen als standard Aufnahme Wert normiert auf Muskel-Aufnahme [SUVCMR]) zwischen 3 und 6 Wochen nach Infektion zwar latent infizierte Tiere [B] tun nicht. Die Änderung der Stoffwechselaktivität bei Läsionen zwischen latente und aktive Tiere als Gruppen wurden bei 3 vs. 6 Wochen [C] und 3 vs. 24 Wochen [D] zeigen, dass aktiv infizierter Tiere (rote Quadrate) eine deutlich größere Änderung bei Aufnahme als latente haben verglichen Tiere (grüne Kreise) zu beiden Zeitpunkten. Solide schwarze Linien repräsentieren den Median. Der Wilcoxon-Rang-Sum-Test wurde zur Datenanalyse in Platten A und B. Für Platten, C und D, Werte analysiert wurden durch den Mann-Whitney-Test. P < 0,0001 (*) für alle Platten. Abbildung von Coleman Et Al.11 angepasst Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4. ROI-Analyse von PET-Bildern zeigen Unterschiede in der FDG-Aufnahme im mediastinalen Lymphknoten zwischen Tieren mit aktiver Erkrankung (rote Quadrate) und latente Krankheit (grüne Kreise).
Aufnahme war in aktiv infizierten Tieren bei 6, 8 und 12 Wochen Post Infektion höher. Jeder Punkt steht für eine einzelne Lymphknoten. Solide schwarze Linien repräsentieren den Median. P < 0,05 (*) P < 0,01 (*) und P < 0,001 (*) durch Mann-Whitney-Test. Abbildung von Coleman Et Al.11 angepasst Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5. ROI-Analyse der gesamten Lunge FDG Avidität Messungen bei sechs Monate Post-Infektion, die Hervorhebung der Unterschiede in der FDG-Aufnahme in Tieren, die von der latenten Infektion (rosa Quadrate) im Vergleich zu Tieren zu reaktivieren, die latente (grüne Kreise) bleiben.
Drei der vier "reaktiviert" Tiere, die unterhalb der gestrichelten Linie liegen hatten extra Lungenerkrankung vor Neutralisierung von TNF (Tumor-Nekrose-Faktor). Jeder Punkt steht für ein Tier. Gepunktete Linie stellt Schwellenwert für wahrscheinlich Reaktivierung Risiko dar. Solide schwarze Linien repräsentieren den Median. P < 0,01 (*) von Mann-Whitney Test. Data angepasst von Lin Et Al.6 Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6. Vertreter insgesamt Lunge FDG Avidität ROI Messungen insgesamt Hervorhebung ändern bei Entzündungen in der Lunge Vergleich unbehandelt (rote Kreise) gemessen und Linezolid behandelt (blaue Kreise) Affen.
FDG Avidität wurde vor der Behandlung Linezolid (täglich 30 mg/kg) gemessen und die Falte Änderung im gesamten FDG-Aufnahme wurde 1 Monat gemessen [A] und 2 Monate [B] nach der Behandlung. Jeder Affe wird durch einen einzelnen Kreis dargestellt. Solide schwarze Linien repräsentieren den Median. P < 0,01 (*) pro Mann-Whitney Test. Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

Daten, die aus PET/CT als Surrogat Messungen für viele Aspekte der M. Tuberkulose -Infektion einsetzbar, die beobachtbaren ohne diese Technik wäre. PET/CT ist sehr viel empfindlicher als Röntgentechnik, die oft in Makaken Studien verwendet wird. PET/CT informiert strukturelle, räumliche und funktionelle. Die oben beschriebenen Analysen haben viele praktische Anwendungen wie Krankheitsprogression Überwachung, Bewertung der Wirksamkeit der medikamentösen Behandlung, und Risikofaktoren für Reaktivierung6,10,11, 13.

Tracking-die Ausbreitung der Granulome und FDG Aufnahme von einzelnen Läsionen kann verglichen werden, zwischen Steuerung und experimentellen Gruppen nicht nur bestimmten Ort der Infektion, sondern auch die Verbreitung der Krankheit25folgen. Zum Beispiel in Arbeit von Coleman Et Al., frühe Infektion in Cynomolgus Makaken, die Infektion Abfolge beschreiben kann bestimmen, ob die Infektion innerhalb eines Tieres bleiben aktiv und verschlimmern oder durch das Immunsystem eingedämmt werden soll (d.h. LTBI)11. Dies ist nur ein Beispiel für die macht, die PET/CT-Bildgebung hat bei der Untersuchung des Fortschreitens der Krankheit im Hinblick auf Granulome. Die gleiche Methode kann verwendet werden, um eine Vielzahl von experimentellen Parameter im Laufe der Zeit zu studieren. Zum Beispiel bieten Aufzählung der Granulome, die von 4 Wochen nach der Infektion zu etablieren eine leistungsstarke Ergebnis Maßnahme für einen Impfstoff, da die besten Impfstoffe verhindern oder einschränken Granulom Einrichtung nach Foulspiel würde. Ein weiteres Ergebnis Maßnahme für Impfstoffe könnte Verbreitung zu begrenzen. Diese Maßnahmen quantifizierbare Ergebnisse liefern wichtige Daten ohne die Notwendigkeit, frühere Autopsien an den Tieren durchzuführen. Eine Beschränkung der Bewertung einzelner Granulome ist die Empfindlichkeit des CT-Scanners; Visualisierung von Granulome < 1 mm groß ist oft nicht möglich.

Bewertung der mediastinalen Lymphknoten (MLNs) ist wichtig, wenn M. Tuberkulose -Infektion sowie zu studieren. MLNs sind für T-Zell grundieren und Menschenhandel von Immunzellen bei Infektion wichtig. Jedoch in fast allen Makaken, können mindestens eine und manchmal mehrere MLNs infiziert werden. So MLNs sind ein weiterer Standort der bakteriellen Persistenz während aktiver TB und LTBI und dienen als Reservoir für Bakterien, möglicherweise einen Beitrag zur Reaktivierung26,27. In Fällen von schweren MLN Beteiligung können Atemwege komprimiert werden. Großen nekrotische MLNs können in die Atemwege, Erodieren führt zur Verbreitung der Infektion. PET/CT Datenanalyse auf Lymphknoten ist komplexer als Granulome, weil die strukturellen Komponenten der Knoten nicht gut sichtbar auf CT-Scans sind. Darüber hinaus können nur die Lymphknoten, die metabolisch aktiv sind aufgrund der FDG-Aufnahme analysiert werden. Aus diesem Grund beim heißen Lymphknoten zu analysieren, ist es wichtig sicherzustellen, dass die PET-Bild auf die gleiche maximale und minimale Intensitätsskala für jedes Bildanalyse zur Sicherstellung der Konsistenz skaliert wird. Da sie Großstrukturen sein können, das nekrotische Center für FDG Avidität negativ sein kann und FDG Avidität kann scheinen daher im Laufe der Zeit reduziert werden, auch wenn Krankheit steigt in die MLNs.

Total Lung FDG Avidität stellt die totale Entzündung in der Lunge. Die Höhe der Lungenentzündung ist ein Indiz für die Schwere der Erkrankung und korreliert mit bakteriellen Belastung6,10,28 daher diesem quantitativen und objektive Beurteilung hat zahlreiche Anwendungen. Zur Messung der gesamten FDG Avidität alle Voxel innerhalb eines PET-Bildes, die zeigen, einen SUV von mehr als 2,3 kombiniert in einem einzelnen Volume-of-Interest (VOI) und der Gesamtwert der SUV der gesamten VOI ist der endgültige Avidität Wert. Dieser Wert wurde aus der Literatur ausgewählt, die SUV-Werte der FDG-Aufnahme in Lungentumoren zu verschiedenen infektiösen Krankheiten im Menschen24verglichen. Es ist wichtig zu beachten, dass dieser Gesamtwert der FDG-Avidität beschränkt sich nur auf Krankheit im Bereich Lunge und alle FDG Aufnahme-Krankheit Verwandter oder befindet sich in unmittelbarer Nähe zu den Lungen nicht berücksichtigt werden. Darüber hinaus beinhaltet insgesamt Lunge FDG Gier nicht MLNs. Während die Gier des einzelnen Granulome und Lymphknoten uns ermöglicht, die Variabilität der TB Ergebnisse innerhalb des Hosts zu sehen, gehört FDG Avidität der gesamten Lunge zur Bewertung des Hosts als Ganzes. Diese Methoden funktionieren auch als Analyseinstrumente zur Droge Reaktion auf TBC zu messen. Bisherigen Arbeit hat gezeigt, dass TB medikamentöse Behandlung die Größe und die FDG Avidität der einzelnen Granulome über Zeit12 reduzieren kann und diese Änderungen mit reduzierter bakterielle Belastung verbunden wurden. Änderungen bei der Entzündung über den gesamten Kurs der Droge Therapien können auch verwendet werden, zur Bewertung der Wirksamkeit von Medikamenten oder Misserfolg.

Aufgrund der sehr detaillierten Art dieser Verfahren möglicherweise eine ganze Menge der Fehlerbehebung notwendig, um die konsistenten Daten während des Studiums zu erhalten. Es ist das Ziel dieses Papiers zu skizzieren die Verfahren ermöglichen Einzelpersonen in der ganzen Welt, diese Techniken zu verwenden, obwohl unter Berücksichtigung, dass genaue Aufmerksamkeit zum Detail wichtig ist. Personen Bilder bewerten sollten mit Anatomie und Physiologie sehr vertraut sein, um Anomalie innerhalb bestimmten Scans zu erkennen. Bild-Leser müssen nicht-normale Sonde Aufnahme im ganzen Körper zu erkennen, weil TB jenseits der Brusthöhle ausbreiten kann. Darüber hinaus PET- und CT-Registrierung in der Bildgebung ist keine perfekte und gelegentliche Abweichungen auf Bild-Registrierung können auftreten; Diese Erkenntnis kann von entscheidender Bedeutung sein, wenn sehr kleine Krankheit Funktionen (d. h. 1 – 2 mm Granulome) zu bewerten. Ein Pre-Infektion-Scan ist besonders nützlich als Komparator zu normalen Lunge (und andere Organe) Strukturen und PET-Muster und erkennen diejenigen, die neu sind oder geändert wurden nach der Infektion. Ein weiterer wichtiger Bestandteil dieser Analyse ist Hintergrundmessung. Alle PET-Daten sind auf Muskel-Aufnahme als physiologische Grundlage normalisiert, da FDG Aufnahme auf den Stoffwechsel basiert. Eine Kombination aus Rhomboid und Serratus Muskeln im Rücken sind für Hintergrundmessungen wegen Nähe zur Brusthöhle und relativen Konsistenz FDG-Aufnahme im nüchternen Tieren verwendet. Im Falle von M. Tuberkulose -infizierten Makaken empfiehlt dies mit anderen Organen wie der Leber für Hintergrundmessungen wie M. Tuberculosis die Leber infizieren kann und Leberstoffwechsel betroffen sein, kann bei der Behandlung von Tieren mit verschiedenen Anti-TB-Medikamente. Unter der oben genannten Faktoren berücksichtigt, wie sichergestellt, die alle Bild Regionen von Interesse am Ende der Analyse gespeichert werden sollten hoch reproduzierbare Ergebnisse liefern.

Class = "Jove_content" > Zusammenfassend lässt sich sagen, PET/CT bietet eine einzigartige und leistungsstarke Methode für die Untersuchung von M. Tuberkulose -Infektion bei nichtmenschlichen Primaten, Bereitstellung von quantitativen Zielparameter, die Erstinfektion, Verbreitung, beziehen, und bakterielle Belastung. Dies ermöglicht tracking die Variable Ergebnisse der Infektion über einzelne Tiere ohne die Notwendigkeit der Autopsien zu verschiedenen Zeitpunkten, spart Ressourcen und Reduzierung der Tierversuche. Diese Technologie kann direkt übersetzt auf den Menschen, wie PET/CT in mehreren Studien verwendet wurde, um die medikamentöse Behandlung in TB sowie LTBI HIV und HIV + Themen10,29,30,31zu beurteilen. Zu guter Letzt dieser Technologie und quantitative-Werkzeug-set für die Analyse von PET/CT-Daten dürften künftig für Impfstoff Wirksamkeitsstudien nützlich sein und können wahrscheinlich als Vorlage für die Analyse von anderen Infektionskrankheiten in Tiermodellen und menschlichen Probanden verwendet werden.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Die Autoren möchten Mark Rodgers zum gliedern die Infektion Verfahren und L. Eoin Carney und Brian Lopresti zur Orientierung bei der Festlegung dieser bildgebenden Verfahren anzuerkennen. Diese Arbeit hat von der Bill & Melinda Gates Foundation (J.L.F., P.L.L), National Institutes of Health, National Institute of Allergy und ansteckende Krankheiten R01 AI111871 (P.L.L), nationales Herz-Lungen und Blut-Institut R01 HL106804 (J finanziert wurde . L.F), R01 HL110811.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ketamine Henry Schein 23061 Henry Schein
Telazol Zoetis 4866 Henry Schein
Cetacaine Patterson Vet Generics 07-892-6862 Patterson
Sterile saline Hospira 07-800-9721 Patterson
7H11 agar BD 283810 BD Biosciences
IV catheter Surflash 07-806-7659 Patterson
18F-FDG Zevacor N/A
Endotracheal tube Jorgensen Labs Inc 07-887-0284 Patterson
Artificial tears Patterson Vet Generics 07-888-1663 Patterson
Isoflurane Zoetis 07-806-3204 Patterson
Neurologica Ceretom CT Samsung Neurologica N/A
Siemens Focus 220 microPET Siemens Molecular Imaging Systems N/A
Inveon Research Software Siemens Molecular Imaging Systems N/A
OsiriX Pixmeo N/A

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References

  1. World Health Organization. Global Tuberculosis Report 2016. , Available from: http://www.who.int/tb/publications/global_report/en/ (2017).
  2. Barry, C. E. 3rd, et al. The spectrum of latent tuberculosis: rethinking the biology and intervention strategies. Nat Rev Microbiol. 7 (12), 845-855 (2009).
  3. Lin, P. L., Flynn, J. L. Understanding latent tuberculosis: a moving target. J Immunol. 185 (1), 15-22 (2010).
  4. Pawlowski, A., Jansson, M., Skold, M., Rottenberg, M. E., Kallenius, G. Tuberculosis and HIV co-infection. PLoS Pathog. 8 (2), e1002464 (2012).
  5. Keane, J. TNF-blocking agents and tuberculosis: new drugs illuminate an old topic. Rheumatology (Oxford). 44 (6), 714-720 (2005).
  6. Lin, P. L., et al. PET CT Identifies Reactivation Risk in Cynomolgus Macaques with Latent M. tuberculosis. PLoS Pathog. 12 (7), e1005739 (2016).
  7. Flynn, J. L., Klein, E. A color atlas of comparative pulmonary tuberculosis histopathology. Dick, T., Leong, V. D. J. , CRC. 83-106 (2011).
  8. Signore, A., Mather, S. J., Piaggio, G., Malviya, G., Dierckx, R. A. Molecular imaging of inflammation/infection: nuclear medicine and optical imaging agents and methods. Chem Rev. 110 (5), 3112-3145 (2010).
  9. James, M. L., Gambhir, S. S. A molecular imaging primer: modalities, imaging agents, and applications. Physiol Rev. 92 (2), 897-965 (2012).
  10. Coleman, M. T., et al. PET/CT imaging reveals a therapeutic response to oxazolidinones in macaques and humans with tuberculosis. Sci Transl Med. 6 (265), (2014).
  11. Coleman, M. T., et al. Early Changes by (18)Fluorodeoxyglucose positron emission tomography coregistered with computed tomography predict outcome after Mycobacterium tuberculosis infection in cynomolgus macaques. Infect Immun. 82 (6), 2400-2404 (2014).
  12. Lin, P. L., et al. Radiologic Responses in Cynomolgus Macaques for Assessing Tuberculosis Chemotherapy Regimens. Antimicrob Agents Chemother. 57 (9), 4237-4244 (2013).
  13. Diedrich, C. R., et al. Reactivation of latent tuberculosis in cynomolgus macaques infected with SIV is associated with early peripheral T cell depletion and not virus load. PLoS One. 5 (3), e9611 (2010).
  14. Lin, P. L., et al. The multistage vaccine H56 boosts the effects of BCG to protect cynomolgus macaques against active tuberculosis and reactivation of latent Mycobacterium tuberculosis infection. J Clin Invest. 122 (1), 303-314 (2012).
  15. Lin, P. L., et al. CD4 T cell depletion exacerbates acute Mycobacterium tuberculosis while reactivation of latent infection is dependent on severity of tissue depletion in cynomolgus macaques. AIDS Res Hum Retroviruses. 28 (12), 1693-1702 (2012).
  16. Mattila, J. T., Diedrich, C. R., Lin, P. L., Phuah, J., Flynn, J. L. Simian immunodeficiency virus-induced changes in T cell cytokine responses in cynomolgus macaques with latent Mycobacterium tuberculosis infection are associated with timing of reactivation. J Immunol. 186 (6), 3527-3537 (2011).
  17. Scanga, C. A., Flynn, J. A. Tuberculosis. Kaufmann, S. H. E., Rubin, E. J., Zumla, A. , Cold Spring Harbor Laboratory Press. 243-258 (2015).
  18. Kita, Y., et al. Development of therapeutic and prophylactic vaccine against Tuberculosis using monkey and transgenic mice models. Hum Vaccin. , Suppl 7. 108-114 (2011).
  19. Langermans, J. A., et al. Divergent effect of bacillus Calmette-Guerin (BCG) vaccination on Mycobacterium tuberculosis infection in highly related macaque species: implications for primate models in tuberculosis vaccine research. Proc Natl Acad Sci U S A. 98 (20), 11497-11502 (2001).
  20. Okada, M., et al. Novel prophylactic and therapeutic vaccine against tuberculosis. Vaccine. 27 (25-26), 3267-3270 (2009).
  21. Reed, S. G., et al. Defined tuberculosis vaccine, Mtb72F/AS02A, evidence of protection in cynomolgus monkeys. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (7), 2301-2306 (2009).
  22. Capuano, S. V. 3rd, et al. Experimental Mycobacterium tuberculosis infection of cynomolgus macaques closely resembles the various manifestations of human M. tuberculosis infection. Infect Immun. 71 (10), 5831-5844 (2003).
  23. Srinivas, S. M., et al. A recovery coefficient method for partial volume correction of PET images. Ann Nucl Med. 23 (4), 341-348 (2009).
  24. Kumar, R., et al. Role of modern imaging techniques for diagnosis of infection in the era of 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography. Clin Microbiol Rev. 21 (1), 209-224 (2008).
  25. Martin, C. J., et al. Digitally Barcoding Mycobacterium tuberculosis Reveals In Vivo Infection Dynamics in the Macaque Model of Tuberculosis. MBio. 8 (3), (2017).
  26. Lin, P. L., et al. Metronidazole prevents reactivation of latent Mycobacterium tuberculosis infection in macaques. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (35), 14188-14193 (2012).
  27. Lin, P. L., et al. Tumor necrosis factor neutralization results in disseminated disease in acute and latent Mycobacterium tuberculosis infection with normal granuloma structure in a cynomolgus macaque model. Arthritis Rheum. 62 (2), 340-350 (2010).
  28. Phuah, J., et al. Effects of B Cell Depletion on Early Mycobacterium tuberculosis Infection in Cynomolgus Macaques. Infect Immun. 84 (5), 1301-1311 (2016).
  29. Martinez, V., Castilla-Lievre, M. A., Guillet-Caruba, C., Grenier, G., Fior, R., Desarnaud, S., Doucet-Populaire, F., Boue, F. (18)F-FDG PET/CT in tuberculosis: an early non-invasive marker of therapeutic response. Int J Tuberc Lung Dis. 16 (9), 1180-1185 (2012).
  30. Malherbe, S. T., et al. Persisting positron emission tomography lesion activity and Mycobacterium tuberculosis mRNA after tuberculosis cure. Nat Med. 22 (10), 1094-1100 (2016).
  31. Chen, R. Y., et al. PET/CT imaging correlates with treatment outcome in patients with multidrug-resistant tuberculosis. Sci Transl Med. 6 (265), (2014).

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