Summary
Utilizando software libre, código abierto, hemos desarrollado un enfoque analítico para cuantificar el volumen de tejido total y regional del adiposo marrón (BAT) y la actividad metabólica de murciélago usando 18F-FDG PET/CT.
Abstract
En los animales endotérmicos, tejido adiposo marrón (BAT) se activa para producir calor para la defensa de la temperatura corporal en respuesta al frío. Capacidad del murciélago para gastar energía ha hecho una blanco potencial para nuevas terapias mejorar la obesidad y enfermedades metabólicas asociadas en los seres humanos. Aunque este tejido ha sido bien estudiado en animales pequeños, capacidad termogénica del murciélago en seres humanos sigue siendo en gran parte desconocida debido a las dificultades de medir su volumen, actividad y distribución. Identificación y cuantificación de murciélago humano activo comúnmente se realizaron con tomografía de emisión de positrón de F-fluorodesoxiglucosa (18F-FDG) 18y exploraciones de la tomografía computada (PET/CT) tras activación de exposición fría o farmacológica. Aquí se describe un enfoque de análisis de imagen para cuantificar el total del cuerpo que humano BAT de 18F-FDG PET/CT scans usando un software de código abierto. Demostramos el dibujo de las regiones especificadas por el usuario de interés para identificar tejido adiposo metabólicamente activo evitando comunes tejidos no-BAT, BAT de medida volumen y actividad y para caracterizar su distribución anatómica. Aunque este enfoque riguroso es desperdiciador de tiempo, creemos en última instancia proporcionará una base para desarrollar futuros algoritmos de cuantificación BAT automatizados.
Introduction
La creciente prevalencia de obesidad en todo el mundo1 impulsó una investigación sobre nuevas terapias para prevenir y mitigar la obesidad y sus complicaciones asociadas. La obesidad es debida en parte al exceso de energía almacenado en el tejido adiposo blanco (WAT) en forma de triglicéridos2. Tejido adiposo marrón (BAT) difiere de la WAT en particular debido a su mayor contenido mitocondrial, gotitas del lípido más pequeños y multilocular, distinta distribución anatómica, una mayor inervación simpática y capacidad de generación de calor. Aunque murciélago una vez fue probablemente sólo existen en mamíferos pequeños y recién nacidos, fue confirmada la presencia de murciélago funcional en humanos adultos en 20093,4,5. La capacidad termogénica del murciélago humano aún no se conoce, pero un estudio extenso en pequeños animales ha demostrado que termogénesis sin escalofríos puede constituir hasta el 60% de su metabolismo durante la exposición fría6. Como resultado, murciélago humano ahora está siendo explorada como una Diana para el tratamiento y prevención de la obesidad y trastornos relacionados7. Varios estudios clínicos han demostrado que termogénesis BAT se correlaciona con gasto de energía y la absorción creciente de la glucosa tras la activación por exposición fría suave8,9,10. Sin embargo, contribución del palo a la termogénesis inducida por el frío sigue siendo polémico11,12,13,14, con mucho debate centrado en cómo cuantificar humana BAT15. Para entender mejor si la termogénesis BAT pueden aprovecharse para combatir la obesidad, es fundamental para tener una medida exacta de su volumen y actividad metabólica.
Obtención de mediciones precisas de BAT es difícil debido a la distribución anatómica única del murciélago en los seres humanos. MURCIÉLAGO se distribuye dentro de los depósitos adiposos blanco en el cuello, tórax y abdomen en sitios que son inaccesibles para las biopsias sin complicaciones14. Las autopsias se han utilizado para caracterizar anatómicamente BAT16, pero inviable para la mayoría son estudios de grandes laboratorios de investigación y no puede proporcionar información longitudinal o funcional. Desde que BAT tiene una densidad similar al WAT y puede ocurrir en capas fasciales estrechas o en bolsitas con WAT16, es difícil identificar usando una técnica de imagen única, de convencional. Esta heterogeneidad también hace más difícil que la cuantificación de estructuras homogéneas, como el hígado17cuantificación automática de murciélago.
Para superar estos retos, actividad y volumen BAT se cuantifican normalmente por tomografía computada (TC) y tomografía por emisión de positrones (PET) de acoplamiento. El análogo de glucosa radiactiva 18F-Fluourodeoxyglucose (18F-FDG) es el marcador más ampliamente utilizado para el estudio de la actividad metabólica de BAT18. Tejido adiposo puede ser distinguido de otros tejidos y el aire basado en densidad información proporcionada por la imagen de CT en unidades Hounsfield (HU). Imágenes PET muestran la cantidad de 18F-FDG tomado en un volumen de tejido en las unidades de los valores de captación estandarizados (SUV). Activo BAT puede ser separado del tejido con absorción insignificante del trazalíneas, como WAT BAT inactivo, registrándose Co imágenes PET con TC que corresponde y elegir un umbral adecuado de SUV.
A través de este trabajo, nuestro objetivo es proporcionar un enfoque paso a paso con un video instructivo que puede utilizarse por investigadores clínicos para cuantificar murciélago humano usando 18F-FDG PET/TAC. Esta técnica de análisis de imagen se utiliza idealmente después de asignatura (s) ha sido expuestos a frío o tratados con estimulantes farmacológicos de BAT. Específicamente, demostramos a los usuarios sobre cómo construir las regiones de interés (ROIs) y reducir al mínimo los falsos positivos utilizando un software de procesamiento de imágenes gratuito, de código abierto (ImageJ) con un complemento específico (petctviewer.org). El resultado de este enfoque puede ser utilizado para estudiar BAT volumen actividad (absorción de la glucosa) y distribución anatómica en los sujetos de estudio individual.
Protocol
Todas las imágenes de PET/CT en este manuscrito se obtuvieron de los participantes en el protocolo de institutos nacionales de salud no. 12-DK-0097 (ClinicalTrials.gov identifier NCT01568671). Todos los participantes siempre consentimiento de informado escrita y todos los experimentos fueron aprobados por la Junta de revisión institucional del Instituto Nacional de Diabetes y digestivo y enfermedades del riñón.
1. instalación del software
- Descargar ImageJ de imagej.net o usar el enlace en petctviewer.org para descargar de Fiji.
Nota: La versión de 64 bits de ImageJ se requiere para grupos de más de 1000 imágenes. - Descarga y aplica el PET/CT Viewer plug-in para ImageJ siguiendo las instrucciones de instalación en petctviewer.org. Consulte este sitio web para una guía completa de PET/CT Viewer y asegúrese de comprobar para actualizaciones regulares del software y el enlace a las instrucciones generales (http://sourceforge.net/p/bifijiplugins/wiki/Brown%20fat%20Volume/).
2. carga de imágenes PET/CT
- Cargar las siguientes tres pilas de imágenes en el PET/CT Viewer plug-in: corrección de atenuación PET (CPet), atenuación no corregido del animal doméstico (UPet) y atenuación corregido CT (CT). Subir imágenes mediante uno de dos métodos (figura 1).
- Método 1: Arrastrar y soltar
- Arrastrar y soltar desde el explorador de CT, CPet y UPet conjuntos de archivos.
- Haga clic en "sí" en los tres mensajes que aparecen (abierta todo X imágenes en "carpeta" como una pila), dejando sin marcar las casillas de verificación dentro de los mensajes.
- Cuando se cargan todos los conjuntos de tres imágenes, vaya a la barra de herramientas de ImageJ, seleccione "plug-ins" y desplácese por el menú desplegable para seleccionar "Visor de Pet-ct".
- Método 2: Estudios de lectura de CD o la ubicación en el disco:
- Asignar un nombre al conjunto de datos en la ficha "Configuración" asignar un "camino DICOM" clic en "Examinar" y navegar a una carpeta de almacenaje de alto nivel que contiene todos los sistemas de imagen.
Nota: DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) es un formato de fichero usado comúnmente para imágenes médicas y el "camino DICOM" se refiere al conjunto de carpetas que contiene todas las imágenes DICOM crudas. - Volver a la ficha de "Leer" donde las exploraciones individuales (de un tema y una fecha) será seleccionables para procesamiento de imágenes.
- Seleccione al tema, pulse "Leer" y automáticamente cargar todos los conjuntos asociados tres ImageJ e iniciar el visor de PET/CT.
- Asignar un nombre al conjunto de datos en la ficha "Configuración" asignar un "camino DICOM" clic en "Examinar" y navegar a una carpeta de almacenaje de alto nivel que contiene todos los sistemas de imagen.
- Método 1: Arrastrar y soltar
- Cargar un conjunto anterior de ROIs en el visor de PET/CT haciendo clic en el botón "cargar" en el editor de "grasa marrón, ROIs".
Nota: ImageJ sólo permitirá a un archivo .csv ROI creado a partir del conjunto actual de imágenes CT, CPET y UPET para cargarse.
3. navegando por el PET/CT Viewer plug-in
- Espere a que el espectador de PET/CT aparecer después de cargar una nueva ventana con tres vistas distintas de las imágenes de PET/CT, presentado ya sea individualmente o fundido.
- Haga clic en el botón "MIP" en la parte superior izquierda del espectador para reemplazar una de las otras dos ventanas con una vista fusionada de PET/CT PET/CT. Sin embargo, si este botón es sólo hacer clic en una vez, el MIP no estará disponible.
Nota: El MIP o proyección de máxima intensidad es una imagen bidimensional, lleno de cuerpo mostrando sólo los píxeles con mayor intensidad en cada rebanada axial. - Clic en el botón "MIP" para traer de vuelta el MIP; ahora vistas fusionadas PET/CT, CT y MIP deben estar disponibles.
- Haga clic en el botón "MIP" en la parte superior izquierda del espectador para reemplazar una de las otras dos ventanas con una vista fusionada de PET/CT PET/CT. Sin embargo, si este botón es sólo hacer clic en una vez, el MIP no estará disponible.
- Cambiar la orientación de la imagen de MIP con la ">>", "F" y "S" botones en la parte superior del espectador de PET-CT.
- Cambiar la orientación de la PET, CT y de imágenes PET/TC fusionadas a planos axiales, coronales o sagitales mediante los tres botones a la izquierda de la lupa.
- Haga clic en la lupa de la barra de herramientas en la parte superior del espectador de PET-CT para cambiar la función de rueda de desplazamiento del ratón.
- Ampliar todas las vistas (excepto el MIP) desplazándose con la lupa seleccionada.
- Navegar a través de rodajas en todas las vistas (excepto el MIP) desplazándose cuando no se selecciona la lupa.
Nota: Haciendo clic en el MIP también cambiará las rebanadas de PET y TAC para la localización anatómica a nivel del cursor.
- Seleccione "Editar" en la parte superior izquierda de la barra de herramientas y seleccione "Grasa marrón, ROIs" en el menú desplegable que aparece. Aparecerá un nuevo cuadro de diálogo. Asegúrese de que las siguientes opciones estén seleccionadas antes de iniciar la cuantificación:
- Marque las casillas de verificación "SUV de uso" y "Uso CT".
- Seleccione uno de los tres criterios de inclusión de voxel ("Cualquiera", "Promedio" o "Todo").
Nota: "Cualquier" fue utilizado en Leitner et al. 201719. Para una explicación detallada de otras opciones, consulte petctviewer.org. - Seleccione "Interior" para aplicar el algoritmo de detección de BAT para examinar los vóxeles dentro (no fuera) la zona del retorno de la inversión.
- Para BAT en la primera fila de campos de texto libre de este cuadro de diálogo de entrada límites SUV.
- De entrada un límite inferior del SUV normalizado para el individuo medido o predicha lean masa corporal y un límite superior suficiente para dar cabida a niveles de alta actividad19,20.
Nota: BAT maximal SUV alto ~ 75 g/mL se han divulgado en estudios anteriores17; así, 100 g/mL es un límite razonable.
- De entrada un límite inferior del SUV normalizado para el individuo medido o predicha lean masa corporal y un límite superior suficiente para dar cabida a niveles de alta actividad19,20.
- De entrada el rango de densidad de palo en la segunda fila de campos de texto libre.
Nota:-10 HU límite superior y un límite inferior de la HU-300 fueron utilizados en Leitner et al. 201719 y un rango de -190 a-10 HU recomendó también previamente21. - Marque la casilla situada debajo de "Vol * significa" para que todos los vóxeles consideran que BAT se resaltará en azul mientras que la ventana de "marrón grasa, ROI" está abierta.
Nota: El SUVmax aparecerá en rojo y el número ajustable junto a esta casilla de verificación determina el grosor de lo más destacado. - Dibujar el ROIs
- Haga clic en el botón "Dibujar" en la "grasa marrón, ROI" cuadro de diálogo. Los clics hechos dentro de la ventana del visor de PET/CT se considerarán puntos que ROIs.
- Haga clic en cualquier lugar dentro de una de las tres vistas para empezar a dibujar un ROI.
Nota: Es necesario un mínimo de tres puntos para formar un ROI. Haga doble clic en después del primer o segundo punto automáticamente borrar los puntos y dejar ROI modo diseño de planos. - Cierre y guarde el ROI con un doble clic después de definir más de dos puntos.
- Haga clic en cualquier lugar dentro de una de las tres vistas para empezar a dibujar un ROI.
- Haga clic en el botón "Dibujar" en la "grasa marrón, ROI" cuadro de diálogo. Los clics hechos dentro de la ventana del visor de PET/CT se considerarán puntos que ROIs.
- Compilación de ROIs para obtener el volumen total de BAT
- Dibujar ROIs en el plano axial para obtener el volumen total de BAT.
Nota: Es más fácil tener un máximo de un ROI por rebanada axial. Incluyendo más de un retorno de la inversión por sector puede producir solapamiento inadvertido. Voxels identificado como palo en superposición de regiones entonces contarse más de una vez hacia el volumen total de BAT. - Establecer el inicio y fin "corte límite" para el mismo segmento, para que el retorno de la inversión sólo se aplicará a la actual corte axial (e.g. a partir la rebanada = 90 y terminando rebanada = 90).
- Círculo de un depósito de BAT (por ejemplo, en la región supraclavicular izquierda) sin completar el retorno de la inversión. Continuar el ROI mediante la ampliación de una línea que conecta todo el cuerpo al segmento distante de murciélago. Adjuntar el segundo depósito BAT y haga doble clic en el punto previamente identificado en el comienzo de la región 2nd . Ajustar puntos de retorno de la inversión necesaria para reducir aún más la posibilidad de falsos positivos.
- Etiqueta que el ROI se basa en el nivel anatómico para referencia futura mediante el cuadro de texto en la parte inferior izquierda del cuadro de diálogo.
- Dibujar ROIs en el plano axial para obtener el volumen total de BAT.
- Eliminar no deseados ROIs
- Quitar un ROI no deseado después de la terminación.
- Haga doble clic en cualquier lugar en el visor de PET/CT para completar el ROI no deseado.
- Haga clic en el botón con el icono de papelera reciclaje en el cuadro de diálogo "grasa marrón, retorno de la inversión".
- Haga clic en "sí" cuando se le solicite o no el usuario desea eliminar el retorno de la inversión actual.
- Eliminar un retorno de la inversión hecha anteriormente.
- Seleccione el ROI deseado usando el para arriba o abajo las flechas junto al número de retorno de la inversión.
- Haga clic en el botón de reciclaje.
Nota: Una vez que se ha eliminado el ROI, los números asociados con cada retorno de la inversión mayor que la voluntad de retorno de la inversión eliminada por consiguiente cambio hacia abajo en orden (por ejemplo si ROI #2 se elimina, ROI #3 se convertirá en #2 y #4 de ROI ser #3 y así sucesivamente). Etiquetado ROIs facilitan este proceso.
- Quitar un ROI no deseado después de la terminación.
- Ahorro de ROIs
- Haga clic en el botón "Save" y proporcionar un nombre de archivo para guardar ROIs completadas en un archivo .csv.
Nota: Se recomienda que ROIs salvarse en intervalos de 10 rebanadas para que progreso no se pierda. Los archivos CSV se pueden abrir en un programa de editor o de hoja de cálculo de texto y contiene todos los datos sobre murciélagos identificados en cada retorno de la inversión incluyendo volumen, actividad, SUVmean, etc. valores que cambian en un programa de hoja de cálculo pueden modificar el formato de archivo y hacerla ilegible en ImageJ.
- Haga clic en el botón "Save" y proporcionar un nombre de archivo para guardar ROIs completadas en un archivo .csv.
4. cuantificación de BAT de cuerpo entero
- Utilice estas pautas generales para identificar el palo en todas las regiones del cuerpo.
- Evitar secciones de confinar con tejido de alta densidad o contrastes de actividad, como minutos temas de co-registro pueden presentar falsos positivos.
Nota: Tenga en cuenta que los depósitos BAT a menudo simétricos, una propiedad que ayuda en la identificación visual de la BAT.
- Evitar secciones de confinar con tejido de alta densidad o contrastes de actividad, como minutos temas de co-registro pueden presentar falsos positivos.
- Utilice únicas puntos anatómicos como la forma vertebral, otras estructuras óseas y la presencia de órganos para identificar la región anatómica actual. Evitar estructuras específicas para la región conocidas por producir falsos positivos.
- Identificar el BAT en la región cervical (las vértebras C3-C7).
- Desplácese a la vista axial en la tercera vértebra cervical (C3).
Nota: Las regiones de C1-C2 pueden contener BAT, pero detección de BAT es probable ser confundido por la alta absorción de FDG en cerebro y músculo esquelético. - Comienza el retorno de la inversión en el lado lateral del depósito de tejido adiposo, evitando los músculos del cuello alrededor de la Apófisis espinosa de la vértebra y crear una frontera sólo posterior al borde inferior de la mandíbula.
- Excluir la tiroides, que pueden tener similar densidad y nivel de actividad como BAT (figura 2A y 2B).
- Desplácese a la vista axial en la tercera vértebra cervical (C3).
- Identificar el palo en la región dorsocervical (vértebras C5-C7).
- Incluyen este depósito pequeño, subcutánea de murciélago.
Nota: Aparece simétricamente dentro de la grasa subcutánea de la parte posterior cerca de C5-C7, figura 2B. - Cuidadosamente se incluyen sólo actividad metabólica se produce en el tejido adiposo subcutáneo.
- Incluyen este depósito pequeño, subcutánea de murciélago.
- Identificar el palo en la región supraclavicular (vértebras C7-T3; Anterior de la espina dorsal, Posterior al mediastino)
- Comience el dibujo ROI un lado más superficial, cerca de la región de palo muy activa.
Nota: BAT puede extenderse a la zona alrededor de la cabeza del húmero. - Evitar el área directamente encima de la tráquea, que contiene la tiroides, y el ROI para presentar falsos positivos cerca de los músculos del cuello y los pulmones quedan excluidos.
- Comience el dibujo ROI un lado más superficial, cerca de la región de palo muy activa.
- Identificar el palo en la región axilar (vértebras T3-T7).
- Encontrar BAT axilar como una progresión desde la región supraclavicular.
- Seleccione bate cerca de donde el brazo empieza a separar el torso, pero evitar las costillas y los pulmones.
Nota: Estos depósitos de grasa pasará eventualmente a WAT subcutáneo en la línea midaxillary.
- Identificar el palo en la región mediastínica (vértebras T1-T7; Anterior):
Nota: Murciélago puede acumularse alrededor de la totalidad del esternón para algunas personas.- Seleccione BAT donde el esternón comienza a aparecer en el comienzo de T2 cerca de la región más anterior de la cavidad torácica de la persona y continuar ROIs inferiorly hasta el final del proceso xifoides.
- Identificar BAT en la región del paraspinal (vértebras T1-T12), por dibujo de ROIs en BAT que rodea el cuerpo, no la apófisis de la vértebra.
- Comienza incluyendo del paraspinal BAT desde la aparición de la primera costilla en el borde inferior de C7.
- No incluya espacios entre las costillas, donde se localizan los músculos intercostales.
- Identificar el palo en la región abdominal (Inferior de T12).
- Evite los uréteres, que tienen una densidad similar al murciélago y niveles de actividad muy alta. (Figura 2D).
- Rastro de grasa activa directamente alrededor de los riñones, hasta que ya no existe actividad metabólica.
- Ajuste abdominales ROIs dentro de esta región para excluir los uréteres si el SUVmax voxel aparece dentro o cerca de la porción medial de los riñones.
- Identificar el BAT en la región cervical (las vértebras C3-C7).
5. Aseguramiento de la calidad
- Examinar el MIP para cualquier obvio falsos positivos después de ROIs se han visto atraídos en los cortes axiales de las vértebras de C3 a alrededor de L3-4.
- Asegúrese de que el voxel SUVmax rojo está en una región que contiene el palo, en lugar de estructuras, como los uréteres, que muestran valores similares de densidad a palo y muy altos valores SUV.
- Guarde el archivo .csv final cuando seguro que todos BAT ha sido identificado y los falsos positivos han sido excluidos.
6. segmentación de BAT en depósitos individuales
Nota: La siguiente sección se centra sólo en cuantificar depósitos regionales de BAT17. Los pasos no son necesarios para obtener la actividad y volumen BAT de cuerpo entero.
- Generar una máscara de murciélago en el editor de "marrón grasa, ROI" (figura 1).
Nota: La máscara se define como un regenerado mascota imagen que contiene sólo SUV valores de vóxeles confirmado como BAT en el ROIs crean durante los pasos anteriores de este protocolo. El valor SUV para otros voxels se establece en 0.- Mantener abierto con BAT identificados todos visor de PET/CT o abrir visor de PET/CT en el menú desplegable de "Plug-Ins" y ROIs guardados por encima de la carga.
- Abrir los tres sistemas de análisis del sujeto.
- Abierto con cuadro de diálogo la "grasa marrón, retorno de la inversión".
- Seleccione la pestaña "máscara" y pulse "Hacer mascota enmascarada".
- Espere una caja adicional a pop-up, con el inicio del nombre del archivo con "DUP_..."
- Cierre el visor de PET/CT, pero dejan abiertas las cajas individuales (con las exploraciones del CT y PET) y luego volver a abrir una nueva ventana de visor de PET/CT.
- Seleccione las siguientes tres casillas en el cuadro de diálogo que aparece: el grupo CT, UPET set y el CPET último conjunto (es decir, el CPET situado más cercano a la parte inferior de la lista) - este es el archivo que contiene la máscara generada anteriormente.
- Cambiar la vista de las imágenes de PET/CT para sagital y empezar a dibujar todos ROIs para análisis de toda la región comience en la misma rebanada sagital.
Nota: No se cambia la orientación de imagen MIP. También, el sector más central (es decir, a lo largo del centro de la columna vertebral) es un buen lugar partido. - Rebanada de cambio limita al rango de rebanada 1 a la última rebanada en la exploración se analiza.
- Desmarque el umbral de densidad (HU) y cambiar el límite inferior del umbral de PET (SUV) a 0.01 SUV para excluir cualquier no-BAT voxels, que ahora tienen un valor SUV de 0. La casilla sobre el botón "Dibujar siguiente".
- Regiones de etiqueta escribiendo la etiqueta deseada (por ejemplo "cervical", "supraclavicular", etc.) en el campo de texto en la parte inferior izquierda del cuadro de diálogo "grasa marrón, retorno de la inversión".
- Mantener abierto con BAT identificados todos visor de PET/CT o abrir visor de PET/CT en el menú desplegable de "Plug-Ins" y ROIs guardados por encima de la carga.
- Sorteo y etiqueta el ROI cervical (figura 3a) comenzando en la parte superior de C3 y extendiendo el ROI a C7, trazar una línea debajo del cuerpo de C7 antes de cerrar el retorno de la inversión.
- Sorteo y etiqueta supraclavicular ROI (figura 3b).
- Comenzar en el C7, pero no incluyen el cuerpo de las vértebras torácicas mientras se extiende el ROI a T3, luego extender la frontera izquierda del ROI a la parte superior del manubrio del esternón.
- Alinee el borde derecho de la ROI con el borde anterior del cuerpo de las vértebras torácicas incluida dentro de esta región.
- Dibuje y etiquete el ROI axilar (Figura 3C).
- Comienzan en T3, pero no incluyen el cuerpo de las vértebras torácicas mientras se extiende el ROI a T7 y extender la frontera izquierda del ROI por debajo del cuerpo del esternón.
- Línea el borde derecho de la ROI con el borde anterior del cuerpo de las vértebras torácicas incluida dentro de esta región.
- Dibujar y etiquetar el ROI mediastínico (Figura 3d) por que el esternón todo dentro de un único retorno de la inversión.
- Dibujar y etiquetar el Paraspinal ROI (figura 3e) comenzando en T1, incluyendo todas las vértebras torácicas (hasta T12) en el ROI.
- Línea del borde izquierdo de la ROI con el borde anterior del cuerpo de las vértebras torácicas.
Extienda el borde derecho del ROI para que bate todo en la región está incluido.
- Línea del borde izquierdo de la ROI con el borde anterior del cuerpo de las vértebras torácicas.
- Dibujar y etiquetar el ROI Abdominal (figura 3f) comenzando en la parte superior de la L1 e incluyen cualquier murciélago que no correspondió en cualquiera de las otras regiones anteriores dentro del ROI abdominal.
- Sorteo y etiqueta dorsocervical ROI (figura 3 g).
- Incluyen la región de la grasa subcutánea dorsal cerca de la cervical y superior de la región del paraspinal. Esto es donde el cuerpo del sujeto ha hecho contacto con la cama de exploración.
- Check "Mostrar todo" para mostrar el ROIs de todas las regiones a ROIs todos para evitar la superposición o subestimación.
- Posición del perímetro de ROIs juntos al ras, para que ningún murciélago está incluido en dos regiones, y que ninguna BAT falta de todas las regiones.
- Observar el MIP de las vistas frontales y laterales para comprobar si se están incluyendo todos los sectores en las regiones delimitadas. Compruebe los límites de segmento si hay áreas que no están resaltadas en azul (paso 6.2.2).
- Guardar los datos finales en un nuevo archivo de CSV. Este archivo contendrá los totales regionales o medias para todos los parámetros BAT de cada depósito identificado.
Representative Results
BAT se cuantifica a través de una serie de pasos de proceso de adquisición de imágenes de post como se muestra en la figura 1. Umbrales de PET y CT se utilizan para identificar los vóxeles que son metabólicamente activos y tienen la densidad del tejido adiposo. Sin embargo, algunos voxels estos criterios puede ocurrir en localizaciones anatómicas no probables que contenga un BAT. Para evitar estos falsos positivos, PET, CT e información anatómica deben todos ser considerados cuando dibujo ROIs (figura 2). Varias regiones comunes incluyen a evitar al cuantificar todo cuerpo BAT en los sujetos estimulados por el frío se muestran en la figura 2, como metabólicamente activa cervical bate vs las glándulas salivales, cuerdas vocales, tiroides (figura 2A y 2B); supraclavicular bate vs temblor muscular cerca de las fronteras de aire y tejido sólido (por ejemplo, músculos intercostales) (figura 2); y BAT abdominal vs los cálices de los riñones como que claro glucosa (Figura 2D). Después de que el ROI de cada rebanada axial se compila, depósitos de murciélago pueden segmentarse en el plano sagital para examinar intra / interindividuales diferencias en la activación regional de BAT (figura 3).
Figura 1. Flujo esquemático de las etapas de procesamiento de imagen. En primer lugar, se suben imágenes de PET y CT correspondiente en el plug-in (A) PET/CT. Después de ROIs axiales se dibujan en cada rebanada de PET/CT (B), se identifican cada voxel PET y CT criterios en azul (C). Una máscara se genera de estos voxels identificado BAT (D), que se sustituye por el original corregida exploración del animal doméstico (E), y depósitos están segmentados en la vista sagital (F). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Selección de región de interés axial BAT y áreas comunes para evitar en múltiples depósitos BAT. Cortes axiales de una imagen de PET/TC fusionada (columnas 1 y 2) y una imagen de proyección de máxima intensidad (MIP, columna 3) con líneas verdes para denotar altura rebanada de un scan adquirido tras estímulo frío. ROIs verde son áreas drawnaround con densidad de tejido adiposo, alta absorción de FDG y localizaciones anatómicas que contienen activo BAT en las columnas 1 y 2. Áreas anatómicas poco probable contener BAT están marcadas en rojo en la columna 2. Voxels criterios BAT PET y CT son confirmadas por ImageJ y resaltados en azul. Los ejemplos son tomados del depósito cervical (A) anterior, depósito (B) cervical a nivel de la tiroides, (C) axilar Supraclavicular depot cerca temblor del músculo esquelético (es decir, intercostales) y (D) el depósito Abdominal a nivel de los uréteres de los riñones. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Segmentación regional de siete depósitos de palo en la vista sagital. Después de la generación de una imagen de "Máscara de murciélago" que contiene sólo PET vóxeles identificados previamente como BAT activa, las siguientes regiones se pueden separar con ROIs dibujados en el plano sagital: (A) Cervical (C3-C7), (B) Supraclavicular (C7-T3, excluidas las vértebras), (C ) Axilares (T3-T7, excluidas las vértebras), (D) mediastínico (mediastino anterior), (E) del Paraspinal (T1-T12, el borde anterior de las vértebras a los procesos espinosos), Abdominal (F) (T12-L3, retroperitoneal) y Dorsocervical (G) (depósito grasa distinta y posterior al depósito del paraspinal; cerca de la región cervical). La imagen compuesta con todas las regiones aparece en (H). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Discussion
Desde confirmación de murciélago funcional en humanos adultos, ha habido gran interés en entender el papel de murciélago en la fisiología humana. Sin embargo, porque este tejido termogénico se encuentra a menudo en estrecho planos fascial, intercalados dentro de grasa blanca y otros órganos circundantes, es difícil de cuantificar. En 2016, fue publicado un documento consensuado por un panel de expertos internacional bate con recomendaciones para la información de características relevantes del participante, criterios para la preparación del tema y un protocolo para la adquisición de imágenes PET/CT21. El grupo también identificó la necesidad de mayor coherencia en el proceso de PET/CT para la cuantificación de BAT, observando que los métodos para identificar BAT han variado ampliamente y, en la mayoría de los casos, se proporciona sólo limitado detalle el procedimiento de cuantificación de BAT. En consecuencia, mientras que informes de dentro estudio reproducibilidad alta22,23,24, sensiblemente diferente volumen BAT y la actividad ha sido reportada por grupos usando métodos de cuantificación diferentes, incluso cuando los participantes son de similar edad, sexo e IMC25,26. Estas inconsistencias hacen difícil comparar los resultados y han conducido a una controversia sobre la cantidad de palo en el humano adulto15.
Una limitación inherente de procesamiento de imágenes PET/CT es la inclusión de vóxeles que cumplen criterios de PET y CT están en localizaciones anatómicas que corresponden a estructuras que no sean murciélago. Perfecto Co-registro de imágenes PET y CT es casi imposible debido a las diferencias en el movimiento de resolución y la sujeto durante los análisis. Como consecuencia, estructuras con aire o hueso y las regiones de absorción alta del trazalíneas se identifican a menudo incorrectamente como BAT activa. Para limitar la inclusión de falsos positivos vóxeles, uno debe aplicar criterios de PET y CT solamente dentro de los ROIs que construyen los usuarios. Pero enfoques actuales cuantificar bate con ROIs especificado por el usuario o automatizados análisis difieren en la cantidad de participación del usuario y el conocimiento que requieren. Hemos demostrado que utilizando una sola, dos dimensiones coronales definidos por el usuario que ROI aplicado a la totalidad del stack de imágenes pueden ser más propensos a incluir áreas positivas falsas19. Varios grupos han desarrollado métodos automatizados para cuantificar BAT que son capaces de procesar rápidamente grandes conjuntos de datos sin mucho usuario de entrada. Sin embargo, estos métodos ya no son todas potenciales BAT que contiene las regiones, particularmente en el cuerpo inferior27, o incurrir en tasas relativamente altas de falsos positivos28 y falsos negativos de26. Puesto que el volumen de murciélago humano es generalmente bajo (< 600 mL, o < 2% del total de masa corporal), pequeños errores absolutos en la cuantificación se pueden llevar a grandes diferencias relativas.
El enfoque más riguroso, según este estudio de ROIs partiendo cada rebanada axial de PET-CT permite la detección de murciélago en capas fasciales estrechas mientras que proporciona más confianza que los falsos positivos han sido excluidos. Esto produce una cuantificación detallada en cada individial, en lugar de una evaluación binaria de presencia o ausencia de29del palo. Por lo tanto, puede ser más conveniente para los experimentos controlados en pequeños tamaños de muestra con la intención de estudiar fisiología BAT o efectos de las intervenciones. Además, la habilidad de definir depósitos BAT de cada región puede proporcionar la penetración más relevancia funcional y origen del desarrollo del palo. Creemos que estas medidas cuantitativas son importantes no sólo para la comparación a través del campo, sino también a la contribución de la mejor estimación BAT al metabolismo energético y termorregulación en seres humanos del adulto.
Varias características anatómicas del murciélago ayudará a los usuarios de nuestra inclusión de límite método de vóxeles positivos falsos. BAT se encuentra normalmente en capas fasciales continuadas y simétricas. Así, mientras dibujo y refinar un ROI, examinando los cortes axiales superiores e inferiores para la continuidad y simetría del tejido adiposo seleccionado puede ayudar a los usuarios maximizar la inclusión del tejido adiposo y reducir al mínimo la inserción del músculo esquelético, hueso y otros estructuras de BAT no obvio. Activo BAT es también raramente presente en depósitos de grasa subcutáneos, por lo que aconsejamos a los usuarios a evitar estas áreas al construir ROIs. Como se señala en el protocolo, murciélago se distribuye en varias regiones anatómicas distintas, incluyendo el cervical dorsocervical, supraclavicular, axilares, mediastinales, paravertebral y abdominales depósitos. Estos depósitos se distribuyen tales que uno axial corte mayo contienen más de BAT de múltiples depósitos. Por ejemplo, una rebanada axial en la región torácica puede contener BAT del depot mediastínico (proximal y anterior), depósito del paraspinal (proximal y posterior, a lo largo de la columna vertebral) y depot axilar (lateral y cerca de la línea media antero-posterior). Conocimiento de estos depósitos puede ayudar a los usuarios crear ROIs en las distintas regiones del cuerpo, puesto que ocurren en localizaciones previamente descritas son en gran parte contiguas, como se describe en nuestro protocolo. Sin embargo, ya que animamos a los usuarios dibujar solamente un ROI por rebanada para evitar superposición ROI, los pasos adicionales de generar una máscara de murciélago y plano sagitales ROIs es necesaria para separar los vóxeles BAT previamente identificadas en los distintos depósitos regionales si información de distribución de murciélagos es deseado, es decir, separar mediastínica paravertebral y axilar BAT detectada en el mismo ROI axial en depósitos basado en ubicación sagital (figura 3).
El software de visor de PET/CT también puede utilizarse para cuantificar la actividad de tejidos que no sean murciélago, por ejemplo temblor del músculo esquelético, que juega también importante un frío papel inducida por la termogénesis19o varias áreas del cerebro o del hígado que han sido sugerido que los tejidos de referencia para el análisis de PET/CT21. Sin embargo, estos tejidos con densidades y distribuciones anatómicas que difieren de palo y fuera el foco de nuestro protocolo actual. Orientamos a los lectores el documento de consenso para mayor detalle sobre estos temas21. Por último, aconsejamos a todos los usuarios continuamente actualizar ImageJ y visite petctviewer.org para asistencia de software y actualizaciones del plug-in.
Aunque creemos que este método riguroso es más precisa que los métodos automatizados26,28 y métodos que utilizan un ROI simplificado, solo para estimar total BAT volumen9,30, no es sin limitaciones. No hay ningún método ideal no invasiva cuantificar BAT en los seres humanos, y 18F-FDG representa sólo la captación de glucosa, que no es lo mismo que glucosa metabolismo11. Sin embargo, a pesar de otros trazadores radiactivos han sido usados31,32,33, 18F-FDG es el trazador más prominente estudio murciélago humano. Por lo tanto, desarrollar métodos estandarizados para analizar imágenes de 18F-FDG PET/CT seguirá siendo impactante en el estudio de la fisiología humana de la BAT en el futuro previsible.
El método que proponemos, creando un ROI en cada rebanada axial que contiene palo evitando áreas problemáticas comunes, es laborioso y requiere al usuario tener cierto conocimiento de la anatomía subyacente. También es posible que la rigurosa selección de ROI puede introducir falsos negativos, ya que algunos depósitos que contienen el BAT se pueden evitar. Dibujo de ROIs en cada segmento axial de la imagen de PET/TC fusionada permite cuidadosa discriminación entre tejido adiposo y los tejidos metabólicamente activos vecinos o regiones afectadas por derrame sobre y efectos de volumen parcial34. Sin embargo, el tiempo que toma para completar el análisis de una sola exploración puede variar de tres a ocho horas, con la posibilidad de acortar los plazos con la práctica y experiencia. El aprender de máquina diferentes enfoques puede ser capaces de reducir el trabajo y la experiencia necesaria para realizar esta tarea. Sin embargo, la creación de un método más automatizado que puede detectar con precisión el BAT y es robusto a falsos positivos creados por las limitaciones actuales de proyección de imagen requerirá una gran base de datos con personas de variada composición y distribución del murciélago. Esperamos que este método puede ser utilizado para producir un detallado atlas BAT que pueden servir como una plantilla para enfoques más sofisticados de datos grandes.
En conclusión, hemos demostrado un enfoque de análisis de imagen paso a paso para cuantificar el volumen de tejido adiposo marrón humano, actividad y distribución mediante exploraciones de FDG PET/CT por el frío. Los pasos críticos incluyen 1) continuamente y secuencialmente analizar ROIs axiales y 2) evaluación de importantes depósitos BAT por su localización anatómica, evitando otros tejidos metabólicamente activos. Este enfoque de cuantificación rigurosa puede utilizarse por los investigadores en el campo a estudiar fisiología de palo y servir como referencia estándar para la elaboración de métodos de cuantificación de BAT humanos automatizados en el futuro.
Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Nos gustaría agradecer a todos los voluntarios del estudio, de enfermería y personal clínico y los dietistas del centro clínico de NIH su participación en nuestros estudios de exposición fría y cuidado durante la hospitalización se mantiene. También nos gustaría agradecer Dr. Bill Dieckmann por toda su asistencia con la adquisición y distribución de las imágenes de PET-CT para nuestros estudios. Este trabajo fue apoyado por el programa de investigación Intramural del Instituto Nacional de Diabetes y digestivo y riñón enfermedades subvenciones Z01 DK071014 (a K.Y.C.) y DK075116-02 (a A.M.C.).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ImageJ/Fiji Software | ImageJ | https://imagej.net/Fiji/Downloads | Open Source Software |
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