Summary
Utilizando software livre, open-source, desenvolvemos uma abordagem analítica para quantificar o volume total e regional adiposo tecido marrom (BAT) e a atividade metabólica de morcego usando 18F-FDG PET/CT.
Abstract
Em animais endotérmicos, tecido adiposo marrom (BAT) é ativado para produzir calor por defender a temperatura do corpo em resposta ao frio. Capacidade do morcego para gastar energia tornou um alvo potencial para novas terapias amenizar a obesidade e distúrbios metabólicos associados em seres humanos. Embora este tecido tem sido bem estudado em animais de pequenos porte, capacidade de termogênico do morcego em humanos permanece desconhecida em grande parte devido às dificuldades de medir o seu volume, atividade e distribuição. Identificar e quantificar ativo morcego humano é comumente realizada utilizando tomografia por emissão de pósitrons 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) e tomografia computadorizada (PET/CT) scans após ativação frio-exposição ou farmacológica. Aqui nós descrevemos uma abordagem de análise de imagem detalhada para quantificar o total-corpo que morcego humano de 18F-FDG PET-CT scans usando um software de código aberto. Demonstramos o desenho das regiões especificadas pelo usuário, de interesse para identificar o tecido adiposo metabolicamente ativo, evitando comuns tecidos não-BAT, a medida morcego volume e atividade e ainda mais caracterizar sua distribuição anatômica. Embora essa abordagem rigorosa é demorada, acreditamos que em última análise, irá fornecer uma base para desenvolver o futuro automatizados algoritmos de quantificação de morcego.
Introduction
O aumento da prevalência de obesidade em todo o mundo1 levou a uma investigação sobre novas terapêuticas para prevenir e amenizar a obesidade e suas complicações associadas. A obesidade é devida em parte ao excesso de energia armazenado no tecido adiposo branco (WAT) sob a forma de triglicérides2. Tecido adiposo marrom (BAT) difere do WAT, principalmente devido ao seu maior conteúdo mitocondrial, gotículas lipídicas menores e multilocular, distribuição anatômica distinta, maior inervação simpática e capacidade de geração de calor. Embora o morcego foi pensava-se que só existem em pequenos mamíferos e recém-nascidos, foi confirmada a existência de morcego funcional em seres humanos adultos em 20093,4,5. A capacidade termogênica de morcego humano ainda não é conhecida, mas estudo extensivo em pequenos animais tem mostrado que essa termogênese não-tremendo pode constituir até 60% do seu metabolismo durante o frio-exposição6. Como resultado, morcego humano está agora a ser explorado como um alvo para o tratamento e a prevenção da obesidade e distúrbios relacionados7. Vários estudos clínicos têm mostrado que termogênese morcego correlaciona-se com a despesa de energia e absorção de glicose aumento após a ativação pela exposição frio suave8,9,10. No entanto, contribuição do morcego a termogênese induzida pelo frio permanece controverso11,12,13,14, com muito debate centrado em torno de como quantificar de morcego humano15. Para entender melhor se termogênese morcego pode ser aproveitada para combater obesidade, é fundamental ter uma medida exata do seu volume e atividade metabólica.
Obtenção de medidas precisas de morcego é um desafio devido à distribuição de anatômico exclusiva do morcego em seres humanos. BAT é distribuído dentro de depósitos de tecido adiposos brancos no pescoço, tórax e abdômen em sites que são inacessíveis para biópsias simples14. Autópsias foram usadas para caracterizar o morcego anatomicamente16, mas é inviável para a maioria fazer grandes estudos de laboratórios de pesquisa e não pode fornecer informações longitudinais ou funcionais. Desde que o morcego tem uma densidade semelhante a WAT e pode ocorrer em camadas fascial estreitas ou em pequenas bolsas, intercaladas com WAT16, é difícil identificar usando uma técnica de imagem única, convencional. Esta heterogeneidade também torna mais difícil do que a quantificação de homogêneas estruturas tais como o fígado,17quantificação automática de morcego.
Para superar esses desafios, a atividade e volume de morcego comumente são quantificados pelo acoplamento de tomografia computadorizada (CT) e tomografia por emissão de pósitrons (PET). A glicose radiolabeled analógico 18F-Fluourodeoxyglucose (18F-FDG) é o marcador mais amplamente utilizado para estudar a atividade metabólica de morcego18. Tecido adiposo pode ser diferenciado de outros tecidos e ar com base na densidade de informação fornecida pela imagem CT em unidades Hounsfield (HU). Imagens de animais mostram a quantidade de 18F-FDG retomada em um volume de tecido em unidades de valores de absorção padronizado (SUV). MORCEGO ativo pode ser separado do tecido com captação do traçador insignificante, incluindo o WAT e inativo morcego, co registrando imagens de PET com correspondente Tomografias computadorizadas e escolhendo um limiar SUV.
Por este papel, nosso objetivo é fornecer uma abordagem passo a passo com um vídeo de instrução que pode ser usado por pesquisadores clínicos para quantificar o morcego humano usando varreduras de 18F-FDG PET-CT. Esta técnica de análise de imagem é usada idealmente após o sujeito (s) tenha sido expostos ao frio ou tratados com estimulantes de morcego farmacológicas. Especificamente, demonstramos aos usuários sobre como construir regiões de interesse (ROIs), minimizando a falsos positivos, usando um software de processamento de imagem livre, open-source (ImageJ) com um plug-in específico (petctviewer.org). O resultado desta abordagem pode ser usado para estudar o morcego volume, atividade (absorção de glicose) e distribuição anatômica em disciplinas de estudo individual.
Protocol
Todas as imagens de PET/CT, mostradas neste manuscrito foram obtidas de participantes no protocolo de institutos nacionais de saúde n. º 12-DK-0097 (ClinicalTrials.gov identificador NCT01568671). Todos os participantes fornecido o consentimento informado por escrito, e todos os experimentos foram aprovados pelo Conselho de revisão institucional do Instituto Nacional de Diabetes e doenças renais e digestivo.
1. software instalação
- Baixar ImageJ de imagej.net ou use o link no petctviewer.org para baixar Fiji.
Nota: A versão de 64-bit do ImageJ é necessária para conjuntos com mais de 1000 imagens. - Baixar e aplicar o plug-in Visualizador de PET/CT ImageJ, seguindo as instruções de instalação em petctviewer.org. Consulte este site para um guia completo para visualizador de PET/CT e não se esqueça de verificar se há atualizações regulares para o software e o link para instruções gerais (http://sourceforge.net/p/bifijiplugins/wiki/Brown%20fat%20Volume/).
2. carregando imagens de PET/CT
- Carregar as seguintes três pilhas de imagens para o plug-in Visualizador de PET/CT: atenuação corrigida PET (CPet), não-atenuação corrigida PET (UPet) e atenuação corrigida CT (CT). Fazer upload de imagens usando um dos dois métodos (Figura 1).
- Método 1: Arrastar e soltar
- Arrastar e soltar do explorador de arquivos CT, CPet e UPet filesets.
- Clique em "Sim" sobre os três avisos que aparecem (aberto todo X imagens em "pasta" como uma pilha), deixando as caixas de seleção dentro os prompts desmarcada.
- Quando todos os conjuntos de três imagens são carregados, vá à barra de ferramentas do ImageJ, selecione "plug-ins" e role para baixo o menu drop-down para selecionar "Visualizador de Pet-ct".
- Método 2: Estudos de leitura do CD ou localização no disco:
- Atribua um nome de local para o conjunto de dados na guia "Configuração" atribuir um "caminho DICOM" clicando em "Procurar" e navegar para uma pasta de armazenamento de alto nível que contém todos os conjuntos de imagens.
Nota: DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) é um formato de arquivo usado comumente para imagens médicas e o "caminho DICOM" refere-se ao conjunto de pastas que contém todas as imagens DICOM raw. - Retornar à guia "Leitura" onde exames individuais (a partir de uma data e um assunto) vão se tornar selecionáveis para processamento de imagem.
- Selecione o assunto, pressione "Leitura" e ImageJ vai automaticamente carregar todos os três conjuntos de associado e iniciar o Visualizador de PET/CT.
- Atribua um nome de local para o conjunto de dados na guia "Configuração" atribuir um "caminho DICOM" clicando em "Procurar" e navegar para uma pasta de armazenamento de alto nível que contém todos os conjuntos de imagens.
- Método 1: Arrastar e soltar
- Carrega um conjunto previamente feito de ROIs volta para o Visualizador de PET/CT, clicando no botão "carregar" no editor de "gordura marrom, ROIs".
Nota: ImageJ permitirá somente um arquivo. csv ROI criado o atual conjunto de imagens de CT, CPET e UPET a ser carregado.
3. navegando o plug-in Visualizador de PET/CT
- Espere para o espectador de PET/CT a aparecer depois de carregar como uma nova janela com três modos de exibição separadas, as imagens de PET/CT, apresentado o individualmente ou fundidos.
- Clique no botão "MIP" na parte superior esquerda do visualizador PET/CT para substituir uma das outras duas janelas com uma vista de PET/CT fundida. No entanto, se este botão é clicado apenas uma vez, o MIP já não estará disponível.
Nota: O MIP ou projeção de intensidade máxima é uma imagem bidimensional, cheia de corpo, exibindo apenas os pixels com intensidade mais elevada em cada fatia axial. - Clique no botão "MIP" novamente para trazer de volta o MIP; Agora vistas do fundido PET/CT, CT e MIP devem estar disponíveis.
- Clique no botão "MIP" na parte superior esquerda do visualizador PET/CT para substituir uma das outras duas janelas com uma vista de PET/CT fundida. No entanto, se este botão é clicado apenas uma vez, o MIP já não estará disponível.
- Alternar a orientação da imagem do MIP com o ">>", "F" e "S" botões no topo do Visualizador de PET-CT.
- Altere a orientação do fundido imagens de PET/CT, CT e PET para planos axiais, coronais ou sagitais, usando os três botões para a esquerda da lupa.
- Clique na lupa na barra de ferramentas no topo do Visualizador de PET-CT para alternar a função da roda de rolagem do mouse.
- Zoom em todas as vistas (exceto o MIP) deslocando-se com a lupa selecionada.
- Navegar pelo fatias em todas as vistas (exceto o MIP) rolagem quando a lupa não está selecionada.
Nota: Clicando sobre o MIP também alterará as fatias de PET e CT para a localização anatômica a nível do cursor.
- Selecione "Editar" no canto superior esquerdo da barra de ferramentas e selecione "Gordura marrom, ROIs" no menu suspenso que aparece. Uma nova caixa de diálogo aparecerá. Certifique-se que as seguintes opções estão selecionadas antes de iniciar a quantificação:
- Verifique se as caixas de seleção "SUV de uso" e "CT de uso".
- Selecione um dos três critérios de inclusão de voxel ("Qualquer um", "Média" ou "Todos").
Nota: "Qualquer um" foi usado em Leitner et al . 201719. Para obter uma explicação detalhada de outras opções, consulte petctviewer.org. - Selecione "Interior" para aplicar o algoritmo de detecção do morcego para examinar os voxels dentro (em vez do lado de fora) a área do ROI.
- Entrada de limites SUV para taco na primeira linha dos campos de texto livre dessa caixa de diálogo.
- Um limite mais baixo de SUV, normalizada para o indivíduo medido de entrada ou prevista magra corpo massa e um limite superior suficiente para acomodar os níveis de alta atividade19,20.
Nota: BAT SUVs máximas tão altos quanto ~ 75 g/mL têm sido relatados em anteriores estudos17; assim, 100 g/mL é um limite superior razoável.
- Um limite mais baixo de SUV, normalizada para o indivíduo medido de entrada ou prevista magra corpo massa e um limite superior suficiente para acomodar os níveis de alta atividade19,20.
- A faixa de densidade de morcego na segunda linha de campos de texto livre de entrada.
Nota: Um limite inferior de HU-300 e o limite superior do HU-10 foram usados em Leitner et al . 201719 e uma gama de -190 a HU-10 também já foi recomendada a21. - Verifique a caixa de seleção localizada abaixo "Vol * quer dizer" para que todos os voxels considera-se ser morcego será realçado em azul enquanto a "marrom gordura, ROI" a janela está aberta.
Nota: O SUVmax aparecerão em vermelho e o número ajustável ao lado esta opção determina a espessura do destaque. - Desenhar o ROIs
- Clique no botão "Draw" na "brown gordura, ROI" caixa de diálogo. Todos os cliques feitos dentro da janela do Visualizador de PET/CT serão considerados pontos que compõem ROIs.
- Clique em qualquer lugar dentro de uma das três vistas para começar um ROI de desenho.
Nota: É necessário um mínimo de três pontos para formar um ROI. Clique duas vezes após o primeiro ou o segundo ponto automaticamente excluir os pontos e deixar o ROI modo de desenho. - Feche e guarde o ROI clicando duas vezes após a definição de mais de dois pontos.
- Clique em qualquer lugar dentro de uma das três vistas para começar um ROI de desenho.
- Clique no botão "Draw" na "brown gordura, ROI" caixa de diálogo. Todos os cliques feitos dentro da janela do Visualizador de PET/CT serão considerados pontos que compõem ROIs.
- Compilação de ROIs para obter o volume total de morcego
- Desenhe ROIs no plano axial para obter o volume total de morcego.
Nota: É mais fácil ter um máximo de um ROI por fatia axial. Incluindo mais de um ROI por fatia pode originar sobreposição inadvertida. Voxels identificado como morcego sobreposição de regiões então iria ser contado mais de uma vez para o volume total de morcego. - Definir o inicial e final "limite de corte" para a mesma fatia, para que o ROI só será válida para a atual fatia axial (por exemplo, começando a fatia = 90 e terminando a fatia = 90).
- Um depósito de morcego (por exemplo, na região supraclavicular esquerda) do círculo sem completar o ROI. Continue o ROI por estender uma linha de conexão em todo o corpo ao segmento distante de morcego. Coloque o segundo depósito de morcego e duplo clique sobre o ponto previamente identificado no início da região 2nd . Ajuste o ROI pontos conforme necessário para reduzir ainda mais a possibilidade de falsos positivos.
- Rótulo que o ROI baseado no nível anatômico para referência futura, usando a caixa de texto na parte inferior esquerda da caixa de diálogo.
- Desenhe ROIs no plano axial para obter o volume total de morcego.
- Exclusão de ROIs indesejados
- Remova um ROI indesejado logo após a conclusão.
- Clique duas vezes em qualquer lugar dentro do Visualizador de PET/CT para completar o ROI indesejado.
- Clique no botão com o ícone de ' Reciclagem ' na caixa de diálogo "gordura marrom, ROI".
- Clique em "Sim" quando solicitado ou não o usuário deseja remover o ROI atual.
- Exclua um ROI feitas anteriormente.
- Selecione o ROI desejado usando a cima ou abaixo, as setas ao lado do número ROI.
- Clique no botão de reciclagem.
Nota: Uma vez que foi excluído o ROI, os números associados com cada ROI maior do que a vontade ROI excluída nesse sentido deslocar para baixo em ordem (por exemplo, se o ROI #2 é excluído, ROI #3 tornará #2 e #4 de ROI se tornará #3 e assim por diante). ROIs rotulados facilitar esse processo.
- Remova um ROI indesejado logo após a conclusão.
- Salvando a ROIs
- Clique no botão "Salvar" e fornecer um nome de arquivo para salvar ROIs concluídos em um arquivo. csv.
Nota: É recomendável que ROIs ser salvas em intervalos de 10 fatias para que o progresso não está perdido. Os arquivos CSV podem ser abertos em um programa de editor ou planilha de texto e contém todos os dados sobre o morcego identificado em cada ROI, incluindo volume, atividade, SUVmean, etc. alterar valores em um programa de planilha podem alterar o formato de arquivo e torná-lo ilegível no ImageJ.
- Clique no botão "Salvar" e fornecer um nome de arquivo para salvar ROIs concluídos em um arquivo. csv.
4. quantificação de morcego de corpo inteiro
- Use estas orientações gerais para identificar o bastão em todas as regiões do corpo.
- Evite secções de fronteira com tecido com alta densidade ou contrastes de atividade, como minuto questões de registo co podem apresentar falsos positivos.
Nota: Tenha em mente que depósitos de morcego são frequentemente simétricos, uma propriedade que ajudarão na identificação visual de morcego.
- Evite secções de fronteira com tecido com alta densidade ou contrastes de atividade, como minuto questões de registo co podem apresentar falsos positivos.
- Use pontos anatômicos exclusivos como forma vertebral, outras estruturas ósseas e a presença de órgãos para identificar a região anatômica atual. Evite estruturas específicas da região conhecidas por produzir resultados falso-positivos.
- Identifica o morcego na região cervical (vértebras C3-C7).
- Navegue até a vista axial da terceira vértebra cervical (C3).
Nota: C1-C2 regiões também podem conter morcego, mas BAT detecção é susceptível de ser confundida pela alta captação de FDG no cérebro e músculo esquelético. - Começa o ROI do lado lateral do depósito do tecido adiposo, evitando os músculos do pescoço em torno do processo espinhoso da vértebra e criando uma fronteira apenas posterior à borda inferior da mandíbula.
- Exclua a tireoide, que pode ter densidade similar e nível de atividade como morcego (Figura 2A e 2B).
- Navegue até a vista axial da terceira vértebra cervical (C3).
- Identifica o morcego na região dorsocervical (vértebras C5-C7).
- Inclua este depósito pequeno, subcutâneo de morcego.
Nota: Ele aparece simetricamente dentro da gordura subcutânea das costas perto de C5-C7, Figura 2B. - Cuidadosamente incluem o tecido adiposo subcutâneo onde atividade metabólica ocorre somente.
- Inclua este depósito pequeno, subcutâneo de morcego.
- Identificar o morcego na região supraclavicular (vértebras C7-T3; Anterior da coluna vertebral, Posterior ao mediastino)
- Começa o desenho do lado de um ROI mais superficial, perto da região de morcego altamente ativa.
Nota: Morcego pode estender para a área ao redor da cabeça do úmero. - Evite a área diretamente acima da traqueia, que contém a tireoide, e coloque o ROI para que falsos positivos perto de músculos do pescoço e excluem-se os pulmões.
- Começa o desenho do lado de um ROI mais superficial, perto da região de morcego altamente ativa.
- Identifica o morcego na região axilar (vértebras T3-T7).
- Encontre axilar BAT como uma progressão da região supraclavicular.
- Selecione o morcego perto de onde o braço começa a separar do tronco, mas evite as costelas e os pulmões.
Nota: Estes depósitos de gordura eventualmente farão a transição para WAT subcutâneo na linha claro.
- Identificar o morcego na região do mediastino (vértebras T1-T7; Anterior):
Nota: Morcego pode acumular-se em torno da totalidade do esterno para alguns indivíduos.- Selecione o bastão onde o esterno começa a aparecer no início do T2 perto da região mais anterior da cavidade torácica do indivíduo e continuar ROIs inferiormente até o final do processo xifoide.
- Identifica o morcego na região paraspinal (vértebras T1-T12), desenhando ROIs em torno do bastão em torno do corpo, não o processo espinhoso, da vértebra.
- Comece incluindo paraspinal morcego desde o aparecimento da primeira costela na borda inferior de C7.
- Não incluem as áreas entre as costelas, onde os músculos intercostais são localizados.
- Identifica o morcego na região abdominal (Inferior a T12).
- Evite os ureteres, que têm uma densidade semelhante a BAT e níveis muito elevados de atividade. (Figura 2D).
- Rastreamento ativa gordura diretamente em torno dos rins, até a atividade metabólica já não está presente.
- Ajuste ROIs abdominais dentro desta região para excluir os ureteres se o voxel SUVmax aparece dentro ou perto da porção medial dos rins.
- Identifica o morcego na região cervical (vértebras C3-C7).
5. garantia de qualidade
- Examine o MIP para óbvios falsos positivos depois ROIs foram emitidos em todas as fatias axiais, medidas a partir das vértebras C3 para em torno de L3-4.
- Certifique-se de que o vermelho SUVmax voxel é uma região que contém o morcego, em vez de estruturas tais como os ureteres, que exibem valores de densidade semelhante ao morcego e valores muito elevados de SUV.
- Salve o arquivo CSV final quando certos de que todos os morcegos foi identificado e todos os falso-positivos foram excluídos.
6. segmentação bastão em depósitos individuais
Nota: A seção a seguir é focada apenas na quantificação dos depósitos regionais de BAT17. Os passos não são necessários para obter a atividade e volume de morcego de corpo inteiro.
- Gere uma máscara de morcego no editor "marrom gordura, ROI" (Figura 1).
Nota: A máscara é definida como uma regenerada PET imagem contendo apenas SUV valores para voxels confirmado como morcego dentro o ROIs criado durante as etapas anteriores do presente protocolo. O valor SUV para todos os outros voxels é definido como 0.- Manter o espectador de PET/CT aberto com bastão identificados todos ou reabrir PET/CT Visualizador de "Plug-Ins" menu drop-down e carregar ROIs salvos acima.
- Abra os três conjuntos de varredura do sujeito.
- Aberta a "brown gordura, ROI" caixa de diálogo.
- Selecione a guia "máscara" e pressione "Make PET mascarado".
- Esperar por uma caixa adicional de pop-up, com a nome do arquivo que começa com "DUP_..."
- Feche o Visualizador de PET/CT, mas deixe que as caixas individuais (com os CT e PET scans) aberta e então re-abrir uma nova janela do Visualizador de PET/CT.
- Selecione as três seguintes caixas de seleção na caixa de diálogo que aparece: o conjunto de CT, UPET definida e o mais recente CPET definida (ou seja, o CPET definida próxima à parte inferior da lista) - este é o arquivo que contém a máscara gerada anteriormente.
- Alterar a exibição das imagens de PET/CT para sagital e começar a desenhar todos os ROIs para início de análise de toda a região com a mesma fatia sagital.
Nota: A orientação da imagem do MIP não mudará. Além disso, a fatia mais central (ou seja, ao longo do centro da coluna vertebral) é um bom local de partida. - Fatia de mudança limita a gama de fatia 1 à última fatia no scan sendo analisado.
- Desmarque o limiar de densidade (HU) e alterar o limite do limiar PET (SUV) para 0,01 SUV para excluir qualquer não-morcego voxels, que agora tem um valor SUV de 0. Marque a caixa acima do botão "Chamar a próxima".
- Regiões de rótulo digitando o rótulo desejado (por exemplo, "cervical", "supraclavicular", etc.) no campo de texto na parte inferior esquerda da caixa de diálogo "gordura marrom, ROI".
- Manter o espectador de PET/CT aberto com bastão identificados todos ou reabrir PET/CT Visualizador de "Plug-Ins" menu drop-down e carregar ROIs salvos acima.
- Empate e etiqueta o ROI cervical (Figura 3a), começando na parte superior do C3 e alargando o ROI para C7, desenhando uma linha sob o corpo de C7 antes de fechar o ROI.
- Empate e rótulo a supraclavicular ROI (Figura 3b).
- Começam em C7, mas não incluem o corpo das vértebras torácicas enquanto estendendo o ROI para T3, então estender a borda esquerda do ROI para a parte superior do manúbrio do esterno.
- Alinhe a borda direita do ROI com a borda anterior do corpo da vértebra torácica incluído dentro desta região.
- Desenhar e etiquetar o ROI axilar (Figura 3C).
- Começam em T3, mas não inclui o corpo da vértebra torácica enquanto estendendo o ROI de T7, então estender a borda esquerda do ROI aquém do corpo do esterno.
- Linha da borda direita do ROI com a borda anterior do corpo da vértebra torácica incluído dentro desta região.
- Desenhar e legendar o ROI do mediastino (Figura 3d) ao englobando o esterno inteiro dentro de um único ROI.
- Desenhar e etiquetar o Paraspinal ROI (Figura 3e) começando no T1, incluindo todas as vértebras torácicas (até T12) dentro o ROI.
- Linha da borda esquerda do ROI com a borda anterior do corpo da vértebra torácica.
Estenda a borda direita do ROI para que todos os morcegos na região está incluído.
- Linha da borda esquerda do ROI com a borda anterior do corpo da vértebra torácica.
- Desenhar e legendar o ROI Abdominal (Figura 3f) ao início na parte superior de L1 e incluir qualquer morcego que não foi contabilizado em nenhuma das outras regiões dentro o ROI abdominal anteriores.
- Empate e etiqueta o dorsocervical ROI (Figura 3 g).
- Incluir a região de gordura subcutânea dorsal perto da cervical e superior da região paraspinal; Isto é onde o corpo do sujeito tem feito contato com a cama de digitalização.
- Verificação "Mostrar todos" para exibir o ROIs de todas as regiões para alinhar todos os ROIs para evitar sobreposição ou estimativa Under.
- Posição do perímetro de ROIs adjacentes flush com o outro, para que nenhum morcego está incluído nas duas regiões, e isso não é falta de todas as regiões.
- Observe o MIP de ambas as vistas frontais e laterais para verificar se todas as fatias estão sendo incluídas nas regiões delimitadas. Verificar os limites da fatia se existem áreas que não são destacadas em azul (passo 6.2.2).
- Salve os dados finais em um novo arquivo. csv. Este arquivo irá conter totais regionais ou médias para todos os parâmetros de bastão de cada depósito identificado.
Representative Results
BAT é quantificada através de uma série de etapas de processamento de imagem-aquisição de post como mostrado na Figura 1. Limiares de PET e CT são usados para identificar voxels que são metabolicamente ativas e têm a densidade do tecido adiposo. No entanto, alguns voxels que satisfazem estes critérios pode ocorrer em locais anatômicos não possam conter morcego. Para evitar esses falsos positivos, PET, CT e informações anatômicas devem ser consideradas quando desenho ROIs (Figura 2). Várias regiões comuns incluem e evitar quando quantificar o corpo todo morcego no frio-estimulados temas são mostradas na Figura 2, como metabolicamente ativas morcego cervical vs glândulas salivares, cordas vocais e tiroide (Figura 2A e 2B); supraclavicular BAT vs tremores musculares, perto das fronteiras de ar e tecido sólido (por exemplo, os músculos intercostais) (Figura 2); e abdominal BAT vs os cálices dos rins como eles limpam o rotulado glicose (Figura 2D). Depois que o ROI de cada fatia axial é compilado, depósitos de morcego podem ser segmentados no plano sagital para examinar intra / inter indivíduo diferenças na ativação de morcego regional (Figura 3).
Figura 1. Fluxo esquemático das etapas de processamento de imagem. Primeiro, imagens de PET e CT correspondente são carregados para o PET/CT plug-in (A). Depois de ROIs axiais são desenhadas em cada fatia de PET/CT (B), cada voxel com critérios tanto PET e CT são identificados em azul (C). Uma máscara é gerada a partir destes voxels BAT-identificado (D), que substituirá o original corrigido PET scan (E), e depósitos são segmentados na vista sagital (F). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. Seleção de região de interesse do bastão axial e áreas comuns para evitar em vários depósitos BAT. Axiais fatias de uma imagem fundida de PET/CT (colunas 1 e 2) e uma imagem de projeção de intensidade máxima (MIP, coluna 3) com linhas verdes para indicar a altura da fatia de um scan adquirida após frio-estimulação. ROIs verde são drawnaround áreas com densidade de tecido adiposo, alta captação FDG e anatômicas locais possam conter morcego ativo nas colunas 1 e 2. Áreas anatômicas improváveis conter o morcego são destacadas em vermelho na coluna 2. Voxels dos critérios BAT PET e CT são confirmados pelo ImageJ e destacadas em azul. Exemplos são tirados do depósito (A) anterior cervical, depósito (B) cervical ao nível da tiroide, depósito (C) Supraclavicular/axilar nas proximidades de tremores musculares (ou seja, intercostais) e (D) o depósito Abdominal ao nível dos ureteres de os rins. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. Segmentação regional dos sete depósitos de morcego na vista sagital. Após a geração de uma imagem de "Máscara de morcego", contendo apenas PET voxels anteriormente identificado como morcego ativo, as seguintes regiões podem ser separadas com ROIs desenhadas no plano sagital: (A) Cervical (C3-C7), (B) Supraclavicular (C7-T3, excluindo as vértebras), (C ) Axilar (T3-T7, excluindo as vértebras), (D) Mediastinal (mediastino anterior), (E) Paraspinal (T1-T12, da borda anterior da vértebra para os processos espinhosos), Abdominal (F) (T12-L3, retroperitoneal) e Dorsocervical (G) (depósito de gordura distinto e posterior ao depósito paraspinal; perto da região cervical). A imagem composta com todas as regiões aparece em (H). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Discussion
Desde a confirmação da BAT funcional em seres humanos adultos, houve grande interesse em compreender o papel do morcego na fisiologia humana. No entanto, porque esse tecido termogênico é frequentemente encontrado no estreito aviões fascial, intercalados dentro gordura branca e envolvendo outros órgãos, é difícil de quantificar. Em 2016, um documento de consenso foi publicado por um painel de peritos internacionais morcego com recomendações para relatar características relevantes participantes, critérios para preparação do assunto e um protocolo para a aquisição de imagens de PET/CT21. O painel também identificou a necessidade de mais consistência no processamento de PET/CT para quantificação de morcego, notando que os métodos para identificar o morcego têm variado amplamente e, na maioria dos casos, é fornecida apenas limitado detalhe do processo de quantificação de morcego. Consequentemente, enquanto relatórios no estudo de reprodutibilidade são alta22,23,24, sensivelmente diferente volume de morcego e atividade tem sido relatada por grupos usando métodos de quantificação de diferentes, mesmo quando os participantes são da mesma idade, sexo e IMC25,26. Essas inconsistências dificultam a comparação de resultados e conduziram a uma controvérsia sobre a quantidade de morcego no adulto humano15.
Uma limitação inerente de processamento de imagens de PET/CT é a inclusão de voxels que critérios tanto o PET e o CT, mas estão em localizações anatômicas que correspondem às estruturas diferente de morcego. Perfeito registro co de imagens de PET e CT é quase impossível devido a diferenças na resolução e assunto movimento durante as varreduras. Como consequência, estruturas, fazendo fronteira com ar ou osso e regiões de captação do traçador de alta são frequentemente incorretamente identificadas como morcego ativo. Para limitar a inclusão de voxels positivo falso, deve-se aplicar critérios de PET e CT somente dentro o ROIs que usuários construir. Mas as abordagens atuais para quantificar o morcego com análises automatizadas ou especificado pelo usuário ROIs diferem na quantidade de envolvimento do usuário e o conhecimento que eles exigem. Mostramos que usando um único, bidimensional definida pelo usuário coronal que ROI aplicado para a pilha inteira de imagens pode ser mais propenso a incluindo áreas de positivos falsos19. Vários grupos desenvolveram métodos automatizados para quantificar o morcego que são capazes de processar rapidamente grandes conjuntos de dados sem muita entrada do usuário. No entanto, estes métodos também não incluem todos os potenciais regiões contendo morcego, particularmente na baixa corpo27, ou incorrer em taxas relativamente altas de falsos positivos28 e falsos negativos26. Desde que o volume de morcego humano é geralmente baixo (< 600 mL, ou < 2% do total massa corporal), pequenos erros de quantificação absolutos podem levar a grandes diferenças relativas.
A abordagem mais rigorosa, descrita por este estudo de desenho ROIs em cada fatia de PET-CT axial permite a detecção de morcego em estreitas camadas fascial, proporcionando mais confiança que falsos positivos foram excluídos. Isso produz uma quantificação detalhada em cada individial, ao invés de uma binária avaliação da presença ou ausência de29do morcego. Portanto, pode ser mais apropriado para experimentos controlados em tamanhos de amostra pequena com a intenção de estudar a fisiologia de morcego e/ou efeitos de intervenções. Além disso, a capacidade de definir depósitos de morcego específicas da região pode fornecer mais a introspecção do morcego relevância funcional e origem do desenvolvimento. Acreditamos que estas medidas quantitativas são importantes não apenas para comparação, através do campo, mas também a contribuição do BAT melhor estimativa para o metabolismo energético e termorregulação em seres humanos adultos.
Várias características anatômicas de morcego irão ajudar os usuários de nossa inclusão de limite do método de voxels de positivos falsos. BAT é normalmente encontrado em camadas fascial contínuas e simétricas. Assim, enquanto o desenho e um ROI de refino, examinar as fatias axiais superiores e inferiores para a continuidade e a simetria do tecido adiposo selecionado pode ajudar os usuários maximizar a inclusão do tecido adiposo, minimizando a inclusão do músculo esquelético, osso e outros estruturas de morcego não óbvias. Ativo é também raramente presentes em depósitos de tecido adiposos subcutâneos, então aconselhamos os usuários a evitar essas áreas ao construir ROIs. Como observado no protocolo, morcego é distribuído em várias regiões anatômicas distintas, incluindo a cervical, dorsocervical, supraclavicular, axilares, mediastinal, paraspinal e depósitos abdominais. Estes depósitos são distribuídos tal que um axial slice maio conter mais de morcego de múltiplos depósitos. Por exemplo, uma fatia axial na região torácica pode conter morcego do depósito do mediastino (proximal e anterior), depósito paraspinal (proximal e posterior, ao longo da espinha) e depósito axilar (lateral e perto da linha de meados-antero-posterior). Conhecimento destes depósitos pode ajudar os usuários a criar ROIs em diversas regiões do corpo, desde que eles ocorrem em locais previamente descritos são largamente contíguos, conforme descrito em nosso protocolo. No entanto, porque Incentivamos usuários desenhar apenas um ROI por fatia para evitar a sobreposição ROI, as etapas adicionais de gerar uma máscara de morcego e desenho sagitais ROIs é necessário separar os voxels de morcego previamente identificados em depósitos regionais de distintas, se informações de distribuição de morcego são desejadas, ou seja, separando do mediastino, paraspinal e axilar BAT detectado no mesmo axial ROI em depósitos baseado na posição sagital (Figura 3).
O software visualizador de PET/CT também pode ser usado para quantificar a atividade de tecidos que não sejam o morcego, por exemplo, tremendo músculo esquelético, que desempenha também importante um frio papel induzida termogênese19, ou várias áreas do cérebro ou fígado que foram Sugerido como tecidos de referência para a análise de PET/CT21. No entanto, estes tecidos terão densidades e distribuições anatômicas que diferem de taco e estão fora do foco do nosso protocolo atual. Direcionamos os leitores para o documento de consenso para maiores detalhes sobre estes assuntos,21. Finalmente, aconselhamos a todos os usuários a atualizar ImageJ e visite petctviewer.org para atualizações de plug-in e assistência de software continuamente.
Mas acreditamos que esse método rigoroso é mais preciso do que os métodos automatizados de26,28 e métodos que usam um ROI simplificado, único para estimar o total BAT volume9,30, não é sem limitações. Não há nenhum método ideal de forma não-invasiva quantificar morcego em seres humanos, e 18F-FDG representa apenas absorção de glicose, que não é o mesmo que glicose metabolismo11. No entanto, mesmo que outros traçadores radioativos foram utilizados31,de32,33, 18F-FDG é o mais proeminente tracer costumava estudar morcego humano. Assim, desenvolvendo métodos padronizados para analisar imagens de 18F-FDG PET-CT continuará a ser impactantes no estudo da fisiologia humana do morcego no futuro previsível.
O método que propomos, criando um ROI em cada fatia axial BAT-contendo, evitando áreas de problema comum, é trabalhoso e requer que o usuário tenha algum conhecimento de anatomia subjacente. Também é possível que a rigorosa seleção de ROI pode apresentar falsos negativos, desde que alguns depósitos que contenham BAT podem ser evitados. ROIs de desenho sobre cada fatia axial da imagem fundida PET/CT permite a discriminação cuidadosa entre tecido adiposo e tecidos metabolicamente ativos vizinhos e/ou regiões afetadas pelo derramamento sobre e de efeitos de volume parcial34. No entanto, o tempo que leva para completar a análise de uma única varredura pode variar de três a oito horas, com a possibilidade de encurtar o período de tempo com a prática e experiência. Aprendizado de máquina diferentes abordagens podem ser capazes de reduzir o trabalho e a experiência necessárias para realizar essa tarefa. No entanto, criar um método mais automatizado que pode detectar com precisão BAT e é robusto para falsos positivos criados por limitações de imagem atuais exigirá um grande dataset com indivíduos de composição corporal variada e distribuição de morcego. Esperamos que este método pode ser usado para produzir um atlas de morcego detalhadas que podem servir como um modelo para abordagens mais sofisticadas de grande volume de dados.
Em conclusão, temos demonstrado uma abordagem de análise de imagem passo a passo para quantificar o volume de tecido adiposo marrom humano, atividade e distribuição usando varreduras de FDG PET-CT induzidas pelo frio. Os passos críticos incluem 1) continuamente e sequencialmente analisando ROIs axiais e 2) avaliar depósitos de morcego relevantes por sua localização anatômica, evitando outros tecidos metabolicamente ativos. Esta abordagem rigorosa quantificação pode ser usada por investigadores no campo para estudar a fisiologia de morcego e servir como referência padrão para o desenvolvimento automatizadas abordagens de quantificação de morcego humanas no futuro.
Disclosures
Os autores não têm nada para divulgar.
Acknowledgments
Gostaríamos de agradecer a todos os voluntários do estudo, enfermagem e corpo clínico e as nutricionistas do NIH Clinical Center para a sua participação em nossos estudos de exposição fria e cuidados prestados durante o internamento permanece. Também gostaríamos de agradecer o Dr. Bill Dieckmann para todos de sua ajuda com a aquisição e distribuição das imagens PET-CT para nossos estudos. Este trabalho foi financiado pelo programa de pesquisa Intramural do Instituto Nacional de Diabetes e digestivo e renal doenças subsídios Z01 DK071014 (para K.Y.C.) e 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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