Ganzen Körper und regionale Quantifizierung der aktiven Menschen braune Fettgewebe mit ¹⁸F-FDG PET/CT

Summary

Mit kostenlose, Open-Source-Software, entwickelten wir einen analytischen Ansatz zur Quantifizierung der Gesamt- und regionalen braunen Fettgewebe (BAT) Volumen und Stoffwechselaktivität der Fledermaus mit ¹⁸F-FDG-PET/CT.

Abstract

Bei endothermen Tieren ist braunes Fettgewebe (BAT) aktiviert, um die Erzeugung von Wärme für die Verteidigung der Körpertemperatur als Reaktion auf Kälte. BAT Fähigkeit Energie aufwenden zu müssen hat ein potenzielles Ziel für neuartige Therapien, Adipositas und assoziierten Stoffwechselerkrankungen beim Menschen zu verbessern. Obwohl dieses Gewebe bei Kleintieren gut erforscht ist, ist des HIEBES thermogene Kapazität beim Menschen aufgrund der Schwierigkeiten bei der Messung seiner Lautstärke, Aktivität und Verteilung weitgehend unbekannt. Identifizierung und Quantifizierung der aktiven menschlichen BAT erfolgt häufig mit ¹⁸F-Desoxyglukose (¹⁸F-FDG)-Positronen-Emissions-Tomographie und Computer-Tomographie (PET/CT) scannt nach Kälte-Exposition oder pharmakologische Aktivierung. Hier beschreiben wir einen detaillierte Bildanalyse Ansatz zur Ganzkörper-Quantifizierung, die menschliche Fledermaus aus ¹⁸F-FDG-PET/CT scannt mit einem Open-Source-Software. Wir zeigen die Zeichnung benutzerspezifische Regionen von Interesse, metabolisch aktiven Fettgewebe unter Vermeidung von gemeinsamen Gewebe-BAT, BAT Volumen messen und Aktivität, zu identifizieren und deren anatomische Verteilung weiter zu charakterisieren. Obwohl diese strenge zeitaufwändig ist, glauben wir, dass es letztlich zur Verfügung stellt einer Grundlage für zukünftige automatisierte BAT Quantifizierung Algorithmen zu entwickeln.

Introduction

Die zunehmende Verbreitung von Fettleibigkeit weltweit¹ veranlasste eine Untersuchung neuer Therapeutika zu verhüten und zu lindern, Übergewicht und die damit verbundenen Komplikationen. Adipositas ist zum Teil auf überschüssige Energie in Form von Triglyceriden²im weißen Fettgewebe (WAT) gespeichert. Braunes Fettgewebe (BAT) unterscheidet sich von WAT vor allem aufgrund seiner höheren mitochondriale Inhalt, kleiner und multilocular Lipid Tröpfchen, unterschiedliche anatomische Verteilung, größere sympathische Innervation und wärmeerzeugende Fähigkeit. Obwohl BAT einmal gedacht war, nur in kleinen Säugetieren und Neugeborenen vorhanden sein, bestätigte das Vorhandensein von funktionalen BAT beim erwachsenen Menschen in 2009^3,4,5. Die thermogene Kapazität des menschlichen Fledermaus ist noch nicht bekannt, aber umfangreiche Studie bei Kleintieren hat gezeigt, dass nicht zittern Thermogenese bis zu 60 % ihres Stoffwechsels während der kalten Belichtung⁶darstellen kann. Infolgedessen wird menschliche Fledermaus jetzt als Ziel für die Behandlung und Vorbeugung von Fettleibigkeit und verwandte Erkrankungen⁷geprüft. Mehrere klinische Studien haben gezeigt, dass BAT Thermogenese mit erhöhte Glukose-Aufnahme und Energie-Ausgaben bei Aktivierung durch milde kalten Belichtung^8,9,10korreliert. Doch BAT es Beitrag zur Kälte-induzierte Thermogenese bleibt kontrovers^11,12,13,14, mit viel Debatte zentriert um wie menschliche Fledermaus¹⁵zu quantifizieren. Um besser zu verstehen, wenn Sie BAT Thermogenese Kampf gegen Fettleibigkeit genutzt werden kann, ist es wichtig, eine genaue Messung von seinem Volumen und metabolische Aktivität haben.

Präzise Messungen der Fledermaus zu erhalten ist schwierig, aufgrund des HIEBES einzigartige anatomische Verteilung beim Menschen. BAT wird verteilt innerhalb der weißen Fettgewebe Depots in den Hals, Thorax und Abdomen in Websites, die für unkomplizierte Biopsien¹⁴unzugänglich sind. Autopsien wurden verwendet, um BAT anatomisch charakterisieren¹⁶, aber sind nicht machbar für die meisten Forschungslabors große Studien zu tun und kann nicht längs- oder funktionelle informieren. Da BAT eine ähnliche Dichte Wat hat und in engen faszialen Schichten oder in kleinen Taschen, durchsetzt mit WAT¹⁶auftreten kann, ist es schwierig, mit einer einzigen, konventionelle bildgebende Technik zu identifizieren. Diese Heterogenität erschwert auch automatische Quantifizierung der Fledermaus als Quantifizierung von homogenen Strukturen wie die Leber¹⁷.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, werden BAT Volumen und Aktivität allgemein quantifiziert durch die Kopplung von Computertomographen (CT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Die radioaktiven Glukose analoge ¹⁸F-Fluourodeoxyglucose (¹⁸F-FDG) ist die am häufigsten verwendeten Tracer BAT Stoffwechselaktivität¹⁸zu studieren. Fettgewebe kann von anderen Gewebe und Luft basierend auf Angaben der Dichte durch das CT-Bild in Hounsfield-Einheiten (HU) unterschieden werden. Haustier Bilder zeigen die Menge an ¹⁸F-FDG in einem Volumen von Gewebe in Einheiten von standardisierten Aufnahme Werte (SUV) aufgenommen. Aktive Fledermaus kann vom Gewebe mit unbedeutenden Tracer Aufnahme, einschließlich WAT und inaktive BAT durch Co Registrierung PET-Bildern mit entsprechenden CT-Scans und wählen Sie eine entsprechende SUV-Schwelle getrennt werden.

Mit diesem Papier wollen wir ein schrittweises Vorgehen ein Lehr-Video zur Verfügung zu stellen, die von klinischen Forschern genutzt werden kann, um menschliche Fledermaus mit ¹⁸F-FDG-PET/CT-Scans zu quantifizieren. Dieses Bild-Analyse-Technik dient im Idealfall nach dem Subjekt (s) gegen Kälte ausgesetzt oder mit pharmakologischen BAT Stimulanzien behandelt wurden. Insbesondere zeigen wir Benutzern wie Regionen von Interesse (ROIs) zu konstruieren und minimiert Fehlalarme mit eine kostenlose, Open-Source Bildverarbeitungs-Software (ImageJ) mit einem bestimmten plug-in (petctviewer.org). Das Ergebnis dieses Ansatzes lässt sich die Fledermaus-Volumen, Aktivität (Glukoseaufnahme) und anatomische Verteilung in einzelnen Studienfächern zu studieren.

Protocol

Alle PET/CT-Bilder in diesem Manuskript gezeigt wurden von den Teilnehmern im National Institutes of Health Protokoll Nr. 12-DK-0097 (ClinicalTrials.gov Identifier NCT01568671) erhalten. Allen Teilnehmern zur Verfügung gestellt schriftliche Einwilligungserklärung, und alle Versuche von Institutional Review Board des National Institute of Diabetes und Magen-Darm und Nieren-Erkrankungen angenommen wurden.

(1) Software-Installation

1. Herunterladen Sie ImageJ von imagej.net oder benutzen Sie den Link in petctviewer.org Fidschi herunterladen.
   Hinweis: Die 64-Bit-Version von ImageJ ist erforderlich für Gruppen mit mehr als 1000 Bilder.
2. Herunterladen Sie und wenden Sie der PET/CT-Viewer-Plug-ins zu ImageJ folgen die Installationsanweisungen auf petctviewer.org an. Finden Sie auf dieser Website für eine umfassende Anleitung zum PET/CT-Viewer, und achten Sie darauf, für regelmäßige Updates der Software und den Link zum allgemeinen Anweisungen (http://sourceforge.net/p/bifijiplugins/wiki/Brown%20fat%20Volume/) zu überprüfen.

2. PET/CT-Bilder werden geladen

1. Laden Sie die folgenden drei Stapel von Bildern in der PET/CT-Viewer-Plug-in: Dämpfung korrigiert PET (CPet), nicht-Dämpfung korrigiert PET (UPet) und Dämpfung korrigiert CT (CT). Laden Sie Bilder mit einer der beiden Methoden (Abbildung 1).
   1. Methode 1: Drag-and-drop
      1. Drag-and-Drop aus dem Dateiexplorer CT, CPet und UPet Filesets.
      2. Klicken Sie auf "Ja" auf die drei Anweisungen, die angezeigt werden (Open alle X-Bilder im Ordner """" als Stapel), verlassen die Checkboxen in den Anweisungen deaktiviert.
      3. Wenn alle drei Bildersets geladen werden, gehen Sie auf die ImageJ-Symbolleiste, wählen Sie "Plug-ins" und scrolle nach unten die Drop-Down-Menü "Pet-ct-Viewer" auswählen.
   2. Methode 2: Lesen Sie Studien von CD oder Speicherort auf der Festplatte:
      1. Weisen Sie einem Standortnamen auf das Dataset in die Registerkarte "Setup" Assign "DICOM-Pfad" indem Sie auf "Durchsuchen" und navigieren zu einem hochrangigen Speicherordner, enthält alle Bildersets.
         Hinweis: DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) ist ein Dateiformat für medizinische Bilder häufig verwendet und der "DICOM-Pfad" bezieht sich auf den Satz von Ordnern, der alle raw DICOM-Bilder enthält.
      2. Kehren Sie zur Registerkarte "Read" zurück, wo einzelne Scans (aus einem Fach und ein Datum) wählbar für die Bildverarbeitung werden.
      3. Wählen Sie den Betreff, drücken Sie "Lesen" und ImageJ automatisch alle zugehörigen Mengen hochladen und die PET/CT-Viewer zu starten.
2. Laden Sie einen zuvor erstellten Satz des ROIs zurück in den PET/CT-Viewer mit dem Button "laden" auf die "braune Fett, ROIs" Editor.
   Hinweis: ImageJ erlauben nur eine ROI-CSV-Datei erstellt aus dem aktuellen Satz von CT, CPET und UPET Bilder geladen werden.

3. navigieren die PET/CT-Viewer-Plug-in

1. Warten Sie, bis die PET/CT-Viewer angezeigt werden nach dem Laden ein neues Fenster mit drei separaten Ansichten der PET/CT Bilder, präsentiert entweder einzeln oder miteinander verschmolzen.
   1. Klicken Sie auf "MIP" oben links auf das PET/CT-Viewer, eines der beiden Fenster mit Durchblick fusionierten PET/CT zu ersetzen. Jedoch wenn diese Taste nur einmal geklickt wird, wird die MIP nicht mehr verfügbar.
      Hinweis: Die MIP oder maximale Intensität Projektion ist eine zweidimensionale, voll Körperbild zeigt nur die Pixel mit höchster Intensität in jeder axialen Schicht.
   2. Klicken Sie auf "MIP" erneut, um die MIP zurückzubringen; Ansichten der fusionierten PET/CT, CT und MIP sollte jetzt verfügbar sein.
2. Wechseln Sie die MIP-Bild-Ausrichtung mit der ">>", "F" und "S" Tasten am oberen Rand der PET-CT-Viewer.
3. Ändern Sie die Ausrichtung der fusionierten PET/CT-Bilder, PET und CT, axiale, koronale oder sagittale Ebenen mit den drei Tasten auf der linken Seite der Lupe.
4. Klicken Sie auf das Lupensymbol in der Symbolleiste am oberen Rand der PET-CT-Viewer, die Funktion der Maus-Scroll-Rad zu wechseln.
   1. Vergrößern Sie alle Ansichten (mit Ausnahme der MIP) durch Scrollen mit der Lupe ausgewählt.
   2. Navigieren Sie durch Scheiben auf alle Ansichten (mit Ausnahme der MIP) durch scrollen, wenn die Lupe nicht aktiviert ist.
      Hinweis: Klicken Sie auf der MIP PET- und CT-Scheiben an die anatomische Position auf der Ebene des Cursors ändert sich auch.
5. Wählen Sie "Bearbeiten" oben links der Toolbar und wählen Sie "Braune Fett, ROIs" aus dem Dropdown-Menü, das angezeigt wird. Ein neues Dialogfeld wird angezeigt. Stellen Sie sicher, dass die folgenden Optionen aktiviert sind, bevor Sie beginnen Quantifizierung:
   1. Überprüfen Sie die Checkboxen "Verwendung SUV" und "Gebrauch CT".
   2. Wählen Sie eines der drei Voxel Einschlusskriterien ("alle", "Durchschnittlich" oder "Alle").
      Hinweis: "Any" wurde in Leitner Et Al. 2017¹⁹verwendet. Eine detaillierte Erklärung der anderen Optionen finden Sie unter petctviewer.org.
   3. Wählen Sie "Innen" die Fledermaus-Erkennungsalgorithmus untersuchen die Voxel innerhalb (anstatt außerhalb) anwenden der Gegend des ROI.
6. Fledermaus in der ersten Zeile von Freitext-Feldern dieses Dialogfelds SUV Grenzen eingabebereit.
   1. Eingang, eine SUV-Untergrenze normiert auf des Individuums gemessen oder vorhergesagten Lean body Mass und eine obere Grenze ausreichen, um Platz für hohe Aktivität Ebenen^19,20.
      Hinweis: Fledermaus maximale SUVs so hoch wie in früheren Studien¹⁷~ 75 g/mL berichtet worden sind; 100 g/mL deshalb eine vernünftige Obergrenze.
7. Geben Sie die Fledermaus Dichteumfang in der zweiten Zeile von Freitext-Feldern.
   Hinweis: Eine-300 HU Untergrenze und Obergrenze-10 HU dienten Leitner Et Al. 2017¹⁹ und eine Reihe von-190 bis-10 HU war auch zuvor²¹empfohlen.
8. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen befindet sich unter "Vol * bedeuten," so dass alle Voxel BAT sein wird werden blau hervorgehoben erachtet während der "braune Fett, ROI" Fenster geöffnet ist.
   Hinweis: Die SUVmax wird in rot angezeigt, und die einstellbare Anzahl neben dieser Checkbox bestimmt die Dicke des Glanzlichts.
9. Zeichnen Sie die ROIs
   1. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Zeichnen" in das "braune Fett, ROI" Dialogfeld. Alle Klicks innerhalb der PET/CT-Viewer-Fenster werden Punkte berücksichtigt, aus denen sich ROIs.
      1. Klicken Sie irgendwo in einer der drei Ansichten, zeichnen Sie einen ROI.
         Hinweis: Ein Minimum von drei Punkten ist erforderlich, um einen ROI zu bilden. Doppelklicken Sie nach dem ersten oder zweiten Punkt automatisch die Punkte löschen und ROI Zeichenmodus zu verlassen.
      2. Schließen Sie und speichern Sie den ROI durch Doppelklick nach mehr als zwei Punkte definieren.
10. Erstellung von ROIs, BAT Gesamtvolumen zu erhalten
    1. Zeichnen Sie ROIs in der axialen Ebene BAT Gesamtvolumen zu erhalten.
       Hinweis: Es ist am einfachsten zu maximal einem ROI pro axial Scheibe haben. Darunter mehrere ROI pro Stück kann zu unbeabsichtigten Überlappung führen. Voxel als Fledermaus in überlappenden Regionen in Richtung Gesamtvolumen BAT dann mehr als einmal gezählt werden würde.
    2. Die beginnend und endend "slice Begrenzung" auf der gleichen Scheibe, so einstellen, dass der ROI nur für die aktuelle axial Scheibe gelten (z. B. Slice Start = 90 und endend Scheibe = 90).
    3. Kreise Sie ein Depot der Fledermaus (z.B. in der linken Supraclavicular Region) ohne Abschluss den ROI. Den ROI durch eine Verbindungslinie erstreckt sich über den Körper zum entfernten Segment des BAT weiter. Schließen Sie das zweite BAT-Depot und klicken Sie doppelt auf die zuvor identifizierten Punkt am Anfang der 2^Nd Region. Passen Sie ROI Punkte wie nötig, um weiter die Möglichkeit, Fehlalarme zu reduzieren.
    4. Label der ROI anhand der anatomischen Ebene zum Nachschlagen über das Textfeld unten links im Dialogfeld.
11. Löschen unerwünschte ROIs
    1. Entfernen Sie einen unerwünschten ROI direkt nach Fertigstellung.
       1. Doppelklicken Sie innerhalb des PET/CT-Viewers, den unerwünschten ROI abzuschließen.
       2. Klicken Sie auf die Schaltfläche mit dem recycling-Symbol im Dialogfeld "braune Fett, ROI".
       3. Klicken Sie auf "Ja", wenn Sie aufgefordert werden, unabhängig davon, ob der Benutzer den aktuellen ROI entfernen will.
    2. Löschen Sie einen zuvor gefertigte ROI.
       1. Wählen Sie den gewünschten ROI mithilfe der nach-oben oder nach unten Sie zeigenden Pfeile neben der ROI-Nummer.
       2. Klicken Sie auf die Schaltfläche "recycling".
          Hinweis: Wenn der ROI gelöscht wurde, größer als die gelöschten ROI wird jedes ROI zugeordneten Nummern entsprechend nach unten verschoben in Reihenfolge (z.B. wenn ROI #2 gelöscht wird, ROI #3 #2 werden, und ROI #4 #3 geworden und so weiter). Beschriftete ROIs erleichtern diesen Prozess.
12. Speichern von ROIs
    1. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Speichern" und geben Sie einen Dateinamen, abgeschlossene ROIs in eine CSV-Datei zu speichern.
       Hinweis: Es wird empfohlen, dass ROIs in Intervallen von 10 Scheiben gespeichert werden, so dass Fortschritte nicht verloren geht. Die CSV-Dateien können in einem Text-Editor oder Kalkulationstabelle geöffnet werden und enthält alle relevanten Daten über identifizierten BAT in jeder ROI einschließlich Volumen, Aktivität, SUVmean, etc. Wertewandel in einem Tabellenkalkulationsprogramm können das Dateiformat zu ändern und es in ImageJ nicht lesbar.

(4) Quantifizierung der Ganzkörper-Fledermaus

1. Diese allgemeinen Leitlinien mit dem BAT in allen Regionen des Körpers bestimmt.
   1. Vermeiden Sie Abschnitte der angrenzenden Gewebe mit hoher Dichte oder Aktivität Kontraste als Minute Co Registrierungsprobleme Fehlalarme führen können.
      Hinweis: Halten Sie im Verstand, dass BAT Depots oft symmetrisch, eine Eigenschaft, die die visuelle Fledermaus Identifizierung vereinfachen wird.
2. Einzigartigen anatomischen Landmarken wie Wirbelkörper Form, andere knöchernen Strukturen und das Vorhandensein von Organen mit den aktuellen anatomischen Bereich bestimmt werden. Vermeiden Sie regionsspezifische Strukturen bekannt, um Fehlalarme zu produzieren.
   1. Fledermaus in der zervikalen Region (Wirbel C3-C7) zu identifizieren.
      1. Navigieren Sie zu der axialen Blick des dritten Halswirbels (C3).
         Hinweis: C1-C2-Regionen enthalten auch BAT, aber BAT Erkennung wird voraussichtlich durch hohe Aufnahme von FDG im Gehirn und Skelettmuskulatur verwechselt werden.
      2. Beginnen Sie den ROI an der lateralen Seite des Depots Fettgewebe Nackenmuskulatur um den Dornfortsatz des Wirbels zu vermeiden, und erstellen eine Grenze nur posterior bis zur Unterkante des Unterkiefers.
      3. Schließen Sie die Schilddrüse, die ähnliche Dichte und Aktivitätslevel als BAT (Abb. 2A und 2 b) haben können.
   2. BAT in der Dorsocervical Region (Wirbel C5-C7) zu identifizieren.
      1. Gehören Sie dieses kleine, subkutanen Depot Fledermaus.
         Hinweis: Es erscheint symmetrisch in das subkutane Fett von der Rückseite in der Nähe von C5-C7, Abb. 2 b.
      2. Sorgfältig sind Subkutane Fettgewebe tritt nur wo Stoffwechselaktivität.
   3. Identifizieren Sie BAT im Großraum Supraclavicular (Wirbel C7-T3; Anterior Wirbelsäule Posterior, Mediastinum)
      1. Zeichnen Sie die ROI einer Seite oberflächlichsten, in der Nähe der hochaktiven Fledermaus-Region.
         Hinweis: Fledermaus kann auf den Bereich um den Kopf des Humerus verlängern.
      2. Vermeiden Sie den Bereich direkt oberhalb der Luftröhre, die die Schilddrüse enthält, und umschließen Sie den ROI, so dass Fehlalarme in der Nähe von der Nackenmuskulatur und Lungen sind ausgeschlossen.
   4. Fledermaus in der axillären Region (Wirbel T3-T7) zu identifizieren.
      1. Axillären BAT als eine Weiterentwicklung aus der Supraclavicular Region zu finden.
      2. Wählen Sie BAT in der Nähe, wo der Arm beginnt, vom Rumpf zu trennen, aber vermeiden Rippen und der Lunge.
         Hinweis: Diese Fettdepots werden schließlich Übergang zur subkutanen WAT auf der midaxillary Linie.
   5. Identifizieren Sie BAT im Großraum mediastinale (Wirbel T1-T7; Anterior):
      Hinweis: Fledermaus kann für manche Menschen rund um die Gesamtheit des Brustbeins ansammeln.
      1. Wählen Sie BAT, wo das Brustbein beginnt Anfang des T2 nahe dem vorderen-die meisten der Brusthöhle des Individuums erscheinen, und weiter ROIs inferior bis zum Ende des Prozesses Xiphoid.
   6. Identifizieren Sie Fledermaus in der paraspinalen Region (Wirbel T1-T12), durch Zeichnung ROIs um BAT, die rund um den Körper nicht den Dornfortsatz des Wirbels.
      1. Beginnen Sie, einschließlich der paraspinalen BAT von der Erscheinung der ersten Rippe am unteren Rand des C7.
      2. Enthalten Sie Bereiche zwischen den Rippen, wo die Zwischenrippenmuskeln lokalisiert sind nicht.
   7. Fledermaus in der Bauchregion (schlechter als T12) zu identifizieren.
      1. Vermeiden Sie die Harnleiter, die eine ähnliche Dichte, Fledermaus und sehr hohe Aktivität haben. (Abb. 2D).
      2. Spur aktiv Fett direkt rund um die Nieren bis Stoffwechselaktivität nicht mehr vorhanden ist.
      3. Stellen Sie Abdominal-ROIs in dieser Region um die Harnleiter auszuschließen, wenn die SUVmax Voxel innerhalb oder in der Nähe von den medialen Teil der Nieren angezeigt wird.

5. Qualitätssicherung

1. Der MIP für jede offensichtlichen Falschmeldungen zu untersuchen, nachdem ROIs auf alle axialen Scheiben, gemessen von der C3 Wirbel um L3-4 gezeichnet worden sind.
2. Sicherstellen Sie, dass die roten SUVmax Voxel in einer Region, die Fledermaus, anstatt Strukturen wie die Harnleiter die ähnliche Dichtewerte enthält, Fledermaus und sehr hohe SUV Werte anzeigen.
3. Speichern der letzten CSV-Datei, wenn bestimmte, die alle BAT identifiziert wurde und alle Fehlalarme ausgeschlossen wurden.

6. Segmentierung BAT in einzelnen Depots

Hinweis: Der folgende Abschnitt konzentriert sich nur auf die Quantifizierung der regionalen Depots BAT¹⁷. Die Schritte sind nicht notwendig, Ganzkörper-Fledermaus-Volumen und Aktivität zu erhalten.

1. Generieren Sie eine Fledermaus-Maske in die "braune Fett, ROI" Editor (Abbildung 1).
   Hinweis: Die Maske ist definiert als eine regenerierte PET enthält nur SUV Imagewerte für Voxel als Schläger innerhalb der ROIs bestätigt während die vorherigen Schritte dieses Protokolls erstellt. Der SUV-Wert für alle anderen Voxeln wird auf 0 gesetzt.
   1. Halten Sie PET/CT-Viewer mit allen identifizierten BAT offen oder öffnen Sie PET/CT-Viewer von "Plug-Ins" Dropdown-Menü und laden Sie ROIs oben gespeichert.
      1. Öffnen Sie die drei Sätze von das Thema Scannen.
      2. Öffnen des Dialogfeldes "des"braune Fett, ROI"".
   2. Wählen Sie die Registerkarte "Maske" und drücken Sie "Make maskierte PET".
   3. Warten Sie auf eine zusätzliche Box Pop-up, der Dateiname beginnt mit "DUP_..."
   4. Schließen Sie die PET/CT-Viewer, aber lassen Sie die einzelnen Felder (mit CT und PET-Scans) zu öffnen, und öffnen Sie ein neues PET/CT-Viewer-Fenster erneut.
   5. Wählen Sie die folgenden drei Kontrollkästchen im Dialogfeld, das angezeigt wird: das CT-Set UPET festgelegt, und die neuesten CPET festlegen (d. h. die CPET am nächsten an der Unterseite der Liste eingestellt) - Dies ist die Datei mit der Maske generiert früher.
   6. Ändern Sie die Ansicht der PET/CT-Bilder, sagittale und zeichnen Sie alle ROIs für flächendeckende Analyse beginnen bei der gleichen sagittale Slice.
      Hinweis: Die MIP-Bild-Ausrichtung ändert sich nicht. Auch ist die zentralste Stück (d. h. entlang der Mitte der Wirbelsäule) eine gute Ausgangsposition.
   7. Änderung Slice beschränkt auf Palette Scheibe 1 bis zum letzten Stück im Scan analysiert.
   8. Deaktivieren Sie die Schwelle Dichte (HU) und ändern Sie die untere Grenze der PET (SUV) Schwelle in 0,01 SUV, jedem Voxel-BAT auszuschließen, die jetzt einen SUV-Wert von 0 haben. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen oben die Schaltfläche "Weiter zu ziehen".
      1. Label Regionen durch Eingabe die gewünschte Beschriftung (z.B. "Halswirbelsäule", "Supraclavicular", etc.) in das Textfeld unten links im Dialogfeld "braune Fett, ROI".
2. Auslosung und Label der zervikalen ROI (Abbildung 3a) von Anfang an der Spitze der C3 und erweitern den ROI zu C7, eine Linie unter dem Körper des C7 vor dem Schließen des ROI.
3. Auslosung und Label Supraclavicular ROI (Abb. 3 b).
   1. Beginnen Sie am C7, aber nicht umfassen Sie den Körper der Brustwirbel beim verlängern des ROI, T3, dann verlängern Sie den linken Rand des ROI an die Spitze der das Manubrium Sternum zu.
   2. Richten Sie den rechten Rand des ROI mit dem vorderen Rand des Körpers von der Brustwirbel innerhalb dieser Region enthalten.
4. Zeichnen Sie und beschriften Sie den axillären ROI (Abb. 3 c).
   1. Beginnen bei T3, aber nicht umfassen den Körper der Brustwirbel beim verlängern des ROI zu T7, dann den linken Rand des ROI hinter dem Körper des Brustbeins zu verlängern.
   2. Linie den rechten Rand des ROI mit dem vorderen Rand des Körpers von der Brustwirbel innerhalb dieser Region enthalten.
5. Zeichnen Sie und beschriften Sie den mediastinalen ROI (Abbildung 3d) von umfasst das gesamte Brustbein innerhalb einer einzigen ROI.
6. Zeichnen Sie und beschriften Sie der paraspinalen ROI (Abbildung 3e) beginnend bei T1, einschließlich aller Brustwirbel (bis T12) innerhalb des ROI.
   1. Linie am linken Rand des ROI mit dem vorderen Rand des Körpers von der Brustwirbel.
      Erweitern Sie den rechten Rand des ROI, so dass alle BAT in der Region enthalten ist.
7. Zeichnen Sie und beschriften Sie den Bauch ROI (Abbildung 3f) von Anfang an der Spitze der L1 und beinhalten Sie Fledermaus, die nicht in irgendwelchen der anderen vorherigen Regionen innerhalb der Abdominal-ROI berücksichtigt wurde.
8. Auslosung und Label Dorsocervical ROI (Abbildung 3 g).
   1. Gehören Sie die Region des dorsalen subkutanen Fettgewebes in der Nähe von Gebärmutterhals- und oben an der paraspinalen Region; Dies ist, wo das Thema Körper gemacht hat Kontakt mit dem Scan Bett.
9. Überprüfen Sie "alle anzeigen" anzuzeigende ROIs aller Regionen Line up alle ROIs, Überlappung oder Unterschätzung zu verhindern.
   1. Position des Umfangs des angrenzenden ROIs bündig miteinander, so dass keine Fledermaus ist in zwei Regionen enthalten, und keine Fledermaus fehlt aus allen Regionen.
   2. Beobachten Sie die MIP aus den Front- und Ansichten zu prüfen, ob alle Scheiben in den abgegrenzten Gebieten eingeschlossen werden. Überprüfen Sie die Slice-Grenzen, ob gibt es Bereiche, die nicht in blau (Schritt 6.2.2) hervorgehoben werden.
10. Speichern Sie die endgültigen Daten in eine CSV-Datei. Diese Datei enthält regionale Summen oder Mittelwerte für alle Fledermaus-Parameter von jedem identifizierten Depot.

Representative Results

BAT wird durch eine Reihe von Post-Bildaufnahme Verarbeitungsschritte wie in Abbildung 1dargestellt quantifiziert. PET und CT Schwellenwerte werden verwendet, um Voxel zu identifizieren, die metabolisch aktiv sind und die Dichte des Fettgewebes. Jedoch können einige Voxeln, die Erfüllung dieser Kriterien in anatomischen lagen BAT enthalten wahrscheinlich nicht auftreten. Um diese Fehlalarme, PET, CT, und anatomische Information zu vermeiden müssen alle beim Zeichnen ROIs (Abbildung 2) berücksichtigt werden. Mehrere gemeinsame Regionen gehören zu vermeiden bei der Quantifizierung der Ganzkörper BAT in Kälte-stimulierten Fächern Abbildung 2, z. B. metabolisch aktiven zervikalen BAT vs. Speicheldrüsen, Stimmbänder und Schilddrüse (Abb. 2A entnehmen Sie bitte und 2 b); Supraclavicular BAT vs. Zittern Muskel nahe Grenze Luft und festen Gewebe (z. B. Zwischenrippenmuskeln) (Abbildung 2); und abdominale BAT vs. die Blütenkelche der Nieren wie sie klar beschriftet Glukose (Abb. 2D). Nachdem des ROI jeder axial Scheibe kompiliert sind, können BAT Depots in der Sagittalebene, Intra - untersuchen segmentiert werden / Inter-individuelle Unterschiede im regionalen BAT Aktivierung (Abbildung 3).

Abbildung 1: Schematische Strömung der Verarbeitungsschritte Bild. Erstens sind PET-Bildern und entsprechenden CT-Bilder in der PET/CT-Plug-in (A) hochgeladen. Nach axiale ROIs auf jede PET/CT-Scheibe (B) gezogen werden, wird jedes Voxel PET- und CT-Kriterien erfüllen in blau (C) gekennzeichnet. Eine Maske ist aus dieser Fledermaus identifiziert Voxel (D), die für die ursprüngliche korrigierte PET-Scan (E) ersetzt wird, generiert und Depots sind in der sagittalen Ansicht (F) segmentiert. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2: Axiale Fledermaus-Region of Interest-Auswahl und Gemeinschaftsräume in mehreren Fledermaus-Depots zu vermeiden. Axialen Scheiben aus einer fusionierten PET/CT-Bild (Spalten 1 und 2) und eine maximale Intensität Projektionsbild (MIP, Spalte 3) mit grünen Linien, Slice Höhe aus einem Scan erworben nach Kälte-Stimulation zu bezeichnen. Grün-ROIs sind Drawnaround Gebiete mit Fettgewebe Dichte, hohe FDG Aufnahme und anatomischen Standorten aktiv BAT in den Spalten 1 und 2 enthalten. Unwahrscheinlich, dass BAT enthalten anatomische Bereiche werden in Spalte 2 rot hervorgehoben. Voxel die Fledermaus PET und CT Kriterien sind von ImageJ bestätigt und blau hervorgehoben. Beispiele stammen aus (A) vordere zervikale Depot, (B) zervikale Depot auf der Ebene der Schilddrüse, (C) Supraclavicular/axillaris Depot in der Nähe Zittern der Skelettmuskulatur (d. h. Intercostales) und (D) die Abdominal-Depot auf der Ebene der Harnleiter der die Nieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3. Regionale Aufteilung der sieben Fledermaus-Depots in der sagittalen Ansicht. Nach der Erzeugung von ein "Fledermaus" Maskenbild, enthält nur PET Voxel als aktive BAT zuvor identifiziert, die folgenden Regionen mit ROIs gezeichnet in der Sagittalebene getrennt werden können: (A) zervikale (C3-C7), (B) Supraclavicular (C7-T3, ausgenommen Wirbel), (C ) Axillaris (T3-T7, ausgenommen Wirbel), (D) Mediastinal (vordere Mediastinum), (E) paraspinale (T1-T12, von der vorderen Kante der Wirbel zu den Dornfortsätzen), (F) Bauchschmerzen (T12-L3, retroperitoneale) und (G) Dorsocervical (unterschiedliche Fett Depot und Posterior zum paraspinale Depot; in der Nähe der zervikalen Region). Das zusammengesetzte Bild mit allen Regionen erscheint in (H). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Discussion

Seit Bestätigung der funktionalen BAT beim erwachsenen Menschen hat großes Interesse an Verständnis der Rolle der Fledermaus in der menschlichen Physiologie. Jedoch denn dieses thermogene Gewebe oft in engen Sie faszialen Ebenen, in weißem Fett durchsetzt, und rund um andere Organe, es ist schwierig um zu quantifizieren. Im Jahr 2016 war ein Konsensdokument von einem Expertengremium der internationalen Fledermaus mit Empfehlungen für die Berichterstattung relevanten Teilnehmer Merkmale, Kriterien für Thema Vorbereitung und ein Protokoll für den Erwerb der PET/CT Bilder²¹veröffentlicht. Das Panel auch erkannte die Notwendigkeit für mehr Konsistenz bei der Verarbeitung von PET/CT für Fledermaus-Quantifizierung, feststellend, dass Methoden zur Ermittlung von BAT unterschiedlich sind und in den meisten Fällen ist nur begrenzt Detail des BAT Quantifizierung Verfahrens vorgesehen. Infolgedessen zwar Berichte über innerhalb Studie Reproduzierbarkeit hoch^22,23,24, deutlich BAT Volumen und Aktivität berichtet von Gruppen mit unterschiedlichen Quantifizierungsmethoden, auch wenn Teilnehmer sind ähnlich wie Alter, Geschlecht und BMI^25,26. Diese Inkonsistenzen vergleichen Ergebnisse erschweren und führten zu einer Kontroverse über die Höhe der Fledermaus in der Erwachsenen menschlichen¹⁵.

Eine inhärente Begrenzung der PET/CT-Bildverarbeitung ist die Einbeziehung der Voxel, die PET- und CT-Kriterien erfüllen, aber sind in anatomischen lagen, die Strukturen als Fledermaus entsprechen. Perfekte Co-Registrierung von PET und CT-Bildern ist fast unmöglich, aufgrund der Unterschiede in der Auflösung und Thema Bewegung während der Scans. Infolgedessen sind Strukturen grenzt an Luft oder Knochen und Regionen der hohen Tracer Aufnahme oft fälschlicherweise als aktive BAT. Zur Aufnahme von falsch positiven Voxel zu begrenzen, sollte eine PET und CT nur innerhalb des ROIs Kriterien, die Benutzer zu konstruieren. Aber aktuelle Ansätze zur Fledermaus mit benutzerdefinierten ROIs oder automatisierte Analysen zu quantifizieren unterscheiden sich in der Höhe von Nutzereinbindung und Kenntnisse, die sie benötigen. Wir haben gezeigt, dass mit einer einzigen, zweidimensionale benutzerdefinierte koronalen ROI auf den gesamten Stapel von Bildern angewendet anfälliger für darunter falsche positive Bereiche¹⁹sein kann. Mehrere Gruppen haben automatisierte Methoden zur Quantifizierung der Fledermaus entwickelt, die schnell große Datenmengen verarbeiten, ohne viel Zutun des Nutzers sind. Doch diese Methoden entweder nicht zählen alle möglichen Fledermaus-haltigen Regionen, besonders in den unteren Körper²⁷oder entstehen relativ hohe Raten von Fehlerkennungen²⁸ und False negative²⁶. Da das Volumen der menschlichen BAT in der Regel gering ist (< 600 mL oder < 2 % der gesamten Körpermasse), kleine absolute Fehler in Quantifizierung können zu großen relativen Unterschiede führen.

Die rigorosere Ansatz beschrieben durch diese Studie des Zeichnens ROIs auf jeder axialen PET-CT-Schicht ermöglicht die Erkennung von BAT in engen faszialen Schichten und bietet gleichzeitig mehr Vertrauen, dass Fehlalarme ausgeschlossen wurden. Dies ergibt eine genaue Quantifizierung in jedem Individial, anstatt eine binäre Bewertung der Anwesenheit oder Abwesenheit²⁹des HIEBES. Daher kann es sein, besser geeignet für kontrollierte Experimente im kleinen Stichprobengrößen beabsichtigen, BAT Physiologie und/oder Auswirkungen von Interventionen zu studieren. Darüber hinaus können regionsspezifische BAT Depots definieren mehr Einblick in BAT funktionelle Relevanz und Entwicklungs Ursprung. Wir glauben, dass diese quantitative Maßnahmen über das Feld, sondern auch bessere Schätzung des HIEBES Beitrag zur Energie-Stoffwechsel und Thermoregulation beim erwachsenen Menschen nicht nur zum Vergleich wichtig sind.

Mehrere anatomische Merkmale der Fledermaus helfen Benutzern unserer Methode Grenze Einbeziehung der falschen positive Voxel. Fledermaus ist in der Regel in kontinuierliche und symmetrische faszialen Schichten gefunden. So, beim Zeichnen und Verfeinerung einen ROI, untersuchen die superior und inferior axialen Scheiben für Kontinuität und Symmetrie des ausgewählten Fettgewebes Einbeziehung des Fettgewebes bei gleichzeitiger Minimierung der Aufnahme von skelettartiger Muskel, Knochen und andere zu maximieren hilft Benutzern offensichtlich nicht-BAT-Strukturen. Aktive Fledermaus gibt es selten im subkutanen Fettgewebe-Depots, deshalb wir Benutzern empfehlen, diese Bereiche zu vermeiden, beim Bau des ROIs. Wie im Protokoll erwähnt, BAT in mehrere verschiedene anatomische Regionen, einschließlich der Halswirbelsäule, Dorsocervical, Supraclavicular, axilläre, Mediastinum, paraspinale und Abdominal-Depots verteilt. Diese Depots werden verteilt, so dass eine axiale schneiden Mai enthalten mehr als aus mehreren Depots BAT. Zum Beispiel kann ein axialer Slice in der Brustwirbelsäule BAT die mediastinalen Depot (proximalen und anterior), paraspinale Depot (proximalen und posterior, entlang der Wirbelsäule) und axillären Depot (seitlich und in der Nähe der Mitte-Antero-Posterior) enthalten. Wissen diese Depots helfen Benutzern das Erstellen von ROIs in den verschiedenen Regionen des Körpers, da sie bei Auftreten vorab beschriebenen Orte sind weitgehend zusammenhängend, wie in unserem Protokoll beschrieben. Weil wir die Benutzer nur eine ROI pro Scheibe zur Vermeidung von Überschneidungen der ROI zeichnen ermutigen, die zusätzlichen Schritte erzeugen eine Fledermaus-Maske und Zeichnung sagittale ROIs ist jedoch erforderlich, die zuvor identifizierten BAT Voxel in den unterschiedlichen regionalen Depots zu trennen, wenn Informationen der Fledermaus Verteilung ist erwünscht, d. h. Trennung von mediastinalen paraspinale und axillaris BAT erkannt in der gleichen axialen ROI in Depots standortabhängig Sagital (Abbildung 3).

Die PET/CT-Viewer-Software kann auch verwendet werden, die Aktivität der Gewebe als Fledermaus, zum Beispiel Schüttelfrost Skelettmuskulatur, welche auch großes Theater eine Rolle Kälte induzierte Thermogenese¹⁹oder verschiedenen Bereichen des Gehirns oder der Leber, die zu quantifizieren als Referenz-Gewebe für PET/CT Analyse²¹vorgeschlagen. Jedoch haben diese Gewebe, dichten und anatomische Distributionen, die unterscheiden sich von BAT und befinden sich außerhalb der Schwerpunkt unserer aktuellen Protokoll. Wir verweisen Leser zum Konsensdokument für mehr Details über diese Themen-²¹. Zu guter Letzt empfehlen wir allen Benutzern kontinuierlich zu aktualisieren ImageJ und besuchen petctviewer.org für Plugin-Updates und Software-Unterstützung.

Obwohl wir glauben, dass diese rigorose Methode ist genauer als automatisierte Methoden^26,28 und Methoden, mit denen einen vereinfachte, einzelnen ROI insgesamt BAT Volume^9,30einzuschätzen, ist es nicht ohne Einschränkungen. Es gibt keine ideale Methode, um nicht-invasiv BAT beim Menschen zu quantifizieren, und ¹⁸F-FDG stellt nur die Glukoseaufnahme, ist nicht dasselbe wie Glukose-Stoffwechsel-¹¹. Obwohl andere radioaktive Tracer verwendete^31,32,33, gewesen ist ¹⁸F-FDG jedoch die prominentesten Tracer verwendet, um menschliche Fledermaus zu studieren. So wird Entwicklung standardisierte Methoden zu analysieren, ¹⁸F-FDG-PET/CT Bilder weiterhin einflussreich in der Studie der menschlichen Physiologie BAT für die absehbare Zukunft.

Die Methode, die wir vorschlagen, die erstellen einen ROI auf jede Fledermaus-haltigen axial Scheibe gemeinsame Problembereiche zu vermeiden, ist sehr arbeitsintensiv und erfordert den Benutzer einige Kenntnisse der zugrunde liegenden Anatomie haben. Es ist auch möglich, dass die strenge Auswahl der ROI kann falsche negative, da einige Fledermaus-haltigen Depots vermieden werden können. ROIs auf jeden axial Scheibe des fusionierten PET/CT-Bildes zeichnen ermöglicht eine sorgfältige Unterscheidung zwischen Fettgewebe und benachbarten metabolisch aktiven Geweben und/oder Regionen betroffen Spill über und Teilvolumen Wirkung³⁴. Der Zeitaufwand zur Analyse von einem einzigen Scan abgeschlossen kann jedoch reichen von drei bis acht Stunden, mit der Möglichkeit der Verkürzung des Zeitrahmens mit Praxis und Erfahrung. Verschiedene Maschine Lernansätze möglicherweise in der Lage, die Arbeit und Know-how erforderlich, um diese Aufgabe zu erfüllen. Erstellen eine automatisierte Methode, die kann genau erkennen, Fledermaus und robust, um falsch positive Ergebnisse von aktuellen bildgebenden Einschränkungen erstellt, erfordert jedoch ein großes Dataset mit Personen der unterschiedlichen Körperzusammensetzung und BAT Verteilung. Wir hoffen, dass diese Methode verwendet werden kann, um eine detaillierte BAT Atlas zu produzieren, der als Vorlage für anspruchsvollere big-Data-Ansätze dienen kann.

Zusammenfassend haben wir eine Schritt für Schritt Bild Analyseansatz Quantifizierung des menschlichen braunen Fettgewebe Volumen, die Aktivität und Verteilung mit Kälte-induzierte FDG-PET/CT-Scans gezeigt. Die entscheidenden Schritte umfassen (1) kontinuierlich und sequentiell axiale ROIs zu analysieren und (2) Bewertung relevanten BAT Depots durch ihre anatomische Lage unter Vermeidung anderer metabolisch aktiven Geweben. Dieser strenge Quantifizierung Ansatz kann von den Forschern auf dem Gebiet BAT Physiologie zu studieren und dienen als Referenz für die Entwicklung von automatisierten menschlichen Fledermaus Quantifizierung Ansätze in Zukunft standard verwendet werden.

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