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ヒト脳の高時間分解能陽電子放射断層撮影のための放射線トレーサー投与:FDG-fPETへの応用

doi: 10.3791/60259 Published: October 22, 2019

Summary

この原稿は、FDG-PET(定数注入およびボーラスプラス注入)のための2つの放射トレーサ投与プロトコルを記述し、それらをボーラス投与と比較する。16 s の時間的な解像度は、これらのプロトコルを使用して達成可能です。

Abstract

機能性陽電子放射断層撮影(fPET)は、ヒト脳内の分子標的を追跡する方法を提供する。放射性標識されたブドウ糖アナログ、18F-フルオルデオキシグルコース(FDG-fPET)により、機能的磁気共鳴イメージング(fMRI)に近づく時間分解能を用いてグルコース代謝のダイナミクスを測定できるようになりました。ブドウ糖取り込みのこの直接的な尺度は、正常および異常な脳機能を理解し、代謝および神経変性疾患の影響を調査するための巨大な可能性を有する。さらに、ハイブリッドMR-PETハードウェアの新たな進歩により、fMRIとFDG-fPETを用いてブドウ糖と血液酸素の変動を同時に捕捉することが可能になりました。

FDG-fPET イメージの時間分解能と信号対雑音は、放射光放射の管理に大きく依存します。この研究は、2つの代替連続注入プロトコルを提示し、従来のボーラスアプローチと比較します。血液サンプル、タイムロックPET、MRI、実験刺激を取得し、非伝統的なトレーサー送達を管理する方法を提示する。視覚刺激を用いて、プロトコル結果は、16sの時間分解能を持つ個々のレベルの外部刺激に対するグルコース応答の皮質マップを示す。

Introduction

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陽電子放射断層撮影(PET)は、臨床および研究の両方の設定で広く使用されている強力な分子イメージング技術です(最近の包括的なレビューについては、Heurling et al.1を参照)。PETを用いて画像化できる分子標的は、放射線トレーサーの入手可能性によってのみ制限され、神経代謝受容体、タンパク質、酵素2、3を画像化するために多数のトレーサーが開発されている。神経科学では、最も使用される放射線トレーサーの1つは、通常、脳ブドウ糖代謝の指標として解釈されるグルコース取り込みを測定する18F-フルオロデオキシグルコース(FDG-PET)である。人間の脳は、シナプス伝達6の間にニューロンによって使用される脳ブドウ糖代謝の4、5、および70-80%を満たすために、ブドウ糖の一定かつ信頼性の高い供給を必要とする。脳ブドウ糖代謝の変化は、精神医学的、神経変性、虚血状態7、8、9を含む多数の条件を開始し、寄与すると考えられている。さらに、FDG取り込みはシナプス活性10、11、12に比例するとして、より広く使用されている血液と比較して、より直接的で、より少ない神経活動の指標と考えられる。酸素化レベル依存性機能磁気共鳴イメージング(BOLD-fMRI)応答。BOLD-fMRIは神経活動の間接的な指標であり、神経活動後の神経血管変化のカスケードに続いて起こる脱酸素ヘモグロビンの変化を測定する。

人間の脳のほとんどのFDG-PET研究は、脳ブドウ糖取り込みの静的画像を取得します。参加者は暗い部屋で目を開けて10分間静かに休む。完全な放射線トレーサーの用量は、数秒の期間にわたってボーラスとして投与され、参加者はさらに30分間休息する。取り込み期間に続いて、参加者はPETスキャナの中央に配置され、取り込みおよびスキャン期間の過程で累積FDG分布を反映したPET画像が取得されます。したがって、PET画像によってインデックス化されたニューロン活動は、取り込みおよびスキャン期間に対する全ての認知活動の累積平均を表し、スキャン中の認知活動に特異的ではない。この方法は、脳と神経機能の脳代謝に大きな洞察を提供しています。.しかし、時間分解能はスキャン期間に等しい(多くの場合〜45分、効果的にグルコース取り込みの静的測定を生み出す;これは認知プロセスおよび神経イメージングにおける一般的な実験中の神経反応と比較して好ましくない。限られた時間的解決のために、この方法は、グルコース取り込みの非特異的な指標を提供し(すなわち、タスクや認知プロセスにロックされていない)、被験者内変動の尺度を提供することができず、誤った科学的結論につながる可能性があります。シンプソンのパラドックス13に.シンプソンのパラドックスは、被験者間で計算された脳行動関係が必ずしも被験者内でテストされた同じ関係を示すものではないシナリオである。さらに、FDG-PETに機能的な接続対策を適用する最近の試みは、被験者間の接続性のみを測定することができます。したがって、接続性の違いはグループ間でのみ比較でき、個々の被験者に対して計算することはできません。被験者間の接続性対策14は議論の余地があるが、被験者間で計算された測定は、疾患状態のバイオマーカーとして使用したり、個々の変動の原因を調べるために使用することはできないことは明らかである。

過去5年間で、臨床グレードの同時MRI-PETスキャナの開発とより広いアクセシビリティは、認知神経科学におけるFDG-PETイメージング2に対する新たな研究の関心を引き起こしました。これらの開発により、研究者はBold-fMRI(約0.5−2.5秒)の基準に近づくFDG-PETの時間分解能を改善することに焦点を当てています。BOLD-fMRIの空間分解能はサブミリメートル解像度に近づくことができますが、FDG-PETの空間分解能は、ポジトロン範囲15により、基本的に最大値の約0.54mm全幅(FWHM)に制限されています。動的FDG-PET取得は、しばしば臨床的に使用され、ボーラス投与法を使用し、リストモードデータをビンに再構築する。ボーラス動的FDG-PET法は、約100sの一時的な分解能を提供します(例えば、Tomasi et al.16)。これは、静的なFDG-PETイメージングに比べて明らかに優れていますが、BOLD-fMRIに匹敵しません。さらに、FDGの血漿濃度はボーラスが投与された直後に減少するため、脳機能を検査する窓は限られている。

この実験ウィンドウを拡大するために、研究の一握り17、18、19、20、21は、以前にカーソン22によって提案された放射性トレーサー注入法を適応させ、 23.この方法では、「機能性FDG-PET」(FDG-f PET、BOLD-f MRIに類似)と記載されることがあり、ラジオトレーサは、PETスキャン全体(〜90分)の過程で一定の注入として投与される。注入プロトコルの目標は、時間の間にブドウ糖取り込みの動的変化を追跡するために、FDGの一定のプラズマ供給を維持することです。概念実証研究では、Villien et al.21は、一定の注入プロトコルと同時MRI/FDG-f PETを使用して、60sの時間分解能を持つチェッカーボード刺激に応答してグルコース取り込みの動的変化を示しました。その後の研究では、この方法を使用して、タスクロックされたFDG-f PET(すなわち、外部刺激19にタイムロック)とタスク関連のFDG-f PET(すなわち、外部刺激17に時間ロックされていない)を示しました。18)グルコース取り込み。これらの方法を用いて、60sのFDG-f PET時間分解能が得られており、これはボーラス法に対する実質的な改善である。予備データは、注入方法が20−60 s19の時間的分解能を提供できることを示している。

定一注入法からの有望な結果にもかかわらず、これらの研究の血漿放射能曲線は、注入方法が90分スキャン19、21の時間枠内で定常状態に達するのに十分ではないことを示している。一定の注入手順に加えて、Carson22はまた、スキャンの開始時に速やかに平衡に達し、その後、平衡で血漿放射能レベルを維持することを目標とするハイブリッドボーラス/注入手順を提案した。スキャンの期間。Rischka et al.20は最近、20%のボーラスプラス80%の注入を使用して、この技術を適用しました。予想通り、動脈入力機能は、注入のみの手順19、21を使用した結果と比較して、ベースラインレベルを上回り、より長い時間、より高い速度で持続した。

本論文では、輸液のみおよびボーラス/輸液放射レーサー投与を用いて高時間分解能FDG-f PETスキャンを取得するための取得プロトコルについて述べた。これらのプロトコルは90−95分の集録時間19との同時MRI-PET環境の使用のために開発された。プロトコルでは、血液サンプルは、PET画像の後続の定量化のための血漿血清放射能を定量するために採取される。プロトコルの焦点は、BOLD-f MRI/FDG-f PETを用いて機能性神経イメージングのための注入方法の適用であるが、これらの方法は、同時MRI、BOLD-fの有無にかかわらず、任意のFDG-f PET研究に適用することができる。MRI、コンピュータ断層撮影(CT)、または他の神経画像が取得される。図 1は、このプロトコルの手順のフローチャートを示しています。

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Protocol

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このプロトコルは、人間研究における倫理的行動に関するオーストラリア国家声明24に従って、モナッシュ大学人間研究倫理委員会(承認番号CF16/1108 - 2016000590)によってレビューされ、承認されています。手順は、認定医学物理学者、核医学技術者、および臨床レントゲン写真家の指導の下で開発されました。研究者は、人間の電化放射線の管理のための地元の専門家やガイドラインを参照する必要があります。

1. 必要な機器と人員

  1. スキャナー室、放射線化学研究室、一般材料については、材料の表を参照してください。無線トレーサには商用サプライヤーが使用されました。
  2. 同時MRI-PET環境では、4人の人員を使用してスキャンを実行する放射線技師(RG)、放射線トレーサーの投与と血液サンプルの取得を監督する核医学技術者(NMT)、血液を紡ぐラボアシスタント(LA)、実験設計と刺激プレゼンテーションを監督する研究アシスタント(RA)。

2. 準備

  1. NMTによるトレーサー用量製剤
    1. スキャンの過程で投与される注入量を計算します。このプロトコルでは、注入速度は95分以上0.01 mL/sである。したがって、95 分のスキャンでは、参加者は 0.01 mL/s x 60 s x 95 分 = 57 mL を受け取ります。
    2. 投与された生理生理生理生理液に希釈されるトレーサー用量を計算します。このプロトコルでは、260 MBqの総用量が95分以上参加者に投与される。この線量は、放射線被曝量を4.9 mSvに制限するために選ばれ、オーストラリア放射線防護・原子力安全庁(ARPANSA)の電離放射線への人への曝露に関するガイドラインに従って「低レベルリスク」の分類に留まるようにした25。中間注入点(47.5分)からT0に戻って正しい260 MBqを減衰します。方程式 1 を使用して、A0を解く

      Atが注入の途中で放射能(MBq)である場合、A0は初期放射能であり、λ はトレーサーに固有の放射性減衰定数です。FDG の場合、値は λ ≥ 0.693/T1/2です。T1/2は18F(110分)の半減期です。
      注: この例では、At = 260 MBq、λ = 0.693/110、および t = -47.5 なので、A0 = 350.942 MBq。
    3. 参加者に用量を管理するために使用される100 mL生理生理袋に必要な放射線トレーサー用量を計算します。生理食生用袋に必要な放射性トレーサーは5 mLの総容積まで希釈され、5 mLの注射器で描かれる。したがって、100 mL生理生理袋の場合、希釈係数は、放射性トレーサを用いてシリンジの5mL体積に加えて生理生理物の体積(100mL)である。この総体積105mLは、57mLの注入量で割った(すなわち、105 mL/57 mL= 1.842)。したがって、100 mL バッグに添加するために必要な 5 mL の体積の総放射能は、希釈係数の A0 x (つまり、350.942 MBq x 1.842 = 646.44 MBq) です。生理生理生理生殖のために放射性トレーサーを無菌的に加える。
      注:生理生殖袋に添加される646.44 MBqの計算された活性は、注入の開始時に必要な活性であることに注意することが重要です。一般に、このプロトコルの用量は、投与前に15分〜1時間の間に調製される。したがって、放射性同位体の崩壊を考慮することが重要である。2.1.2 の方程式 1.時間(t)が用量の調製から活性が投与される日時までの合計分数である、A 0を解くことによって、At = 646.44 MBqを説明するために使用することができる。
    4. プライミング用量を準備します。袋から20mLを注射器に引き出し、キャップします。この20 mLシリンジとラベルを校正します。注射器は、放射能が生理食袋内に均等に分散していることを確認するためのリファレンスチェックとして校正されます。
    5. 用量を準備します。50 mLの注射器を使用して、赤いコンビストッパーで袋とキャップから60 mLを引き出します。このシリンジは、生理食袋に添加した時点から放射能の濃度が知られているため、較正されていない(ステップ2.1.3)。スキャンの準備ができるまで、両方の注射器を放射線化学実験室に保管してください。
      注:テルモシリンジはラベル付き体積より20%高くマークされているため、50mLのシリンジで60mLの体積を引き出す場合があります(つまり、50 mLシリンジは60mLにマークされています)。
    6. 基準用量を準備します。500 mLの容積フラスコを約480mLの蒸留水で充填します。18 FDG の10MBq をシリンジに描画し、スキャン開始時間(式 1 を使用)に減衰補正し、フラスコに追加します。より蒸留水で500 mLマークまでのボリュームを上にして、十分に混ぜます。注射器のキャリブレーション前および後のラベルを貼り付けます。
  2. NMTによるスキャナールームの準備
    1. 参加者がスキャナーに配置されると、閉塞が発生した場合に注入または血液サンプルのラインを操作または回収する余地はほとんどありません。ラインの閉塞の可能性を最小限に抑えるために、スキャナールームを準備します。
    2. すべての採血装置が回収場所から簡単に手の届くところにあることを確認してください。カニューレの端と血液容器を保持する任意の表面にアンダーパッドを配置します。定期的な廃棄物や生物有害廃棄物のビンを採血場所から簡単に手の届くところに置いてください。
  3. NMTによる注入ポンプ調製
    1. 参加者に接続する側のスキャナールームに注入ポンプを設置します。ポンプのベースの周りに鉛レンガを構築し、ポンプの前にリードシールドを配置します。参加者に注入を提供し、正しい注入速度が入力されていることを確認する注入ポンプのチューブを接続します。このプロトコルの場合、レートは 0.01 mL/s です。
    2. 参加者のカニューレに接続する前にチューブをプライムします。20 mLプライミング用量を注入ポンプに接続します。参加者に接続されるチューブの端に、3ウェイタップと空の20 mLシリンジを取り付けます。18F-FDG 溶液がプライミング用量からチューブを通って流れるようにタップが配置され、空のシリンジにのみ集められるようにします。
    3. 注入ポンプを15 mLの体積にプリプレットします。ポンプのプライムボタンを選択し、プロンプトに従ってラインをプライムします。
    4. プライミング用量の代わりに、50 mL用量注射器を注入ポンプに取り付けます。3ウェイタップの15 mLプライミング線量は、参加者がポンプに接続する準備ができるまでそこに残ることができます。
  4. NMT、RA、および RG による参加者の準備
    1. スキャンの前に、6時間断食し、水(約2杯)のみを消費するように参加者に勧めます。
    2. RAに同意手続きを行い、追加措置(人口調査、認知電池など)を取得しさせる。NMTおよびRGに安全スクリーン、PETスキャンのためのNMTレビューの安全性(例えば、妊娠、糖尿病、化学療法または放射線療法の過去8週間の除外、および既知のアレルギー)、およびRGレビュー参加者の安全性(例えば、妊娠、医療または非医療用金属インプラント、取り外し不可能な歯科インプラント、閉所恐怖症の除外)
    3. 参加者をカニューレします。
      1. 2つのカニューレを使用します:1つは用量投与用、もう1つは血液サンプリング用です。最も適切なカニューレは参加者によって異なりますが、最も適切な静脈は採血のために予約する必要があります。22 G カニューレは、好ましい最小サイズです。カナリング中に10 mLベースライン血液サンプルを採取します。ラインの遅延を維持するために圧力の下ですべての生理生理物のフラッシュを切断します。
      2. 参加者の血糖値および他のベースライン血液測定(例えば、ヘモグロビン)をベースラインサンプルからテストする。
  5. RG および NMT によるスキャナーでの参加者の位置決め
    1. RG をスキャナーボアの参加者に配置します。長いスキャンのために、参加者が脱落し、不快感による動きのアーティファクトのリスクを減らすために慰めを確保することが不可欠です。参加者は快適な体温を維持するために使い捨て毛布で覆われるべきです。
    2. NMTは、注入ラインを接続する前に、最小限の抵抗で特許であることを確認するためにカニューレを洗い流します。一度接続すると、チューブは手首の近くに軽くテープで留めることができます。参加者に腕をまっすぐに保つように指示します。快適さのために泡やクッションなどのサポートを使用してください。NMTはまた、それが最小限の抵抗で血液を引き出すことができることを確認するために、血漿サンプルに使用されるカニューレをチェックしてもらいます。参加者がスキャナにいる間にカニューレをよりアクセスしやすくするために、通常の生理生理生理でプライミングされた延長チューブを接続する必要があるかもしれません。これが必要な場合は、漏れが確認されている必要があります。
    3. 被験者がスキャナーボアに入ったら、両方のカニューレに適切にアクセスできることをNMTにチェックしてもらいます。
    4. NMTは、血液採取カニューレ、輸液カニューレ、または注入ポンプ(例えば、閉塞、バッテリー、浸潤)に問題がある場合は、スキャン中にいつでもRGおよびRAに通知する。

3. 参加者をスキャンする

  1. NMT、RG、および RA を使用してスキャンを開始する
    1. スキャンの開始時に、スキャナールームにNMTを座って注入装置を監視します。NMTが聴覚保護を装着し、バリアシールドを使用して、可能な限り線量からの放射線被曝を最小限に抑えることを確認してください。
    2. RG はローカライザ スキャンを実行して参加者が正しい位置にあることを確認しますので、PET 取得の詳細を確認します (スキャン期間、リスト モード データ収集、正しい同位味座など)。
    3. PET の取得が最初の MRI シーケンスで開始できるようにプロトコルを設計します。RG は MRI シーケンスを準備して開始します。95分PET取得の開始時刻は、MRIシーケンスの開始までタイムロックされます。必要に応じて、NMTはPET取得時にボーラスを提供する必要があります(図1)。
    4. 注入ポンプを起動します。RGは、PET取得の開始後にポンプ30sを開始するためにNMT(例えば、親指アップサインを介して)に信号を送る必要があります。このプロトコルは、スキャン開始時間の後に注入ポンプ30sを開始し、スキャン障害の場合に安全バッファを提供する。これはまた、PETスキャン中に撮影された最初の画像が、完全な時間活動曲線データ収集のための放射線トレーサー投与の前に脳をインデックス化することを保証します。NMTがポンプを観察して、18FDGが注入され始め、ラインの即時閉塞がないことを確認します。
    5. RAに合意された時間(すなわち、機能的実行/実験ブロックの開始時)に外部刺激を開始し、血液サンプルの時間を計算しあいます。レコードフォームの例は、補足 1に示されています。RAに各血液サンプルの予測時間を計算し、NMTおよびラボアシスタント(LA)にコピーを提供しさせる。RAは、NMTがほぼ正しい時間に血液サンプルを採取し、装置(例えば、注入ポンプ、刺激)にエラーの兆候がないか監視するようにする。
  2. 一定の時間間隔で血液サンプルを採取する
    1. NMT と RA に 10 分ごとに 1 つのサンプルを採取し込む。通常、ベースラインサンプルを含まない合計10個のサンプルがあります。
    2. PETスキャンと同時にMRIスキャンを取得する場合は、スキャナールームに入るときにNMT摩耗聴覚保護を受け取ります。
    3. NMTは手袋を着用し、カニューレの先端をきれいに洗い出します。カニューレ部位が乾燥している間、5 mLと10 mLの注射器、バキュテーナー、および10 mLの生理生理生理物のフラッシュを開きます。
    4. 5 mL注射器を使用して、新鮮な血液の4-5 mLを撤回し、バイオハザード廃棄物中の注射器を廃棄します。
    5. 10 mL注射器を使用して、最大10mLの血液を引き出します。体積は、血液をどれだけ簡単に引き出すことができるかによって制限されるかもしれません。その後、血液を含む赤血球に損傷を引き起こす任意の抵抗を最小限に抑えることが重要です。中間集合点で、RAへのNMT信号を持って、この時間をレコードフォーム(補足1)にサンプルの「実際の」時間としてマークします。
    6. 10 mL注射器を血管に接続し、関連する血液管に血液を堆積させます。
    7. カニューレを10mLの生理生理生理生理で素早く洗い流し、圧力下で切断し、ライン凝固の可能性を最小限に抑えます。
    8. 直ちに血液サンプルを放射線化学研究室に持って行き、分析を行います。
  3. LAで血を紡ぐ
    1. LAにすべての機器を用意してもらい(表1)、手袋を着用してください。サンプル用に3つのラックを用意します:1つは血液管用、1つはサンプルをピペッティング用、もう1つはピペテッドサンプル用、もう1つはピペテッドサンプル(事前およびカウント後)です。
      1. LAは、特に計数チューブを取り扱う場合は、手順全体を通して定期的に手袋を交換してください。LAが手袋に放射性プラズマ汚染がある場合は、計数チューブに移され、サンプルの記録数を誤って増加させることができる。
    2. 血液サンプルは、血液サンプルが採取された時間とカウントされた時間が記録されたので、人員配置リソースの可用性が許す限り遠心分離機に置くことができます。724 x gの相対遠心力ですべてのサンプルを回転させます。このプロトコルに使用される遠心分離機の設定は、加速度と減速曲線を 8 に設定した 5 分間の 2,000 rpm です。
    3. サンプルがスピンされたら、チューブをピペッティング ラックに入れます。チューブキャップを取り外し、サンプルの分離を妨げないようにします。ラベル付きの棚管をラックに置きます。ラベルは、血液チューブに対応する必要があります。
    4. 先端がピペットにしっかりと固定されていることを確認します。任意の点滴のための準備ができてティッシュを持っています。血管から血漿の1,000 μLを着実にピペットし、計数管に移し、計数管および血液管の蓋を取り替える。
    5. カウントチューブをウェルカウンターに入れ、4分間カウントします。これは、PET 取得開始時刻の後続の修正に必要です。スキャン中の後の時点で、LAにサンプルのバックログを避けるために各ステップを連続して実行しさせる。
    6. バイオハザードバッグに血液製品の廃棄物を処分してください。

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Representative Results

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スタディ固有の方法
ここでは、代表的な結果に関する研究固有の詳細を報告する。これらの詳細は手順にとって重要ではなく、研究によって異なります。

参加者とタスク設計
参加者(n=3、表2)は、同時BOLD-fMRI/FDG-f PET試験を受けた。この原稿はPET取得プロトコルに焦点を当てているため、MRIの結果は報告されません。参加者は95分のスキャンの過程で18FDGの260 MBqを受け取った。参加者1は、スキャンの開始時にボーラスとして完全な用量を受け取った。参加者2は、注入のみのプロトコルで用量を受け取った。参加者3は、ハイブリッド50%ボーラスプラス50%注入と同じ用量を受け取った。輸液のみおよびボーラス/注入プロトコルの両方について、注入持続時間は50分であった。

タスクは埋め込みブロック設計 (図 2)19で提示されました。この設計は、タスクによって呼び起こされたBOLD-fMRI および FDG-f PET データに対して同時にコントラストを提供することが以前に示されました。簡単に言えば、タスクは640s点滅チェッカーボードブロックと320sの残りのブロックの間で交互に行われた。この遅い交互に FDG-f PET のコントラストを提供します。これらのタイミングパラメータは、解析中に第1レベルの一般線形モデルに入力されました。640sチェッカーボードブロック内では、チェッカーボードと休息期間が20s on/20 sオフの速度で交互に行われました。BOLD-fMRIに適したこの高速交互は、将来の分析と再建の進歩とFDG-f PETでうまくいけば検出可能です。このプロトコルでは、休息期間は目を開けて、画面上に中央に提示された十字架に固定されていました。

画像の取得と処理
MRおよびPET画像はシーメンス3T伝記mMRで取得された。PET データはリスト モードで取得されました。MRIおよびPETスキャンは次の順序で取得されました(詳細は現在の原稿に関連する画像に対してのみ提供されます):(i)T1加重3D MPRAGE(TA = 7.01分、TR = 1,640ミリ秒、TE = 2.34ミリ秒、フリップアングル=8°、FOV = 256 x 256 mm2、ヴォクセルサイズ= 1 x 1×12>3、176スライス、矢状取得;(ii) T2加重フレア (TA = 5.52 分);(iii) QSM (TA = 6.86 分);(iv) グラデーション フィールド マップ TA = 1.03 分;(v) MR 減衰補正ディクソン (TA = 0.39 分、 TR = 4.1 ミリ秒、TE位相= 2.5 ミリ秒、TEアウト フェーズ= 1.3 ミリ秒、フリップ角度 = 10°);(vi) T2*加重エコー平面画像(Eピス)(TA = 90.09分)、P-A位相補正(TA = 0.36分)。(vii) UTE (TA = 1.96 分)PET取得の始動は、T2*エピの発症にロックされた。

T1加重構造画像は、FSL-robustfov26を用いて首にトリミングされ、N427を用いてバイアス補正され、およびOASIS-20テンプレート30、31を用いてANTs28、29を用いて抽出された脳を抽出した。T1 加重イメージは、antsRegistrationSyN.shによって定義されたデフォルト パラメータを設定した ANT32を使用して、2 mm MNI テンプレートに非線形正規化されました。

この原稿は、ビンサイズ16sで動的なFDG-fPET結果を調べた。すべてのデータは、シーメンスSyngo E11pを使用してオフラインで再構築され、擬似CT33を使用して減衰のために修正されました。ポイントスプレッド関数(PSF)モデリング34を用した通常のポアソンオーダーサブセット期待最大値(OP-OSEM)アルゴリズムは、3つの反復、21のサブセット、および344 x 344 x 127(ボクセルサイズ:2.09 x 2.09 x 2.03 mm3)の再構成で使用されました。行列サイズ。5mm 3Dガウス後フィルタリングは、最終的に再構築された画像に適用されました。

空間的な再編成は、FSL MCFLIRT35を使用して動的 FDG-fPET イメージに対して行われました。平均FDG-PET画像は、動的時系列全体から導出され、高度な正規化ツール(ANT)32を使用して個々の高解像度T1加重画像に厳密に正規化されました。動的 FDG-fPET イメージは、非線形 T1 から MNI ワープと組み合わせてリジッド変換を使用して MNI 空間に正規化されました。

第1レベルの一般的な線形モデルは、SPM12(ヒト神経イメージングのためのウェルカムセンター)を用いて推定され、イベントタイムコース(チェッカーボードオン、固定)を対象の効果としてモデル化した。対照領域全体の平均取り込みは、前極皮質(左右FP1/236)を共変量として含んでいた。モデルには、グローバル正規化、ハイパス フィルタ、ヘモダイナミクス応答との畳み込み、自己回帰モデル、またはマスキングしきい値は含めませんでした。hOC1−5における視覚皮質の明示的なマスク(左右hOC1,2,3d,3v,4d,4la4lp,4v,537,38,39;SPM解剖ツールボックスv 2.2b 40、41、42)は、モデル推定を対象地域(ROI)に制限するためにモデルに含まれていました。臨床環境では、脳アトラスを用いて複数の領域を解析する。T コントラストは、個々のレベルのアクティビティのパラメータ マップを推定するために使用され、p = 0.1 (未修正)、k = 50 ボクセルで自由に閾値化されました。各個人の結果は、補足 2の複数のしきい値にも表示されます。

血漿放射能濃度結果
各参加者の血漿放射能濃度曲線を図3に示す。最大ピーク血漿放射能濃度(3.67kBq/mL)をボーラス法を用いて得た。図3の目視検査は、ピークがプロトコルの最初の10分以内に起こり、その後濃度が減少することを示す。動脈または自動サンプリングを 1 分未満の速度で使用するプロトコルでは、最初の 1 分以内にピークプラズマ濃度が見つかる可能性が高いことに注意してください。ここでの遅延は、最初の血液サンプルが5分後のボーラスで採取されたためです。記録期間の終わりまでに、プラズマ放射能はピークの35%(1.28kBq/mL)であった。注入のみのプロトコルは、注入期間の終わりである50分で最大(2.22 kBq/mL)に達した。記録期間の終わりまでに、濃度はピークの68%(1.52 kBq/mL)で持続した。ボーラスのみのプロトコルと同様に、ボーラス/注入プロトコルは、最初の5分以内にピークプラズマ放射能濃度(2.77 kBq/mL)に達しました。記録期間の終わりまでに、ボーラス/注入濃度はピークの53%(1.49 kBq/mL)であった。

定性的に、プラズマ放射能レベルはボーラス/注入プロトコルにおいて最長期間持続した。注入のみおよびボーラス/注入プロトコルの両方が、注入期間が終了したときに放射能の明らかな減少を示す(50分)。ボーラスのみおよびボーラス/注入プロトコルを視覚的に比較すると、血漿放射能は40分後の注入によるボーラスのみ対ボルス/注入において小さかった。重要なことに、プラズマ放射能は、ボーラス/注入プロトコルにおいて約40分間最小限に変化した。対照的に、注入のみまたはボーラスのみのプロトコルは、一貫した活性の質的に持続的な期間を示すものではありません。

PET信号結果
一般的な線形モデル、PET信号、GLM適合応答からの個々のレベルのパラメータマップ、およびエラーを図 4 に示します。パラメータ マップは、補足 2のさまざまな統計しきい値にも表示されます。

図4iiは、3つの投与プロトコルの両側視覚皮質(hOC1−5)および制御領域(前極、FP1/2)におけるスキャン期間全体(すなわち、刺激および休息期間を越えて)におけるPET信号を示す。定性的に、ボーラス/注入参加者は、ボーラスのみおよび注入のみの参加者と比較して、ROIs間の明確な違いを示した。ボーラス/注入プロトコルの場合、フロントポーラROIはhOC4の最も低い画像強度を示した。ボーラスのみの参加者に対しては、hOC5とFP1/2が最も高い強度を示し、hOC4が最も低い傾向を示す同様の傾向がありました。注入のみの参加者の場合、FP1/2および右hOC5は最も高い強度を示し、残りのROIとの差はほとんど見なさなかった。

図4iiの目視検査は、ボーラスのみのプロトコルにおいて、ボーラスに続くシグナルの急激な増加があることを示唆している。取り込みの傾きは、次の20−30分で比較的速いですが、測定期間の残りの部分では取り込み速度が低下します。ボーラス/注入プロトコルでは、ボルスのみのプロトコルよりも小さい大きさのスキャンの開始時に取り込み量が急激に増加し、取り込みはスキャンの期間中比較的速い速度で継続します。記録期間の終わりまでに、ボーラス/注入プロトコルは、ボーラスのみのプロトコルよりも大きな取り込みを示します。対照的に、注入のみのプロトコルは、スキャンの最初の40分間の低信号を示し、ピーク取り込みはボーラスのみまたはボーラス/注入プロトコルよりも実質的に低い。取り込みはスキャンの最初の〜50分で最も速く、記録期間の残りの間遅くなる。

パラメータ マップと適合応答結果
図4は、3つの管理プロトコルの個別レベルのTマップを示す。図4iiiは、各被験者のピークボクセルでの一般的な線形モデル適合応答および誤差を示す。注入専用プロトコル(図4Biii)の場合、スケールはボーラスのみおよびボーラス/注入プロトコルよりも大きいことに注意してください。さらに、注入専用プロトコルの場合、最初のレストブロック中の信号はゼロに近く、その間にトレーサーがほとんど投与されておらず、このブロックを考慮すると一般的な線形モデル推定は失敗した。したがって、最初のタスクブロックから始まるこの参加者に対して一般的な線形モデルを推定し、最初のチェッカーボード期間の開始から適合応答を示す。

時間の経過に伴うタスク効果を視覚化するために、各被験者の時間コースデータ(最初の元変量)を抽出し、各ブロックに対して変動係数(平均/標準偏差)の逆数を計算した。変動係数の逆数は、信号対雑音比に近似します。図5から分かるように、信号は3つのプロトコルの記録期間にわたってほぼ直線的に増加した。ラインの傾きは、注入専用プロトコル(m = 2.794)、ボーラス専用中間(1.377)、ボーラス/注入プロトコル(1.159)の中間値が最も高かった。

Figure 1
図1:FDG-fPET実験の手順のフローチャート上:研究募集前に参加者を事前審査する手続き。下:ボーラスのみ(左)、注入のみ(中央)、およびボーラス/注入(右)プロトコルの手順。各手順を担当するスタッフ メンバーは、括弧内に一覧表示されます。セクション識別子は、プロシージャが記述されているテキスト内のセクションを参照します。*EXCLは、MRまたはPETスキャンの非互換性のために、または研究エントリ要件(例えば、認知および心理的要件)を満たしていない場合、参加者が除外される可能性がある時間枠を示します。NMT = 核医学技術者,RA = 研究助手,RG = 放射線技師,LA = ラボアシスタント.この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 2
図2:タイミングパラメータと3つのプロトコルからの予測プラズマ放射能。赤、緑、青の微量は、それぞれボーラス、輸液、およびボーラス/注入プロトコルの仮説プラズマ放射能曲線を表します。これらのトレースは説明のみを目的としています。得られたプラズマ放射能曲線については、図3を参照してください。タイミングパラメータは、予想されるプラズマ放射能に対するタスクの相対的なタイミングを示すために重ね合わされます。埋め込みブロック設計(Jamadar et al. 201919)は、チェッカーボード刺激と目を開く休息の間に遅い交代(10/5分)を持っています。「オン」ブロック内に埋め込まれたのは、高速交互(20s)オン/オフ設計です。低速の交互に FDG-fPET コントラストを提供します。高速交互に BOLD-fMRI コントラストを提供します。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 3
図3:3人の参加者に対するプラズマ放射能曲線。減衰は血液が採取された時点で補正された。矢印は、注入のみおよびボーラス/注入プロトコルの注入の停止を示す。時間は数分です。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 4
図 4: 一般的な線形モデル、PET 信号、GLM 適合応答と誤差からの個別レベルのパラメータ マップ。(i) 3 つの被験者のそれぞれに対する個別レベルの統計パラメータ (T) マップで、p (未修正) < 0.1, k = 50 ボクセルでしきい値化します。(ii)対象領域の視覚皮質を横切るPET信号:5つの後頭皮(左右hOC1、hOC2、平均hOC3d/3v、平均4d/4la/4lp/4v、hOC5)および正面(左右平均FP1/2)制御領域。左の領域は実線で表示され、右の領域は点線で表示されます。(iii)各被験者の活動のピークに対する時間の間のモデル適合および誤差。矢印は、注入期間の終わりを示す。(Aiii) ボーラスのみのピークアクティビティ MNI 座標 (-24, -100, 12), T = 4.07;注入のみ(Biii)ピーク活性 MNI 座標 (10, -86, 12), T = 4.25;ボーラス/注入ピーク活性座標(26、-65、-10)、T = 5.17。注入専用プロトコルの場合、非常に低い信号のために最初の休息期間のモデルを推定できませんでした。また、ボーラスのみおよびボーラス/注入プロトコルと比較して、注入専用プロトコルの大きなスケールに注意してください。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 5
図5:記録期間における信号対雑音比。プロットは、各チェッカーボードブロック内のピークボクセル内の活動の最初の発生元変位係数(平均/SD)の逆数を示しています。SD = 標準偏差。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

参加者1 参加者2 参加者3
管理プロトコル ボーラスのみ 注入のみ ボーラス/注入
年齢(年) 18 19 19
セックス F M F
利き手 R R R
長年の教育 12 14 14
現在の軸I精神疾患 なし なし なし
心血管疾患の歴史 なし なし なし
定期的な薬 なし なし なし

表 1: 3 人の参加者の人口統計情報。

補足1:参加者レコードフォームの例。このプロトコルでは、RAはボーラスおよび注入開始の時間を記録し、血液サンプルの時間を計算する責任がある。RA は、このフォームのコピーを NMT および LA に提供します。実験中、RAは、その後の減衰補正のためにサンプルが採取された時間を記録します。LA は、測定時間と測定値を[ノート]セクションに記録します。このファイルを表示するには、ここをクリックしてください(右クリックしてダウンロードしてください)。

補足 2: 異なる統計しきい値を持つ統計パラメータ マップの変動性。結果は、p = 1.0 から FWE p < 0.05 までのしきい値の範囲でスライスで表示されます。このファイルを表示するには、ここをクリックしてください(右クリックしてダウンロードしてください)。

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Discussion

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FDG-PETは、脳ブドウ糖代謝の指標であるグルコース取り込みを測定する強力なイメージング技術です。現在までに、FDG-PETを使用したほとんどの神経科学研究は、スキャン2の過程ですべての代謝活性の不可欠を表す静的画像分解能を用いた従来のボーラス投与アプローチを使用する。この原稿は、注入のみ(例えば、Villien et al.、Jamadar et al.19,21)およびハイブリッドボルス/注入(例えば、Rischka et al.20)プロトコルの2つの代替放射性トレーサー投与プロトコルについて説明する。3つのプロトコルは、個々のレベルで、刺激に時間ロックされた16sの時間的分解能を実証した。

このメソッドの重要なポイントは、スキャン プロトコルの開始です。この時点で、PET取得の開始は、BOLD-fMRI シーケンスの先頭(同時MR-PETを使用する場合)、および刺激プレゼンテーションの開始にタイムロックする必要があります。刺激の発症と持続時間は、第1レベルモデルのスキャンの始まりまでロックできる必要があります。ボーラスのみのプロトコルでは、ピーク信号を捕捉するために、PET取得の開始時にボーラスを送達する必要があります(図4)。注入のみのプロトコルでは、注入の開始は、第1レベルでの取り込みの正確なモデリングを確保するために、PET取得にロックする必要があります。ボーラス/注入プロトコルでは、ボーラスはPET取得に時間ロックされ、注入はボーラスの後に既知の短い期間から始まる必要があります。この短い期間内に手順が正しく流れるには、各スタッフメンバー (NMT、RG、RA) がスキャンを開始する前に適切に準備する必要があります (図 1)。この重要なステージのタイミングを振り付けるには、「ドレスのリハーサル」をお勧めします。

現在までに、約60人の被験者が、当社の研究室でこれらのプロトコルの1つを使用して試験されています(注入専用プロトコルを使用して最大数)。被験者の消耗または取得の失敗の 2 つの一般的な原因があります。(1)研究者は、静脈を見つけるのが難しいため、参加者をカニューレすることができません。これに対処するために、すべての参加者は、スキャンの前に少なくとも2杯の水を飲む必要があります。カニューレが1つしか達成できない場合、その参加者の血液採取は省略される。(2) 参加者はスキャンを完了できません。MRI とは異なり、PET 取得を一時停止して再起動することはできません。インスキャン参加者の撤退の最も一般的な原因は、トイレの休憩と熱調節の難しさによるものです。参加者は、スキャンの前に水を消費する必要性が排尿の必要性を増加させることを報告しています。したがって、すべての参加者は、スキャンする前に行う必要があります。参加者はまた、トレーサーの注入は彼らが非常に寒さを感じ、一部の人々で震えが引き起こされると報告しています。これまでの研究では、周囲温度がFDG-PETスキャン46における動脈活動に影響を及ぼすことが示されている。この問題は、スキャン中にすべての参加者に使い捨てキルトを使用して解決されます。

結果は、3つの管理プロトコルの個々の被験者レベルで表示されます。予想通り、血漿放射能濃度(図3)はボーラスのみプロトコルのピークが最も高かったが、最も持続的な放射能はボーラス/輸液プロトコルで得られた。血漿濃度は注入のみプロトコルで最も低かった。輸液のみおよびボーラス/注入プロトコルの両方について、注入が停止した時点で濃度が低下した。ROI全体のPET信号(図4Bii)は、ボーラス/注入プロトコルにおいて最大のシグナルを示した。この参加者はまた、ROI間の最も明確な差別化を示した。定性的には、PET信号は注入のみのプロトコルで最も弱かった。注入のみのプロトコルは、より長い実験(>50分)でより良い結果をもたらす可能性があります。ただし、これは参加者の消耗率を増加させる可能性があります。第1レベルの一般的な線形モデルでは、ボラスのみおよびボーラス/注入プロトコルと比較して、注入専用プロトコルではモデル誤差がはるかに大きかった(図4iii)。タスク期間中の信号対雑音(図5)は、記録期間全体で最も安定な信号がボーラス/注入プロトコルを用いて得られたことを示唆した。これらの効果が大きなサンプルで持続するかどうかを決定するためにさらなる研究が必要です。

fPETは比較的新しい方法(Villien etal.21によって最初に公開)であり、静的PETやMRI/fMRIのような従来の神経イメージングアプローチと比較して、データは比較的複雑です。したがって、データ集録プロトコルの改善の余地は大きい。本研究では、3つのトレーサー投与プロトコル(ボーラスのみ、輸液のみ、およびボーラスプラス注入)の取得プロトコルと、各方法の個々の被験者からの代表的な結果を提示する。このグループでは、手順の侵襲性および現場でのMDの要件のために動脈サンプリングは行われなかった。従って私たちのイメージ分析は動脈のサンプリングによって提供される定量的な情報の恩恵を受けないことを。Hahn et al.17は、一定の注入FDG-fPETに対する皮質脳代謝率(CMRGlc)を決定するための動脈と静脈サンプリングの間に優れた一致を見出した。その他の出版物43、44、45は、PETのための動脈、静脈、および画像由来の入力機能について詳しく説明する。

手動の血液サンプリングは、動脈か静脈かにかかわらず、スキャン中にスタッフがスキャナールームに入る必要があります。ほとんどのスキャナにはスキャナルーム用のRFインターロックがあり、MR画像に電磁干渉アーティファクトを引き起こさずにスキャン中にスタッフが部屋にアクセスできます。しかし、スキャン中に部屋に入るスタッフは、スタッフへの放射線被曝を増加させ、参加者の不快感を引き起こし、参加者の動きや認知タスクからの離脱を増加させる可能性があります。これらの要因は、必要に応じてサンプルの収集を奨励します。用量が投与されている間に5−10分ごとにサンプルを採取することは、ここで調べた3つのプロトコルから期待される低周波血液ダイナミクスを観察するのに十分である。しかし、このサンプリングレートは、高周波時間特性、特にボーラス投与後のピークの正確なサイズと形状を定量する能力を制限します。このような特性が重要な場合、自動採血装置の使用が有益である可能性があります。

最後に、従来のPETモデリング法は、静的イメージング(例えば、運動性、パトラク)のために開発されました。fPET データへのアプリケーションの数学モデルを更新するには、さらに多くの作業が必要です。

要約すると、この原稿は、16 sの解像度で、高時間分解能FDG-PETのためのFDGラジオトレーサ投与の代替方法を提示する。この時間的な解決は、文献の現在の標準と有利に比較されます。Hahn et al., Jamadar et al., および Villien et al.17,18,19,21レポート FDG-fPET 1分の解像度で、 Rischka et al.20はフレーム持続時間 12 s で安定した FDG-fPET 結果を達成しました。20/80%ボーラスプラス注入を使用して。ここで提示されるボーラス/注入プロトコルは、ボーラスのみおよび注入のみのプロトコルと比較して、最も長い期間の最も安定した信号を提供するように見える。

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Disclosures

著者は利益相反を宣言しない。資金源は、データの設計、収集、分析、および解釈には関与しませんでした。

Acknowledgments

ジャマダールは、オーストラリア研究評議会(ARC)ディスカバリー・アーリー・キャリア・リサーチャー・アワード(DECRA DE150100406)の支援を受けています。ジャマダール、ウォード、イーガンは、統合脳機能のためのARCセンター(CE114100007)によってサポートされています。チェンとリーは、レインウッド文化財団からの資金援助を受けています。

ジャマダール、ウォード、キャリー、マッキンタイアがプロトコルを設計しました。キャリー、マッキンタイア、ササン、ファロンがデータを収集した。ジャマダール、ウォード、パークス、ササンがデータを分析した。ジャマダール、ウォード、キャリー、マッキンタイアは原稿の最初の草稿を書いた。すべての著者は、最終版をレビューし、承認しました。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Blood Collection Equipment
--12-15 vacutainers Becton Dickinson, NJ USA 364880 Remain in sterile packaging until required to put blood in tube
--12-15 10mL LH blood collecting tubes Becton Dickinson 367526 Marked with the sample number (e.g., S1, S2…) and subsequently marked with the sample time (e.g., time 0 + x min [T0+x])
--2-15 10mL Terumo syringe Terumo Tokyo, Japan SS+10L These are drawn up on the day of the study and capped with the ampoule that contained the saline
-- pre-drawn 0.9% saline flushes Pfizer, NY, USA 61039117
--12-15 5mL Terumo syringes Terumo Tokyo, Japan SS+05S Remain in sterile packaging until ready to withdraw a blood sample
Safety & Waste Equipment All objects arranged on a plastic chair inside the scanner room on the same side as the arm from which the blood samples will be taken. Biohazard and non-biohazard waste bags to be used. Gloves and waste bags to be easily accessible when preparing the radioactivity in the dispensing area and when pipetting the plasma samples. Biohazard and non-biohazard waste bags to be used. All waste generated is checked with the Geiger counter to ensure that radioactive contaminated waste is stored until it is safe to be disposed of according to Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency (APRANSA) guidelines for Radiation protection series No.6 (2017).
-- Gloves Westlab, VIC, Australia 663-219
-- waste bags Austar Packaging, VIC, Australia YIW6090
--cello underpads ‘blueys’ Underpads 5 Ply Halyard Health, NSW, Australia 2765A
--Blue Sharpie pen Sharpie, TN, USA S30063
Dose Syringes Remain in sterile packaging until ready for use. All syringes used in this facility have an additional 20% volume capacity above the stated volume on the packaging. This is important for the 50mL syringe where the total capacity of 60mL is used
--5mL Terumo Tokyo, Japan SS+05S
-- 20mL Terumo Tokyo, Japan SS+20L
--50mL Terumo Tokyo, Japan SS*50LE
--1 Terumo 18-gauge needle Terumo Tokyo, Japan NN+1838R Remain in sterile packaging until ready to inject [18F]FDG into the saline bag
--100mL 0.9% saline bag Baxter Pharmaceutical, IL, USA AHB1307 Remain in sterile packaging until ready to inject [18F]FDG
Radiochemistry Lab Supplies
--Heraeus Megafuge 16 centrifuge; Rotor Bioshield 720 ThermoScientific MA, USA 75004230 Relative Centrifugal Force = 724 Our settings are 2000RPM for 5mins. Acceleration and deceleration curves set to 8
--Single well counter Laboratory Technologies, Inc. IL, USA 630-365-1000 Complete daily quality control (includes background count) and protocol set to 18F and 4mins. Cross calibration is performed between the well counter, dose calibrator and scanner on a bi-monthly basis.
--Pipette ISG Xacto, Vienna, Austria LI10434 We use a 100-1000 μL set to 1000μL. It is calibrated annually.
--12-15 plasma counting tubes Techno PLAS; SA Australia P10316SU Marked in the same manner as the LH blood tubes
--12-15 pipette tips Expell Capp, Denmark 5130140-1
--3 test tube racks Generic Checked with a Geiger counter to ensure there is no radiation contamination on them
--500mL volumetric flask and distilled water Generic Need approximately 500mL of distilled water to prepare the reference for gamma counting
--Synchronised clocks in scanner room, console and radiochemistry lab Generic Synchronisation checks are routinely completed in the facility on a weekly basis
--Haemoglobin Monitor EKF Diagnostic Cardiff, UK Haemo Control. 3000-0810-6801 Manufacturer recommended quality control performed before testing on participant’s blood sample.
--Glucometre Roche Accu-Chek 6870252001 Accu-Chek Performa is used to measure participant blood sugar levels in mmol/L. Quality control is performed daily using high and low concentration solution control test.
Cannulating Equipment Check expiry dates and train NMT to prepare aseptically for cannulation.
--Regulation tourniquet CBC Classic Kimetec GmBH K5020
--20, 22 and 24 gauge cannulas Braun, Melsungen Germany 4251644-03; 4251628-03; 4251601-03
--tegaderm dressings 3M, MN USA 1624W
--alcohol and chlorhexidine swabs Reynard Health Supplies, NSW Australia RHS408
--0.9% saline 10mL ampoules; for flushes Pfizer, NY, USA 61039117
--10mL syringes Terumo Tokyo, Japan SS+10L
--3-way tap Becton Dickinson Connecta 394600
--IV bung Safsite Braun PA USA 415068
--Optional extension tube, microbore extension set M Devices, Denmark IV054000
Scanner Room Equipment
--Siemens Biograph 3T mMR Siemens, Erlangen, Germany
--Portable lead barrier shield Gammasonics Custom-built MR-conditional lead barrier shield. Positioned at the 2000 Gauss line with the castors locked to provide additional shielding of the radioactivity connected to the infusion pump.
--Infusion pump BodyGuard 323 MR-conditional infusion pump Caesarea Medical Electronics 300-040XP MR-compatible. This model is cleared for use on 1.5 and 3T scanners at 2000 Gauss with castors locked.
--Infusion pump tubing Caesarea Medical Electronics 100-163X2YNKS Tubing is administration set with an anti-siphon valve and male luer lock (REF 100-163X2YNKS).
--Lead bricks Custom built Tested for ferromagnetic translational force
Other Equipment
--Syringe shields Biodex, NY USA Custom-built There is a 5mL tungsten syringe shield that is MR-safe, as well as a 50mL lead shield that has been tested for ferromagnetic attraction prior to use in the MR-PET scanner. It is used to transport the radioactive dose from the radiochemistry lab into the scanner to minimise radiation exposure to the NMT.
--Geiger counter Model 26-1 Integrated Frisker Ludlum Measurements, Inc. TX USA 48-4007 This is calibrated annually and used to monitor potential contamination and waste. It is not taken into the MR-PET scanner.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Heurling, K., et al. Quantitative positron emission tomography in brain research. Brain Research. 1670, 220-234 (2017).
  2. Chen, Z., et al. From simultaneous to synergistic MR-PET brain imaging: A review of hybrid MR-PET imaging methodologies. Human Brain Mapping. 39, (12), 5126-5144 (2018).
  3. Jones, T., Rabiner, E. A. The development, past achievements, and future directions of brain PET. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 32, (7), 1426-1454 (2012).
  4. Kety, S. S. Metabolism of the nervous system. Elsevier. 221-237 (1957).
  5. Sokoloff, L. The metabolism of the central nervous system in vivo. Handbook of Physiology, section I, neurophysiology. 3, 1843-1864 (1960).
  6. Harris, J. J., Jolivet, R., Attwell, D. Synaptic energy use and supply. Neuron. 75, (5), 762-777 (2012).
  7. Mosconi, L., et al. FDG-PET changes in brain glucose metabolism from normal cognition to pathologically verified Alzheimer's disease. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 36, (5), 811-822 (2009).
  8. Pagano, G., Niccolini, F., Politis, M. Current status of PET imaging in Huntington's disease. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 43, (6), 1171-1182 (2016).
  9. Petit-Taboue, M., Landeau, B., Desson, J., Desgranges, B., Baron, J. Effects of healthy aging on the regional cerebral metabolic rate of glucose assessed with statistical parametric mapping. Neuroimage. 7, (3), 176-184 (1998).
  10. Chugani, H. T., Phelps, M. E., Mazziotta, J. C. Positron emission tomography study of human brain functional development. Annals of Neurology. 22, (4), 487-497 (1987).
  11. Phelps, M. E., Mazziotta, J. C. Positron emission tomography: human brain function and biochemistry. Science. 228, (4701), 799-809 (1985).
  12. Zimmer, E. R., et al. [18 F] FDG PET signal is driven by astroglial glutamate transport. Nature Neuroscience. 20, (3), 393 (2017).
  13. Roberts, R. P., Hach, S., Tippett, L. J., Addis, D. R. The Simpson's paradox and fMRI: Similarities and differences between functional connectivity measures derived from within-subject and across-subject correlations. Neuroimage. 135, 1-15 (2016).
  14. Horwitz, B. The elusive concept of brain connectivity. Neuroimage. 19, (2), 466-470 (2003).
  15. Moses, W. W. Fundamental limits of spatial resolution in PET. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 648, S236-S240 (2011).
  16. Tomasi, D. G., et al. Dynamic brain glucose metabolism identifies anti-correlated cortical-cerebellar networks at rest. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 37, (12), 3659-3670 (2017).
  17. Hahn, A., et al. Quantification of task specific glucose metabolism with constant infusion of 18F-FDG. Journal of Nuclear Medicine. 57, (12), 1933-1940 (2016).
  18. Hahn, A., et al. Task-relevant brain networks identified with simultaneous PET/MR imaging of metabolism and connectivity. Brain Structure and Function. 223, (3), 1369-1378 (2018).
  19. Jamadar, S. D., et al. Simultaneous task-based BOLD-fMRI and [18-F] FDG functional PET for measurement of neuronal metabolism in the human visual cortex. Neuroimage. 189, 258-266 (2019).
  20. Rischka, L., et al. Reduced task durations in functional PET imaging with [18F] FDG approaching that of functional MRI. Neuroimage. 181, 323-330 (2018).
  21. Villien, M., et al. Dynamic functional imaging of brain glucose utilization using fPET-FDG. Neuroimage. 100, 192-199 (2014).
  22. Carson, R. E. PET physiological measurements using constant infusion. Nuclear Medicine and Biology. 27, (7), 657-660 (2000).
  23. Carson, R. E., et al. Comparison of bolus and infusion methods for receptor quantitation: application to [18F] cyclofoxy and positron emission tomography. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 13, (1), 24-42 (1993).
  24. National Health and Medical Research Council. National statement on ethical conduct in human research. (2007).
  25. Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency. Code of practice for the exposure of humans to ionizing radiation for research purposes. (2005).
  26. Jenkinson, M., Beckmann, C. F., Behrens, T. E., Woolrich, M. W., Smith, S. M. FSL. Neuroimage. 62, (2), 782-790 (2012).
  27. Tustison, N. J., et al. N4ITK: improved N3 bias correction. IEEE Transactions on Medical Imaging. 29, (6), 1310 (2010).
  28. Avants, B., Klein, A., Tustison, N., Woo, J., Gee, J. C. 16th Annual Meeting for the Organization of Human Brain Mapping. (2010).
  29. Avants, B. B., Epstein, C. L., Grossman, M., Gee, J. C. Symmetric diffeomorphic image registration with cross-correlation: evaluating automated labeling of elderly and neurodegenerative brain. Medical Image Analysis. 12, (1), 26-41 (2008).
  30. Klein, A., et al. Mindboggling morphometry of human brains. PLoS Computational Biology. 13, (2), e1005350 (2017).
  31. Tustison, N. J., et al. Large-scale evaluation of ANTs and FreeSurfer cortical thickness measurements. Neuroimage. 99, 166-179 (2014).
  32. Avants, B. B., et al. A reproducible evaluation of ANTs similarity metric performance in brain image registration. Neuroimage. 54, (3), 2033-2044 (2011).
  33. Burgos, N., et al. Attenuation correction synthesis for hybrid PET-MR scanners: application to brain studies. IEEE Transactions on Medical Imaging. 33, (12), 2332-2341 (2014).
  34. Panin, V. Y., Kehren, F., Michel, C., Casey, M. Fully 3-D PET reconstruction with system matrix derived from point source measurements. IEEE Transactions on Medical Imaging. 25, (7), 907-921 (2006).
  35. Jenkinson, M., Bannister, P., Brady, M., Smith, S. Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images. Neuroimage. 17, (2), 825-841 (2002).
  36. Bludau, S., et al. Cytoarchitecture, probability maps and functions of the human frontal pole. Neuroimage. 93, 260-275 (2014).
  37. Amunts, K., Malikovic, A., Mohlberg, H., Schormann, T., Zilles, K. Brodmann's areas 17 and 18 brought into stereotaxic space-where and how variable? Neuroimage. 11, (1), 66-84 (2000).
  38. Malikovic, A., et al. Cytoarchitectonic analysis of the human extrastriate cortex in the region of V5/MT+: a probabilistic, stereotaxic map of area hOc5. Cerebral Cortex. 17, (3), 562-574 (2006).
  39. Wilms, M., et al. Human V5/MT+: comparison of functional and cytoarchitectonic data. Anatomy and Embryology. 210, (5-6), 485-495 (2005).
  40. Eickhoff, S. B., Heim, S., Zilles, K., Amunts, K. Testing anatomically specified hypotheses in functional imaging using cytoarchitectonic maps. Neuroimage. 32, (2), 570-582 (2006).
  41. Eickhoff, S. B., et al. Assignment of functional activations to probabilistic cytoarchitectonic areas revisited. Neuroimage. 36, (3), 511-521 (2007).
  42. Eickhoff, S. B., et al. A new SPM toolbox for combining probabilistic cytoarchitectonic maps and functional imaging data. Neuroimage. 25, (4), 1325-1335 (2005).
  43. Everett, B. A., et al. Safety of radial arterial catheterization in PET research subjects. Journal of Nuclear Medicine. 50, (10), 1742-1742 (2009).
  44. Takagi, S., et al. Quantitative PET cerebral glucose metabolism estimates using a single non-arterialized venous-blood sample. Annals of Nuclear Medicine. 18, (4), 297-302 (2004).
  45. Zanotti-Fregonara, P., Chen, K., Liow, J. S., Fujita, M., Innis, R. B. Image-derived input function for brain PET studies: many challenges and few opportunities. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 31, (10), 1986-1998 (2011).
  46. O'Loughlin, S., Currie, G. M., Trifonovic, M., Kiat, H. Ambient temperature and cardiac accumulation of 18F-FDG. Journal of Nuclear Medicine Technology. 42, (3), 188-193 (2014).
ヒト脳の高時間分解能陽電子放射断層撮影のための放射線トレーサー投与:FDG-fPETへの応用
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Jamadar, S. D., Ward, P. G. D., Carey, A., McIntyre, R., Parkes, L., Sasan, D., Fallon, J., Orchard, E., Li, S., Chen, Z., Egan, G. F. Radiotracer Administration for High Temporal Resolution Positron Emission Tomography of the Human Brain: Application to FDG-fPET. J. Vis. Exp. (152), e60259, doi:10.3791/60259 (2019).More

Jamadar, S. D., Ward, P. G. D., Carey, A., McIntyre, R., Parkes, L., Sasan, D., Fallon, J., Orchard, E., Li, S., Chen, Z., Egan, G. F. Radiotracer Administration for High Temporal Resolution Positron Emission Tomography of the Human Brain: Application to FDG-fPET. J. Vis. Exp. (152), e60259, doi:10.3791/60259 (2019).

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