Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Radiotracer administrasjon for høy Temporal resolution positron utslipp tomografi av Human Brain: søknad til FDG-fPET

Published: October 22, 2019 doi: 10.3791/60259
Automatic Translation
1,2,3, 1,2,3, 1,4, 1,4, 1,3, 1, 1, 1,2,3, 1,5, 1,5, 1,2,3
1Monash Biomedical Imaging, Monash University, 2Australian Research Council Centre of Excellence for Integrative Brain Function, 3Turner Institute for Brain and Mental Health, Monash University, 4Department of Medical Imaging, Monash Health, 5Department of Electrical and Computer Systems Engineering, Monash University

Summary

Dette manuskriptet beskriver to radiotracer administrasjons protokoller for FDG-PET (konstant infusjon og bolus pluss infusjon) og sammenligner dem med bolus Administration. Timelige oppløsninger på 16 s er oppnåelig ved hjelp av disse protokollene.

Abstract

Funksjonell positron emisjon tomografi (fPET) gir en metode for å spore molekylære mål i den menneskelige hjerne. Med en radioaktivt glukose analog, 18F-FLUORDEOXYGLUCOSE (FDG-fPET), er det nå mulig å måle dynamikken i glukose metabolisme med timelige oppløsninger nærmer seg funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI). Denne direkte mål av glukose opptaket har enormt potensial for å forstå normal og unormal hjernefunksjon og undersøkelser virkningene av metabolske og nevrodegenerative sykdommer. Videre nye fremskritt i hybrid MR-PET maskinvare gjør det mulig å fange svingninger i glukose og blod oksygenering samtidig ved hjelp fMRI og FDG-fPET.

Den timelige oppløsningen og signal-til-støy av FDG-fPET bilder er kritisk avhengig av forvaltningen av radiotracer. Dette verket presenterer to alternative kontinuerlige infusjons protokoller og sammenligner dem med en tradisjonell bolus-tilnærming. Den presenterer en metode for å anskaffe blodprøver, tid-låsing PET, MRI, eksperimentell stimulans, og administrere den ikke-tradisjonelle Tracer levering. Ved hjelp av en visuell stimulans viser protokoll resultatene kortikale kart av glukose responsen til eksterne stimuli på et individuelt nivå med en midlertidig oppløsning på 16 s.

Introduction

Positron utslipps tomografi (PET) er en kraftig molekyl bildeteknikk som er mye brukt både i kliniske og forskningsmiljøer (se Heurling et al.1 for en nylig omfattende gjennomgang). Den molekylære mål som kan avbildet ved hjelp av kjæledyr er bare begrenset av tilgjengeligheten av radiotracers, og mange Bevegelsesuskarphet har blitt utviklet for å image neural metabolisme reseptorer, proteiner, og enzymer2,3. I nevrovitenskap, en av de mest brukte radiotracers er 18F-FLUORODEOXYGLUCOSE (FDG-pet), som måler glukose opptak, vanligvis tolket som en indeks av cerebral glukose metabolisme. Den menneskelige hjerne krever en konstant og pålitelig tilførsel av glukose for å tilfredsstille sine energi krav4,5, og 70-80% av cerebral glukose metabolisme brukes av neurons under Synaptic Transmission6. Endringer i cerebral glukose metabolisme antas å initiere og bidra til en rekke forhold, inkludert psykiatriske, nevrodegenerative, og iskemiske tilstander7,8,9. Videre, som FDG opptaket er proporsjonal med Synaptic aktivitet10,11,12, er det ansett som en mer direkte og mindre forvirret indeks over neuronal aktivitet i forhold til de mer brukte blod oksygenering nivå avhengig funksjonell magnetisk resonans imaging (BOLD-fMRI) respons. BOLD-fMRI er en indirekte indeks av nevrale aktivitet og tiltak endringer i deoxygenated hemoglobin som oppstår etter en kaskade av nevrovaskulære endringer etter neuronal aktivitet.

De fleste FDG-PET studier av den menneskelige hjerne erverve statiske bilder av cerebral glukose opptak. Deltakeren hviler stille i 10 minutter med øynene åpne i et mørkt rom. Den fulle radiotracer dosen administreres som en bolus over en periode på sekunder, og deltakeren hviler deretter i ytterligere 30 min. Etter opptaks perioden plasseres deltakerne i midten av PET-skanneren, og et kjæledyr bilde som reflekterer den kumulative FDG-fordelingen i løpet av opptaket og skannings periodene, anskaffes. Neuronal aktiviteten som indekseres av PET-bildet, representerer dermed det kumulative gjennomsnittet av all kognitiv aktivitet over opptak og skanne perioder, og er ikke spesifikk for kognitiv aktivitet under skanningen. Denne metoden har gitt stor innsikt i hjernens metabolisme av hjernen og neuronal funksjon. Men den timelige oppløsningen er lik skanningen varighet (ofte ~ 45 min, effektivt gir en statisk måling av glukose opptak; dette sammenligner ufordelaktig til neuronal respons under kognitive prosesser og vanlige eksperimenter i neuroimaging. På grunn av begrenset Temporal oppløsning, gir metoden en ikke-spesifikk indeks av glukose opptak (dvs. ikke låst til en oppgave eller kognitiv prosess) og kan ikke gi tiltak innenfor faget variasjon, noe som kan føre til feilaktige vitenskapelige konklusjoner på grunn til Simpson ' s Paradox13. Simpson ' s Paradox er et scenario, der hjernen-atferd relasjoner beregnet på tvers av er ikke nødvendigvis en indikasjon på de samme relasjonene testet innenfor-fag. Videre kan nylige forsøk på å anvende funksjonelle tilkoblings tiltak mot FDG-PET bare måle over-fag-tilkobling. Dermed kan forskjeller i tilkoblingsmuligheter bare sammenlignes mellom grupper og kan ikke beregnes for enkeltpersoner. Mens det er diskuteres hva nøyaktig over-faget tilkobling måler14, er det klart at tiltak beregnet på tvers av-men ikke innenfor-fag kan ikke brukes som en biomarkør for sykdom tilstander eller brukes til å undersøke kilden til individuelle variasjon.

I de siste fem årene, utvikling og bredere tilgjengelighet av klinisk-grade samtidige MRI-PET skannere har utløst fornyet forskning interesse i FDG-PET Imaging2 i kognitiv nevrovitenskap. Med denne utviklingen har forskerne fokusert på å forbedre den timelige oppløsningen til FDG-PET for å nærme seg standardene til BOLD-fMRI (~ 0,5 − 2,5 s). Note det det romlig resolution av DRISTIG-fMRI kanne adgang submillimeter resolusjoner bortsett fra det romlig resolution av FDG-PET er fundamentalt begrenset å i nærheten 0,54 mm i sin helhet bredde for halv maksimum (FWHM) på grunn av det positron omfang15. Dynamiske FDG-oppkjøp av kjæledyr, som ofte brukes klinisk, bruker administrasjonsmetoden for bolus og gjenoppbygger listemodus dataene i hyller. Den dynamiske FDG-PET-metoden gir en midlertidig løsning på rundt 100 s (f.eks. Tomasi et al.16). Denne er klare mange bedre sammenlignet med statisk FDG-PET tenkelig bortsett fra er ikke sammenlignbare å DRISTIG-fMRI. I tillegg kan vinduet der hjernens funksjon undersøkes er begrenset, fordi blodplasma konsentrasjonen av FDG avtar kort tid etter at BOLUS er administrert.

For å utvide dette eksperimentelle vinduet, en håndfull studier17,18,19,20,21 har tilpasset radiotracer infusjonsmetode tidligere foreslått av Carson22, 23på. I denne metoden, noen ganger beskrevet som "funksjonell FDG-PET" (FDG-f-pet, analogt til Bold-fMRI), radiotracer administreres som en konstant infusjon i løpet av hele PET Scan (~ 90 min). Målet med infusjons protokollen er å opprettholde en konstant plasma tilførsel av FDG for å spore dynamiske endringer i glukose opptaket over tid. I en konsept bevis studie brukte Villien et al.21 en konstant infusjons protokoll og samtidig MRI/FDG-f-kjæledyr til å vise dynamiske endringer i glukose opptaket som svar på sjakkbrett stimulering med en temporal oppløsning på 60 s. Etterfølgende studier ha anvendt denne metoden å viser oppgave-låst FDG-fpet (i.e., tid-låst å en ekstern stimulans19) og oppgave-i slekt FDG-fpet (i.e., ikke tid-låst å en ekstern stimulans17, 18) glukose opptak. Benytter disse metoder, FDG-fpet Temporal resolusjoner av 60 s ha blitt oppnådd, hvilke er en innholdsrik forbedring over bolus metoder. Foreløpige data viser at infusjons metoden kan gi timelige oppløsninger på 20 − 60 s19.

Til tross for de lovende resultatene fra den konstante infusjons metoden, viser plasma radioaktiviteten kurvene i disse studiene at infusjons metoden ikke er tilstrekkelig til å nå en stabil tilstand innenfor tidsrammen for en 90 min. Scan19,21. I tillegg til den konstante infusjons prosedyren, foreslo Carson22 også en hybrid bolus/infusjons prosedyre, hvor målet er å raskt nå likevekt i begynnelsen av skanningen, og deretter opprettholde plasma radioaktivitet nivåer på likevekt for varigheten av skanningen. Rischka et al.20 nylig brukt denne teknikken ved hjelp av en 20% bolus pluss 80% infusjon. Som forventet steg arteriell input-funksjonen raskt over Baseline-nivåer og ble opprettholdt til en høyere sats for en lengre tid, sammenlignet med resultater ved hjelp av en infusjons bare prosedyre19,21.

Dette papiret beskriver oppkjøpet protokollene for å anskaffe høy Temporal oppløsning FDG-fkjæledyr skanner ved hjelp av infusjon-bare og bolus/infusjon radiotracer administrasjon. Disse protokollene er utviklet for bruk i et samtidig MRI-PET-miljø med 90 − 95 min anskaffelsestid19. I protokollen, blodprøver er tatt å kvantifisere plasma serum radioaktivitet for påfølgende kvantifisering av PET bilder. Mens protokollen fokus er anvendelsen av infusjons metoder for funksjonell neuroimaging ved hjelp av BOLD-fMRI/FDG-fkjæledyr, disse metodene kan brukes til alle FDG-fkjæledyr studie uavhengig av om samtidig MRI, Bold-f Mr, beregnet tomografi (CT) eller andre neuroimages er ervervet. Figur 1 viser flytskjemaet til prosedyrene i denne protokollen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne protokollen har blitt gjennomgått og godkjent av Monash University Human Research etikk Committee (godkjenning nummer CF16/1108-2016000590) i samsvar med Australian National statement on etisk opptreden i Human Research24. Prosedyrer ble utviklet under veiledning av en akkreditert medisinsk fysiker, Nuclear Medicine tekniker, og klinisk radiographer. Forskere bør henvise til sine lokale eksperter og retningslinjer for administrasjon av ioniserende stråling hos mennesker.

1. nødvendig utstyr og personell

  1. Se materialfortegnelsen for skanner rommet, radiochemistry laboratoriet og generelt materiale. En kommersiell leverandør ble brukt til radiotracer.
  2. I det samtidige MRI-PET-miljøet, bruk fire personell: en radiographer (RG) for å kjøre skanningen, en kjernefysisk medisin tekniker (NMT) for å overvåke administrasjonen av radiotracer og oppkjøp av blodprøver, et laboratorium assistent (LA) for å spinne blod, og en forskningsassistent (RA) ansvarlig for å overvåke den eksperimentelle design og stimulans presentasjonen.

2. forberedelse

  1. Tracer dose forberedelse av NMT
    1. Beregn infusjons volumet som skal administreres i løpet av skanningen. I denne protokollen er infusjonshastigheten 0,01 mL/s over 95 min. Så, i en 95 min skanning, deltakerne får 0,01 mL/s x 60 s x 95 min = 57 mL.
    2. Beregn sporings dosen som skal fortynnes i den administrerte saltvanns oppløsningen. I denne protokollen, en total dose av 260 MBq administreres til deltakeren over 95 min. Denne dosen ble valgt for å begrense strålingseksponeringen til 4,9 mSv, for å holde deg innenfor "lav nivå risiko"-kategorisering i henhold til australske strålevern-og Atom sikkerhetsbyrå (ARPANSA)-retningslinjer for eksponering av mennesker til ioniserende stråling25. Decay korrekt 260 MBq fra midten av infusjons punktet (47,5 min.) tilbake til T0. Bruke Formel 1, løse for A0

      Der At er radioaktiviteten (MBq) på midten av timepoint av infusjonen, A0 er den første radioaktiviteten, og λ er den radioaktive forfallet konstant som er spesifikk for Tracer. For FDG er verdien av λ ≈ 0.693/T1/2. T1/2 er halveringstiden på 18F (110 min.).
      Merk: i dette eksempelet, At = 260 MBq, λ = 0.693/110, og t =-47,5, så A0 = 350,942 MBq.
    3. Beregn den nødvendige radiotracer dosen for 100 mL saltvann posen som skal brukes til å administrere dosen til deltakeren. Den påkrevde radiotracer for saltvanns posen er fortynnet til et total volum på 5 mL og trukket opp i en 5 mL sprøyte. Derfor, for 100 mL saltvanns pose, er fortynningsfaktoren volumet av saltvann (100 mL) i tillegg til 5 mL i sprøyten med radiotracer. Dette totale volumet på 105 mL er dividert med infusjons volumet på 57 mL (dvs. 105 mL/57 mL = 1,842). Så, er den totale radioaktiviteten i et volum på 5 mL som kreves for tillegg til 100 mL posen A0 x fortynningsfaktoren (dvs. 350,942 MBq x 1,842 = 646,44 MBq). Aseptisk legge radiotracer til saltvann posen.
      Merk: det er viktig å merke seg at den beregnede aktiviteten til 646,44 MBq som legges til saltvanns posen, er aktiviteten som kreves ved starten av infusjonen. Vanligvis er dosene for denne protokollen klargjort mellom 15 min til 1 time før administrering. Derfor er det viktig å faktor i forfallet av radioisotop. Formel 1 i 2.1.2. kan brukes til å gjøre rede for dette, hvor tid (t) er det totale antall minutter fra utarbeidelse av dosen til når aktiviteten skal administreres, At = 646,44 MBq, ved å løse for A0.
    4. Klargjør priming dosen. Trekk 20 mL ut av posen inn i en sprøyte og lokk den. Kalibrer denne sprøyten og etiketten på 20 mL. Sprøyten kalibreres som en referanse sjekk for å sikre at radioaktiviteten er jevnt fordelt i saltvanns posen.
    5. Klargjør dosen. Bruk en 50 mL sprøyte, trekk 60 mL ut av posen og hetten med en rød Combi-propp. Denne sprøyten er ikke kalibrert, da konsentrasjonen av radioaktiviteten er kjent fra den tiden den ble tilsatt i saltvanns posen (trinn 2.1.3). Oppbevar begge sprøyter i radiochemistry laboratoriet til du er klar til å skanne.
      Merk: det er mulig å tegne et 60 mL volum i en 50 mL sprøyte, fordi TERUMO sprøyter er merket med 20% over det merkede volumet (dvs. en 50 mL sprøyte er merket til 60 mL).
    6. Klargjør referanse dosen. Fyll en 500 mL volum kolbe med ca. 480 mL destillert vann. Tegn opp 10 MBq av 18F-FDG i en sprøyte, forfall-korrigert til skanningen starttid (ved hjelp av ligning 1) og legge den til flasken. Topp volumet opp til 500 mL merket med mer destillert vann og bland godt. Fest etiketter før og etter kalibrering for sprøyten.
  2. Scanner Room forberedelse av NMT
    1. Når deltakeren er plassert i skanneren, er det svært lite rom for å manipulere eller berge linjen for infusjon eller blodprøver hvis blokkering oppstår. Klargjør skanner rommet for å minimere muligheten for linje blokkering.
    2. Sørg for at alt blodprøvetakings utstyr er innenfor rekkevidde av innsamlingsstedet. Plasser underpads på slutten av kanyle og på alle overflater som vil holde blod beholdere. Plasser hyller for vanlig avfall og biologisk farlige avfall innen rekkevidde av blod innsamlingsstedet.
  3. Infusjon pumpe forberedelse av NMT
    1. Sett opp infusjons pumpen i skannerens rom på siden som skal kobles til deltakeren. Bygg bly klosser rundt bunnen av pumpen og plasser bly skjoldet foran pumpen. Koble slangen til infusjons pumpen som leverer infusjonen til deltakeren, og kontroller at riktig infusjonshastighet er angitt. For denne protokollen er satsen 0,01 mL/s.
    2. Før den kobles til deltakerens kanyle. Koble den 20 mL priming dosen til infusjons pumpen. På enden av slangen som skal kobles til deltakeren, fest en tre-veis trykk og en tom 20 mL sprøyte. Pass på at kranen er plassert slik at 18F-FDG-løsningen kan flyte fra priming dosen gjennom slangen og kun samle inn i den tomme sprøyten.
    3. Forhåndsinnstilt infusjons pumpen til å prime et volum på 15 mL. Velg Prime -knappen på pumpen og følg instruksjonene for å prime linjen.
    4. Fest 50 mL dose sprøyten til infusjons pumpen i stedet for priming dosen. Den 15 mL primet dose på tre-veis trykk kan forbli der til deltakeren er klar til å være koblet til pumpen.
  4. Deltaker forberedelse av NMT, RA, og RG
    1. Råder deltakerne til å faste for 6 timer, og å konsumere bare vann (ca to glass), før skanningen.
    2. Få RA til å gjennomføre samtykke prosedyrene og innhente ytterligere tiltak (f.eks. demografiske undersøkelser, kognitive batterier osv.). Har NMT og RG gjennomføre sikkerhetsskjermer, den NMT vurdering sikkerhet for PET skanning (f. eks, utelukkelse for graviditet, diabetes, kjemoterapi eller strålebehandling i de foregående 8 uker, og kjente allergier), og RG vurdere deltakeren sikkerhet for MRI skanning (f. eks utestenging for graviditet, medisinske eller ikke-medisinske metalliske implantater, ikke-flyttbare tannimplantater, klaustrofobi).
    3. Kannelerer deltakeren.
      1. Bruk to kanyler: en for dose administrasjon og den andre for blod prøvetaking. Den mest hensiktsmessige kanyle varierer på tvers av deltakere, men den mest egnede vene bør reserveres for blod samling. En 22 G kanyle er den foretrukne minimumsstørrelsen. Samle en 10 mL Baseline blodprøve mens cannulating. Koble fra alle saltvanns tømmer under trykk for å opprettholde patency av linjen.
      2. Test deltakerens blodsukkernivå og andre Baseline blod tiltak (for eksempel hemoglobin) fra Baseline prøven.
  5. Deltaker posisjonering i skanneren av RG og NMT
    1. Har RG posisjon deltakeren i skanneren bar. For lange skanninger, er det viktig å sørge for komfort for å redusere risikoen for at deltakeren faller ut og bevegelses gjenstand på grunn av ubehag. Deltakeren skal være dekket med et en gangs teppe for å opprettholde en behagelig kroppstemperatur.
    2. Har NMT skylle kanyle for å sikre at det er patent med minimal motstand før du kobler infusjons linjen. Når du er tilkoblet, kan slangen være lett tapet nær håndleddet. Instruere deltakeren til å holde armen rettet. Bruk støtter som skum eller puter for komfort. Har NMT også sjekke kanyle som skal brukes for plasmaprøver for å sikre at den er i stand til å ta ut blod med minimal motstand. Det kan være nødvendig å koble et forlengelsesrør primet med vanlig saltvann for å gjøre kanyle mer tilgjengelig mens deltakeren er i skanneren. Hvis dette er nødvendig, bør det sjekkes for lekkasjer.
    3. Når motivet er i skanneren bar, har NMT sjekke at de har egnet tilgang til begge kanyler.
    4. Har NMT varsle RG og RA hvis det er noen problemer med blodprøvetakings kanyle, infusjon kanyle, eller infusjon pumpen (f. eks, okklusjon, batteri, Ekstravasasjon) når som helst under skanningen.

3. Skann deltakeren

  1. Starte skanningen med NMT, RG, og RA
    1. Ved starten av skanningen, situate den NMT i skanneren rommet for å overvåke infusjons utstyr. Sørg for at NMT er iført Hørselvern og bruke barriere skjoldet for å minimere stråling eksponering fra dosen der det er mulig.
    2. Som RG utfører localizer skanningen for å sikre at deltakeren er i riktig posisjon, sjekk detaljene for PET oppkjøpet (for eksempel skanne varighet, liste-modus datainnsamling, riktig isotop).
    3. Utform protokollen slik at PET-oppkjøpet starter med den første MRI-sekvensen. RG forbereder og starter MRI-sekvensen. Starttiden for 95 min PET-oppkjøpet er tids låst til starten av MRI-sekvensen. Hvis det er nødvendig, bør NMT levere bolus på tidspunktet for PET oppkjøpet (figur 1).
    4. Start infusjons pumpen. Den RG bør signalisere NMT (f. eks via en tommelen opp skilt) for å starte pumpen 30 s etter starten av PET oppkjøpet. Denne protokollen starter infusjons pumpen 30 s etter skanningen starttid for å gi en sikkerhets buffer i tilfelle av skanning feil. Dette sikrer også at det første bildet tatt under PET Scan indekserer hjernen før radiotracer administrasjon for fullstendig tid aktivitet kurve datainnsamling. Har NMT observere pumpen for å sikre at det har begynt å sette mot de 18F-FDG og at det ikke er umiddelbar okklusjon av linjen.
    5. Få RA til å initiere en ekstern stimulans til avtalt tid (dvs. ved starten av en funksjonell løpe/eksperimentell blokk) og beregne tiden for blodprøver. Et eksempel på et oppføringsskjema vises i tillegg 1. Har RA beregne anslått tid for hver blodprøve og gi Kopier til NMT og Lab Assistant (LA). Har RA sikre at NMT tar blodprøver på omtrent riktig tid, og overvåker utstyr (for eksempel infusjon pumpe, stimulans) for noen tegn på feil.
  2. Ta blodprøver ved regelmessige tidsintervaller
    1. Har NMT og RA ta en prøve hver 10 min. Det er vanligvis 10 prøver totalt, ikke inkludert Baseline prøven.
    2. Hvis anskaffe MRI skanner samtidig med PET skanner, har NMT slitasje Hørselvern når du går inn i skanneren rommet.
    3. Har NMT slitasje hansker og serviett tuppen av kanyle ren. Mens kanyle nettstedet tørker, åpne en 5 mL og en 10 mL sprøyte, vacutainer, og en 10 mL saltvann flush.
    4. Bruk sprøyten på 5 mL, trekk ut 4-5 mL friskt blod og kast sprøyten i farlig biologisk avfall.
    5. Bruk sprøyten på 10 mL, og ta opp til 10 mL blod. Volumet kan begrenses av hvor lett blodet kan trekkes tilbake. Det er viktig å minimere eventuelle motstand senere forårsaker skade på de røde blodcellene som kan hemolyze. På midcollection punktet, har NMT signal til RA, som vil markere denne gangen på posten form (supplement 1) som "faktiske" tid av prøven.
    6. Koble 10 mL sprøyte til vacutainer og deretter sette blodet inn i den aktuelle blod slangen.
    7. Skyll raskt kanyle med 10 mL saltvann, frakoblet under trykk, for å minimere enhver sjanse for linje blodpropp.
    8. Umiddelbart ta blodprøve til radiochemistry laboratoriet for analyse.
  3. Spinning blodet ved LA
    1. Få LA alt utstyret være klart (tabell 1) og bruk hansker. Har tre stativer fastsatt for prøvene: en for blod rør, en for pipettering prøven, og en for fylte Pipet tert prøver (pre-og post-telling).
      1. LA med jevne mellomrom skifte hansker gjennom hele prosedyren, spesielt ved håndtering av telle røret. Hvis LA har en radioaktiv plasma forurensning på hanskene, kan den overføres til telle røret og spuriously øke antall registrerte tellinger av prøven.
    2. Blodprøven kan plasseres i sentrifuge som tilgjengeligheten av bemanning ressurser tillater, fordi den tiden at Blodprøven ble tatt, og den tiden det ble regnet ble notert. Spinn alle prøvene på en relativ sentrifugalkraft på 724 x g. Den sentrifuger innstillingene som brukes for denne protokollen er 2 000 RPM for 5 min med akselerasjon og retardasjon kurver satt til åtte.
    3. Når prøven er spunnet, plasser røret i pipettering rack. Fjern rør lokket for å ikke forstyrre prøve separasjon. Plasser et merket telle rør i stativet. Etiketten skal tilsvare blod slangen.
    4. Sørg for at tuppen er forsvarlig festet til pipette. Ha en serviett klar for eventuelle drypper. Stadig Pipetter 1 000 μL av plasma fra blod slangen, overføres til telle røret og erstatter lokkene på telle røret og blod slangen.
    5. Plasser telle røret i brønn telleren og Tell i 4 min. Registrer telle starttiden på post arket (' måle tid ') for hver prøve. Dette er nødvendig for senere korrigeringer til starttidspunktet for PET-oppkjøpet. På senere tidspunkt poeng under skanningen, har LA utføre hvert trinn i rask rekkefølge for å unngå en mengde prøver.
    6. Avfallshåndtering av blodprodukter i Biohazard poser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Studie spesifikke metoder
Her rapporteres studie spesifikke detaljer for de representative resultatene. Disse detaljene er ikke avgjørende for prosedyren og vil variere på tvers av studiene.

Deltakere og oppgave design
Deltakere (n = 3, tabell 2) gjennomgikk en samtidig Bold-fMRI/FDG-fdyre studie. Ettersom dette manuskriptet fokuserer på DYRE anskaffelses protokollen, rapporteres ikke MRI-resultater. Deltakerne fikk 260 MBq av 18F-FDG i løpet av en 95 min skanning. Deltaker 1 mottok hele dosen som en bolus ved starten av skanningen. Deltaker 2 mottok dosen i en infusjons protokoll. Deltaker 3 fikk samme dose med en hybrid 50% bolus pluss 50% infusjon. For både infusjons-og bolus/infusjons protokoller var infusjons varigheten 50 min.

Oppgaven ble presentert i en innebygd blokk utforming (figur 2)19. Denne designen ble tidligere vist å gi samtidig kontrast for oppgave-fremkalt BOLD-fMr og FDG-fpet data. Kort, oppgaven vekslet mellom 640 s blinkende sjakkbrett blokker og 320 s resten blokker. Denne langsom veksling skaffer FDG-fpet kontrasten. Disse timing parametrene ble inngått på første nivå generelle lineære modeller under analysen. Innenfor 640 s sjakkbrett blokker, sjakkbrett og hvileperioder vekslet med en hastighet på 20 s på/20 s off. Denne rask veksling, hvilke er suite å DRISTIG-fMRI, ville forhåpentlig være DETECTIBLE med FDG-fpet med fremtid analyse og rekonstruksjon avanserer. I denne protokollen, var hvileperioder med øynene åpne, fiksert på et kors sentralt presentert på skjermen.

Bilde anskaffelse og-behandling
MR og PET bilder ble kjøpt på en Siemens 3T Biograph mMR. PET data var ervervet inne liste måte. Mr-og PET-skanninger ble anskaffet i følgende rekkefølge (detaljer gitt kun for bilder som er relevante for det nåværende manuskriptet): (i) T1-vektet 3D MPRAGE (TA = 7,01 min, TR = 1 640 MS, TE = 2,34 MS, flip Angle = 8 °, FOV = 256 x 256 mm2, Voxel størrelse = 1 x 1 x 1 mm < c 2 > 3, 176 skiver, sagittal oppkjøp; (II) T2-vektet FLAIR (TA = 5,52 min); (III) QSM (TA = 6,86 min); (IV) graderings felt kart TA = 1,03 min; (v) MR demping korreksjon Dixon (TA = 0,39 min, TR = 4,1 MS, TEi fase = 2,5 MS, teut fase = 1,3 MS, flip vinkel = 10 °); (vi) T2 *-vektet ekko-Planar bilder (EPIs) (TA = 90,09 min), P-A fase korreksjon (TA = 0,36 min); (VII) UTE (TA = 1,96 min). Utbruddet av PET oppkjøpet var låst til utbruddet av T2 * EPIs.

T1-vektet strukturelle bilder ble halsen-beskjæres ved hjelp FSL-robustfov26, bias korrigert ved hjelp av N427, og hjernen utvinnes med maur28,29 med Oasis-20 maler30,31. T1-vektet bilder var ikke-lineært normalisert til en 2 mm MNI mal ved hjelp av ANTs32 med standard parametersett definert av antsRegistrationSyN.sh.

Dette manuskriptet undersøkte dynamiske FDG-fPET resultater med bin størrelse 16 s. Alle data ble rekonstruert frakoblet ved hjelp av Siemens Syngo E11p og korrigert for demping ved hjelp av pseudoCT33. Den ordinære Poisson-bestilte delsettet forventning maksimering (OP-AEROPOSTALE) algoritme med punkt spredning funksjon (PSF) modellering34 ble brukt med tre gjentakelser, 21 delsett, og 344 x 344 x 127 (Voxel størrelse: 2,09 x 2,09 x 2,03 mm3) rekonstruksjon størrelsen på matrisen. En 5 mm 3D Gaussian post-filtrering ble brukt til den endelige rekonstruert bilder.

Omstilling ble utført på de dynamiske FDG-fPET-bildene ved hjelp av FSL MCFLIRT35. En mener FDG-PET bildet ble avledet fra hele dynamiske timeseries og stivt normalisert til den enkeltes høy oppløsning T1-vektet bilde ved hjelp av avanserte normalisering verktøy (ANT)32. Den dynamiske FDG-fPET bilder ble deretter normalisert til MNI plass ved hjelp av stive transformere i kombinasjon med den ikke-lineære T1 til MNI Warp.

Første nivå generelle lineære modeller ble anslått ved hjelp SPM12 (Wellcome Centre for Human neuroimaging) med hendelsen tid-kurs (sjakkbrett på, fiksering) modellert som effekten av interesse. Gjennomsnittlig opptak over et kontroll område, frontopolar cortex (venstre og høyre FP1/236), ble inkludert som en kovariat. Modellen inkluderte ikke global normalisering, høypassfilter, convolution med hemodynamisk respons, autoregressive modell eller maskerings terskel. En eksplisitt maske av den visuelle cortex i hOC1 − 5 (venstre og høyre hOC1, 2, 3D, 3V, 4d, 4la4lp, 4V, 537,38,39; Spm Anatomy Toolbox v 2.2 b40,41,42) ble inkludert i modellen for å begrense modellen estimering til regioner av interesse (ROI). I det kliniske miljøet, er flere regioner analysert ved hjelp av hjernen Atlas. T kontraster ble brukt til å anslå parameter kart av den enkelte-nivå aktivitet, rikelig thresholded på p = 0,1 (uncorrected), k = 50 voxels. Resultatene for hver enkelt er også vist på flere terskler i supplement 2.

Plasma radioaktivitet konsentrasjon resultater
Plasma radioaktiviteten konsentrasjon kurve for hver deltaker er gitt i Figur 3. Den største maksimale plasma radioaktiviteten konsentrasjon (3,67 kBq/mL) ble innhentet ved bruk av bolus-metoden. Visuell inspeksjon av Figur 3 viser at toppen skjer i løpet av de første 10 min av protokollen, og konsentrasjonen synker etterpå. Merk at protokoller som bruker arteriell eller automatisert prøvetaking med en hastighet på mindre enn 1 min vil sannsynligvis finne en maksimal Plasmakonsentrasjon i løpet av første minutt. Forsinkelsen her er fordi den første Blodprøven ble tatt på 5 min post-bolus. Ved slutten av opptaks perioden var plasma radioaktiviteten 35% av toppen (1,28 kBq/mL). Den infusjons bare protokollen nådde maksimum (2,22 kBq/mL) ved 50 min., slutten av infusjonsperioden. Ved slutten av opptaks perioden ble konsentrasjonen opprettholdt ved 68% av sitt høydepunkt (1,52 kBq/mL). I likhet med den bolus-protokollen, nådde bolus/infusjons protokollen sin maksimale plasma radioaktivitet konsentrasjon (2,77 kBq/mL) i løpet av de første 5 min. Ved slutten av opptaks perioden, var bolus/infusjon konsentrasjon på 53% av toppen (1,49 kBq/mL).

Kvalitativt nivå av plasma radioaktivitet ble opprettholdt for den lengste varigheten av bolus/infusjons protokollen. Både infusjons-og bolus/infusjons protokoller viser en tydelig reduksjon i radioaktivitet når infusjonsperioden slutter (50 min.). Visuelt sammenlikne bolus-og bolus/infusjons protokoller, plasma radioaktivitet var mindre i bolus-bare kontra bolus/infusjon med 40 min etter injeksjon. Kritisk var plasma radioaktiviteten minimal variert i en periode på ca. 40 min i bolus/infusjons protokollen. I kontrast, verken infusjon-bare eller bolus bare protokollen viser en kvalitativt vedvarende periode med konsistent aktivitet.

Resultater av PET-signal
Individuelle nivå parameter kart fra den generelle lineære modellen, PET signal og GLM montert respons, og feil er vist i Figur 4. Parameter kart vises også med ulike statistiske terskler i tillegg 2.

Figur 4II viser kjæledyr signalet over skanne perioden (dvs. på tvers av stimulering og hvileperioder) i den bilaterale visuelle cortex (hOC1 − 5) og i kontrollområdet (frontal Pol, FP1/2) for de tre administrasjons protokollene. Kvalitativt viste bolus/infusjon deltakeren klarere forskjeller mellom ROIs, sammenlignet med bolus-bare og infusjon bare deltakere. For bolus/infusjons protokollen viste frontopolar ROI den høyeste bilde intensiteten, med lavest for hOC4. For deltakeren som bare bolus, var det en lignende trend, med hOC5 og FP1/2 som viser den høyeste intensiteten, med hOC4 som viser lavest. For den infusjon bare deltaker, den FP1/2 og høyre hOC5 viste den høyeste intensitet, med liten forskjell mellom de resterende ROIs.

Visuell inspeksjon av Figur 4II antyder at det i protokollen kun BOLUS er en kraftig økning i signalet etter bolus. Stigningstallet for opptaket er relativt raskt i de neste 20 − 30 min, men hastigheten på opptaket avtar i resten av måleperioden. I bolus/infusjons protokollen er det en kraftig økning i opptaket ved starten av skanningen som er av mindre størrelse enn i protokollen som bare bolus, og opptaket fortsetter med en forholdsvis raskere hastighet i løpet av skanningen. Ved slutten av opptaks perioden viser bolus/infusjons protokollen et større opptak enn den bolus-protokollen. Til sammenligning viser den infusjons bare protokollen lavt signal for de første 40 min av skanningen, og topp opptaket er vesentlig lavere enn den bolus-Only eller bolus/infusjons protokollen. Opptaket er raskest i første ~ 50 min av skanningen og bremser for resten av innspillingen perioden.

Parameter kart og tilpassede svarresultater
Figur 4jeg viser det individ-plan flate T kart for det tre administrasjon protokoller. Figur 4III viser den generelle lineære modellen montert respons og feil på toppen Voxel for hvert emne. Merk at for infusjons protokollen (Figur 4regning) er skalaen større enn for protokollene bare bolus og bolus/infusjon. Videre, for infusjon bare protokollen, signalet under den første hvile blokken var nær null, som svært lite av Tracer hadde blitt administrert i løpet av den tiden, og den generelle lineære modellen estimering mislyktes når du vurderer denne blokken. Dermed ble den generelle lineære modellen estimert for denne deltakeren som starter med den første oppgaveblokken, og det monterte svaret vises fra begynnelsen av den første sjakkbrett perioden.

For å visualisere aktivitets effektene over tid ble tids kurs dataene for hvert emne pakket ut (første eigenvariate), og den inverse av variasjonskoeffisienten (gjennomsnitt/standardavvik) ble beregnet for hver blokk. Den inverse av koeffisient av variasjon tilnærmet signal-til-støy-forhold. Som det kan ses fra figur 5, økte signalet omtrent lineært over opptaks perioden for de tre protokollene. Stigningstallet for linjen var høyest for infusjons protokollen (m = 2,794), middels for bolus (1,377) og minst for bolus/infusjons protokollen (1,159).

Figure 1
Figur 1: flytskjema for prosedyrer for FDG-fPET eksperimenter. Topp: prosedyrer for prescreening av deltakere før studie rekruttering. Bunn: prosedyrer for bare bolus (venstre), infusjons bare (i midten) og bolus/infusjon (høyre) protokoller. Den ansatte som er ansvarlig for hver prosedyre, er listet opp i parentes. Seksjons identifikatorer referer til avsnittene i teksten der prosedyren beskrives. * EKSKL indikerer tidspunkter når deltakerne kan bli ekskludert, enten for MR eller PET skanning inkompatibilitet, eller ikke møte studie oppføring krav (for eksempel kognitive og psykologiske krav). NMT = kjernefysisk medisin tekniker, RA = forskningsassistent, RG = Radiographer, LA = Lab Assistant. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: timing parametre og anslått plasma radioaktivitet fra de tre protokollene. Røde, grønne og blå spor representerer henholdsvis hypotetisk gjennomsnitt plasma radioaktivitet kurver for bolus, infusjon, og bolus/infusjons protokoller. Merk at disse sporene kun er veiledende. Se Figur 3 for innhentet plasma radioaktivitet kurver. Tids målings parametrene legges oppå for å vise den relative tidsberegningen for aktiviteten i forhold til forventet plasma radioaktivitet. Den innebygde blokk design (Jamadar et al. 201919) har en langsom veksling (10/5 min) mellom sjakkbrett stimulering og øyne-åpen hvile. Innebygd i "på" blokkene er en rask vekslende (20 s) på/av-design. Den langsomme vekslingen gir FDG-fPET kontrast. Den raske vekslingen gir BOLD-fMRI kontrast. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: plasma radioaktivitet kurver for de tre deltakerne. Decay ble korrigert til den tid da blodet ble samplet. Pilen indikerer opphør av infusjon for infusjons-bare og bolus/infusjon protokoller. Tiden er på minutter. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: individuelle nivå parameter kart fra den generelle lineære modellen, pet signal, og GLM montert respons og feil. (i) individuelle-Level statistisk parameter (T) kart for hver av de tre fagene, thresholded på p (uncorrected) < 0,1, k = 50 voxels. (II) pet signal på tvers av den visuelle cortex i regioner av interesse: fem occipital (venstre og høyre HOC1, hOC2, gjennomsnittlig hOC3d/3V, gjennomsnittlig 4d/4la/4lp/4V, hOC5) og frontal (venstre og høyre gjennomsnittlig FP1/2) kontrollområder. Legg merke til at de venstre regionene vises i heltrukne linjer, høyre områder vist i prikkede linjer. (III) modell passform og feil over tid for toppen av aktiviteten i hvert. Pilen viser slutten på infusjonsperioden. (Aiii) bolus-bare topp aktivitet MNI-koordinat (-24,-100, 12), T = 4,07; infusjon-bare (regning) peak aktivitet MNI koordinat (10,-86, 12), T = 4,25; bolus/infusjon peak aktivitet koordinat (26,-65,-10), T = 5,17. Vær oppmerksom på at for den infusjons protokollen kan modellen ikke anslås for første hvileperiode på grunn av et svært lavt signal. Legg også merke til større skala for protokollen som bare kan infusjon, sammenlignet med protokollene bare bolus og bolus/infusjon. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: signal til støyforhold over opptaks perioden. Plottet viser den inverse av koeffisient av variasjon (Mean/SD) av den første eigenvariate av aktiviteten innenfor peak Voxel i hver sjakkbrett blokk. SD = standardavvik. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Deltaker 1 Deltaker 2 Deltaker 3
Administrasjons protokoll bare bolus kun infusjon bolus/infusjon
Alder (år) 18 19 19
sex F M F
Håndbruk R R R
År med utdanning 12 14 14
Gjeldende akse I psykiatrisk sykdom Ingen Ingen Ingen
Historien om hjerte-og karsykdommer Ingen Ingen Ingen
Regelmessig medisinering Ingen Ingen Ingen

Tabell 1: demografisk informasjon for de tre deltakerne.

Tillegg 1: eksempel på deltaker oppføringsskjema. I denne protokollen, er RA ansvarlig for å registrere tidspunktet for bolus og infusjon start og beregning av tidspunktet for blodprøver. Den RA deretter gir kopier av dette skjemaet til NMT og LA. Under eksperimentet, tar RA opp tidene som prøvene ble tatt for senere forfall korreksjon. LA registrerer tidspunktet for målingen og målingsverdiene i inndelingen notater. Vennligst klikk her for å se denne filen (Høyreklikk for å laste ned).

Tillegg 2: variasjon i statistiske parameter kart med ulike statistiske terskler. Resultatene er presentert i skiver på en rekke terskler fra p = 1,0 til FWE p < 0,05. Vennligst klikk her for å se denne filen (Høyreklikk for å laste ned).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

FDG-PET er en kraftfull tenkelig teknologi som måler glukose opptak, en indeks av cerebral glukose metabolisme. Hittil mest nevrovitenskap studier med FDG-PET bruker en tradisjonell bolus administrasjon tilnærming, med en statisk bildeoppløsning som representerer integrert av all metabolsk aktivitet i løpet av skanningen2. Dette manuskriptet beskriver to alternative radiotracer administrasjons protokoller: kun infusjon (f.eks. Villien et al., Jamadar et al.19,21) og hybrid bolus/infusjon (f.eks. Rischka et al.20) protokoller. De tre protokollene viste en temporal oppløsning på 16 s, tid-låst til en stimulans, på den enkelte nivå.

Det kritiske punktet i metoden er starten på skannings protokollen. På dette punktet, må begynnelsen av PET oppkjøpet være tid-låst til begynnelsen av BOLD-fMRI sekvens (Hvis du bruker samtidig MR-PET), samt starten på stimulans presentasjonen. Stimulans onsets og varigheter må kunne låses til utbruddet av skanningen for første nivå modellene. I protokollen som bare kan bolus, skal bolus leveres i begynnelsen av PET-oppkjøpet for å fange opp topp signalet (Figur 4). I protokollen med kun infusjon bør begynnelsen av infusjonen låses til PET-oppkjøpet for å sikre nøyaktig modellering av opptaket på første nivå. I bolus/infusjons protokollen bør bolus være tid-låst til PET-oppkjøpet, med infusjon som starter på en kjent, kort periode, etter bolus. For at prosedyrene skal flyte riktig innenfor denne korte tidsperioden, bør hver av de ansatte (NMT, RG, RA) være tilstrekkelig forberedt før starten av skanningen (figur 1). ' Kle prøvene ' anbefales å koreografere tidspunktet for dette kritiske stadiet.

Til dags dato har omtrent 60 forsøkspersoner blitt testet ved hjelp av en av disse protokollene i laboratoriet vårt (det største tallet ved hjelp av protokollen som bare brukes som infusjon). Det er to vanlige årsaker til slitasje eller oppkjøp svikt. (1) forskerne er ikke i stand til å kannelerer deltakeren på grunn av vanskeligheter med å finne årer. For å møte dette, må alle deltakerne drikke minst to glass vann før skanningen. Hvis bare én kanyle kan oppnås, utelates blodprøver for den deltakeren. (2) deltakerne kan ikke fullføre skanningen. I motsetning til MRI kan ikke PET-oppkjøpet stanses midlertidig og startes på nytt. Den vanligste årsakene til in-Scan deltaker tilbaketrekning skyldes toalett pauser og problemer med termisk regulering. Deltakerne har rapportert at kravet om å konsumere vann før skanningen øker behovet for å urinere. Således, alle deltakere er krevde å gjøre så tidligere å skanning. Deltakerne har også rapportert at infusjon av Tracer forlater dem følelsen veldig kaldt, og skjelving utløses i noen mennesker. Tidligere studier har vist at omgivelsestemperaturen kan påvirke artefactual aktivitet i FDG-PET skanner46. Dette problemet løses ved å bruke et en gangs teppe for alle deltakere under skanningen.

Resultatene vises på det individuelle emne nivået for de tre administrasjons protokollene. Som forventet var konsentrasjonen av blodplasma radioaktivitet (Figur 3) den største toppen for protokollen som bare bolus, men den mest vedvarende radioaktiviteten ble innhentet i bolus/infusjons protokollen. Plasmakonsentrasjonen var lavest for infusjons protokollen. For både infusjons-og bolus/infusjons protokollene ble konsentrasjonen redusert da infusjonen opphørte. PET signal vannrett det ROIs (skikkelsen 4bii) viste det største signalet i bolus/infusjons protokollen. Denne deltakeren viste også den klareste forskjellen mellom ROIs. Kvalitativt, det PET signal var svekke inne det infusjon-bare protokollen. Det er mulig at infusjonen bare protokollen vil gi bedre resultater i et lengre eksperiment (> 50 min). Men dette vil trolig øke frekvensen av deltakeren slitasje. I de generelle lineære modellene på første nivå var modell feil mye større i den infusjons bare protokollen sammenlignet med protokollene bare bolus og bolus/infusjons protokoller (Figur 4III). Signal-til-støy under oppgave periodene (figur 5) foreslo at det mest stabile signalet over opptaks perioden ble innhentet ved hjelp av bolus/infusjons protokollen. Videre studier er nødvendig for å avgjøre om disse effektene er opprettholdt i en større prøve.

fPET er en relativt ny metoden (for det første offentliggjort av Villien et al.21), og informasjonen er relativt innviklet å erverve sammenlignet med tradisjonell neuroimaging tilnærmelser like statisk pet og MRI/fMRI. Dermed er det betydelig rom for forbedring for datainnhenting protokoller. Denne studien presenterer anskaffelses protokollen for tre sporings administrasjons protokoller (bare bolus, kun infusjons-og bolus pluss infusjon) og representative resultater fra individuelle for hver metode. I denne gruppen ble det ikke utført arteriell prøvetaking på grunn av invasiveness av prosedyren og kravet til en MD på stedet. Våre bildeanalyser derfor ikke dra nytte av den kvantitative informasjonen gitt av arteriell prøvetaking. Merk at Hahn et al.17 funnet utmerket avtale mellom arteriell og venøs prøvetaking for å bestemme kortikale cerebral metabolske rate av glukose (CMRGlc) for konstant infusjon FDG-fPET. Andre publiserte verker43,44,45 Diskuter arteriell, venøs, og image-avledet input funksjoner for kjæledyr i detalj.

Manuell blodprøve, enten arteriell eller venøs, krever at personalet går inn i skanner rommet mens skanningen pågår. De fleste skannere har en RF-sperre for skanner rommet, noe som gjør det mulig for ansatte å få tilgang til rommet under skanningen uten å forårsake elektromagnetisk interferens i MR-bildene. Men personalet inn i rommet under skanningen kan øke stråling eksponering til ansatte, føre til ubehag i deltakeren, og øke deltaker bevegelse og løsrivelse fra kognitive oppgaver. Disse faktorene oppmuntrer samlingen av så få prøver som nødvendig. Å ta prøver hver 5 − 10 min mens dosen administreres er tilstrekkelig til å observere den lavfrekvente blod dynamikken som forventes fra de tre protokollene undersøkt her. Denne samplingsfrekvensen begrenser imidlertid muligheten til å kvantifisere høy frekvens timelige egenskaper, spesielt den nøyaktige størrelsen og formen på toppen etter bolus-administrering. Der slike egenskaper er av betydning, kan bruk av automatisert blodprøve utstyr være fordelaktig.

Til slutt ble tradisjonelle PET modellering metoder utviklet for statisk Imaging (f. eks, kinetisk, Patlak). Mer arbeid er nødvendig for å oppdatere matematiske modeller for søknad til fPET data.

Oppsummert presenterer dette manuskriptet alternative metoder for FDG radiotracer administrasjon for høy Temporal oppløsning FDG-PET, med en oppløsning på 16 s. Denne timelige resolusjonen sammenligner positivt med dagens normer i litteraturen. Hahn et al., Jamadar et al., og Villien et al.17,18,19,21 rapport FDG-fPET med 1 min oppløsning, og Rischka et al.20 oppnådde stabile FDG-fPET resultater med en ramme varighet på 12 s med 20/80% bolus pluss infusjon. Bolus/infusjons protokollen som vises her, ser ut til å gi det mest stabile signalet for den lengste tidsperioden sammenlignet med protokollene bare for bolus og kun infusjons protokoller.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen interessekonflikt. Finansieringskilden var ikke involvert i studien design, innsamling, analyse og tolkning av data.

Acknowledgments

Jamadar er støttet av en australsk Council for Research (ARC) Discovery tidlig karriere forsker Award (DECRA DE150100406). Jamadar, Ward og Egan er støttet av ARC Center of Excellence for Integrative Brain Function (CE114100007). Chen og Li er støttet av finansiering fra Reignwood Cultural Foundation.

Jamadar, Ward, Carey og McIntyre designet protokollen. Carey, McIntyre, Sasan og Fallon samlet inn dataene. Jamadar, Ward, Parkes og Sasan analyserte dataene. Jamadar, Ward, Carey og McIntyre skrev det første utkastet til manuskriptet. Alle forfattere har gjennomgått og godkjent den endelige versjonen.

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).

Tags

Atferd positron utslipp tomografi PET fluorodeoxyglucose FDG konstant infusjon bolus pluss infusjon langsom infusjon samtidig blod oksygenering nivå avhengig funksjonell magnetisk resonans imaging fluorodeoxyglucose positron utslipps tomografi fet-fMRI/FDG-PET funksjonell PET fPET dynamisk PET
Radiotracer administrasjon for høy Temporal resolution positron utslipp tomografi av Human Brain: søknad til FDG-fPET
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jamadar, S. D., Ward, P. G. D.,… 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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter