Waiting
Login processing...

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

Behavior

Radiotracer administration for høj tidsmæssig opløsning Positron emission tomografi af den menneskelige hjerne: ansøgning til FDG-fPET

doi: 10.3791/60259 Published: October 22, 2019

Summary

Dette manuskript beskriver to radiotracer administrations protokoller for FDG-PET (konstant infusion og bolte plus infusion) og sammenligner dem med bolte administration. Tidsmæssige opløsninger på 16 s er opnåelige ved hjælp af disse protokoller.

Abstract

Funktionel Positron emission tomografi (fpet) giver en metode til at spore molekylære mål i den menneskelige hjerne. Med en radioaktivt mærket glukose analog, 18F-fluordeoxyglucose (FDG-fpet), er det nu muligt at måle dynamikken i glukose metabolisme med tidsmæssige opløsninger nærmer sig af funktionelle magnetisk resonans imaging (fMRI). Denne direkte måling af glukose optagelsen har et enormt potentiale for at forstå normal og unormal hjernefunktion og sondering virkningerne af metaboliske og neurodegenerative sygdomme. Yderligere, nye fremskridt i hybrid MR-PET hardware gør det muligt at fange udsving i glucose og blodets iltning samtidig ved hjælp af fMRI og FDG-fPET.

Den tidsmæssige opløsning og signal-til-støj fra FDG-fPET-billederne afhænger kritisk af administrationen af radiotraceren. Dette arbejde præsenterer to alternative kontinuerlige infusions protokoller og sammenligner dem med en traditionel modi-drivnings metode. Det præsenterer en metode til at erhverve blodprøver, tidslåsning PET, MRI, eksperimentel stimulus, og administration af den ikke-traditionelle Tracer levering. Ved hjælp af en visuel stimulus, protokollen resultater viser kortikale kort over glukose-respons på eksterne stimuli på et individuelt niveau med en tidsmæssig opløsning på 16 s.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Positron emission tomografi (PET) er en kraftfuld Molekylær Imaging teknik, der er meget udbredt i både kliniske og forskning indstillinger (Se heurling et al.1 for en nylig omfattende gennemgang). De molekylære mål, der kan afbildet ved hjælp af PET er kun begrænset af tilgængeligheden af radiotracers, og talrige røbestoffer er blevet udviklet til at billede neurale metabolisme receptorer, proteiner, og enzymer2,3. I neurovidenskab, en af de mest anvendte aktive er 18F-fluorodeoxyglucose (FDG-PET), som måler glukoseoptagelse, normalt fortolket som et indeks af cerebral glukose metabolisme. Den menneskelige hjerne kræver en konstant og pålidelig forsyning af glukose til at opfylde sine energikrav4,5, og70-80% af cerebral glukose metabolisme bruges af neuroner under synaptisk transmission6. Ændringer i cerebral glukose metabolisme menes at initiere og bidrage til mange betingelser, herunder psykiatriske, neurodegenerative, og iskæmiske forhold7,8,9. Da FDG-optagelsen er proportional med den synaptiske aktivitet10,11,12, betragtes den desuden som et mere direkte og mindre forvirret indeks af neuronal aktivitet i forhold til de mere udbredte blod iltning niveau-afhængig funktionel magnetisk resonans imaging (fed-fMRI) respons. FED-fMRI er et indirekte indeks af neurale aktivitet og måler ændringer i deoxygeneret hæmoglobin, der opstår efter en kaskade af neurovaskulære ændringer efter neuronal aktivitet.

De fleste FDG-PET undersøgelser af den menneskelige hjerne erhverve statiske billeder af cerebral glukoseoptagelse. Deltageren hviler stille og roligt i 10 minutter med øjnene åbne i et mørkt rum. Den fulde dosis af radiotracer administreres som en bolt over en periode på sekunder, og deltageren hviler derefter i yderligere 30 minutter. Efter optagelsesperioden placeres deltagerne i midten af PET-scanneren, og et PET-billede, der afspejler den kumulative FDG-fordeling i løbet af optagelses-og scannings perioderne, erhverves. Således, den neuronal aktivitet indekseret af PET image repræsenterer den kumulative gennemsnit af alle kognitive aktivitet over optagelse og scanning perioder og er ikke specifik for kognitiv aktivitet under scanningen. Denne metode har givet stor indsigt i hjernens metabolisme af hjernen og neuronal funktion. Den tidsmæssige opløsning er dog lig med scannings varigheden (ofte ~ 45 min, hvilket effektivt giver en statisk måling af glucoseoptagelse; dette sammenlignes ufordelagtigt med neuronal respons under kognitive processer og almindelige eksperimenter i Neuroimaging. På grund af den begrænsede tidsmæssige opløsning giver metoden et ikke-specifikt indeks for optagelse af glucose (dvs. ikke låst til en opgave eller kognitiv proces) og kan ikke give foranstaltninger inden for den pågældende variabilitet, hvilket kan føre til fejlagtige videnskabelige konklusioner, der skyldes til Simpsons paradoks13. Simpsons paradoks er et scenario, hvor hjerne-adfærd relationer beregnet på tværs af er ikke nødvendigvis tegn på de samme relationer testet inden for. Desuden kan nylige forsøg på at anvende funktionelle tilslutnings foranstaltninger på FDG-PET kun måle konnektivitet på tværs af. Forskelle i konnektivitet kan således kun sammenlignes mellem grupperne og kan ikke beregnes for de enkelte. Selv om det er diskuabelt, hvad der præcist på tværs-emne konnektivitet foranstaltninger14, er det klart, at foranstaltninger beregnet på tværs-men ikke inden for-fag ikke kan anvendes som en biomarkør for sygdomstilstande eller anvendes til at undersøge kilden til individuel variation.

I de seneste fem år har udviklingen og den bredere adgang til samtidige MRI-PET-scannere i klinisk kvalitet udløst fornyet forskningsinteresse i FDG-PET Imaging2 i kognitiv neurovidenskab. Med denne udvikling har forskerne fokuseret på at forbedre den tidsmæssige opløsning af FDG-PET til at nærme sig standarderne for fed-fMRI (~ 0,5 − 2.5 s). Bemærk, at den rumlige opløsning af fed-fMRI kan nærme sig submillimeter opløsninger, men den rumlige opløsning af FDG-PET er fundamentalt begrænset til omkring 0,54 mm fuld bredde ved halv maksimum (FWHM) på grund af Positron Range15. Dynamic FDG-PET-anskaffelser, som ofte anvendes klinisk, bruger metoden til administration af bolte og rekonstruerer liste tilstandsdata til placeringer. Den dynamiske FDG-PET-metode giver en tidsmæssig opløsning på ca. 100 s (f. eks. Tomasi et al.16). Dette er tydeligvis meget bedre sammenlignet med statisk FDG-PET-billeddannelse, men kan ikke sammenlignes med fed-fMRI. Desuden er det vindue, hvor hjernens funktion kan undersøges, begrænset, fordi plasmakoncentrationen af FDG aftager hurtigt efter, at bolssken er administreret.

For at udvide dette eksperimentelle vindue, en håndfuld af undersøgelser17,18,19,20,21 har tilpasset radiotracer infusionsmetode tidligere foreslået af Carson22, 23. I denne metode, der undertiden beskrives som "funktionel FDG-PET" (FDG-fPET, ANALOGT med fed-fMRI), administreres radiotraceren som en konstant infusion i løbet af hele pet-scanningen (~ 90 min). Formålet med infusions protokollen er at opretholde en konstant plasma forsyning af FDG for at spore dynamiske ændringer i glukose optagelsen over tid. I et proof-of-concept-studie brugte Villien et al.21 en konstant infusions protokol og samtidig MRI/FDG-fPET til at vise dynamiske ændringer i glukose optagelsen som respons på skakbræt stimulation med en tidsmæssig opløsning på 60 s. Efterfølgende undersøgelser har brugt denne metode til at vise opgave-låst FDG-fPET (dvs. tids låst til en ekstern stimulus19) og Task-relaterede FDG-fPET (dvs. ikke tid-låst til en ekstern stimulus17, 18) optagelse af glucose. Ved hjælp af disse metoder, FDG-fPet tidsmæssige opløsninger af 60 s er blevet opnået, hvilket er en væsentlig forbedring i forhold til bolsjer metoder. Foreløbige data viser, at infusionsmetoden kan give tidsmæssige opløsninger på 20 − 60 s19.

Trods de lovende resultater fra den konstante infusionsmetode viser plasma radioaktivitets kurverne i disse undersøgelser, at infusionsmetoden ikke er tilstrækkelig til at nå en steady-state inden for tidsrammen for en 90 min. scanning19,21. Ud over den konstante infusions procedure foreslog Carson22 også en hybrid bolt/infusion procedure, hvor målet er hurtigt at nå ligevægt i begyndelsen af scanningen, og derefter opretholde plasma radioaktivitetsniveauer ved ligevægt for varighed af scanningen. Rischka et al.20 for nylig anvendt denne teknik ved hjælp af en 20% bolte plus 80% infusion. Som forventet steg den arterielle indgangsfunktion hurtigt over baseline-niveauet og blev opretholdt med en højere hastighed i længere tid sammenlignet med resultater ved hjælp af en infusions procedure19,21.

Dette dokument beskriver anskaffelses protokollerne for erhvervelse af højtemporale opløsninger FDG-fPET-scanninger ved hjælp af infusion-only og bolte/infusion radiotracer administration. Disse protokoller er udviklet til brug i et samtidig MRI-PET miljø med en 90 − 95 min erhvervelse tid19. I protokollen er der taget blodprøver til at kvantificere plasma-serum radioaktivitet til efterfølgende kvantificering af PET-billeder. Mens protokollens fokus er anvendelse af infusions metoder til funktionel Neuroimaging ved hjælp af fed-fMRI/FDG-fPET, kan disse metoder anvendes på enhver FDG-fPet-undersøgelse, uanset om samtidig MRI, fed-f Der erhverves MRI, computertomografi (CT) eller andre Neuro images. Figur 1 viser rutediagrammet over procedurer i denne protokol.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Denne protokol er blevet gennemgået og godkendt af Monash University Human Research etik Committee (godkendelsesnummer CF16/1108-2016000590) i overensstemmelse med den australske nationale erklæring om etisk adfærd i human Research24. Procedurerne blev udviklet under ledelse af en akkrediteret medicinsk fysiker, nuklear medicin tekniker, og klinisk Radiograf. Forskerne bør henvise til deres lokale eksperter og retningslinjer for administration af ioniserende stråling hos mennesker.

1. nødvendigt udstyr og personale

  1. Se tabellen over materialer til scanner rummet, radiokemi Lab og generelle materialer. En kommerciel leverandør blev brugt til radiotracer.
  2. I det samtidige MRI-PET-miljø skal du bruge fire medarbejdere: en Radiograf (RG) til at køre scanningen, en nuklear medicin tekniker (NMT) til at overvåge administrationen af radiotracer og erhvervelse af blodprøver, en Laboratorieassistent (LA) til at spinne blod, og en Forskningsassistent (RA) ansvarlig for at overvåge den eksperimentelle design og stimulus præsentation.

2. forberedelse

  1. Klargøring af Tracer-dosis af NMT
    1. Beregn den infusionsvolumen, der vil blive administreret i løbet af scanningen. I denne protokol er infusionshastigheden 0,01 mL/s over 95 min. Så i en 95 min scanning, modtager deltagerne 0,01 mL/s x 60 s x 95 min = 57 mL.
    2. Beregn den Tracer-dosis, der vil blive fortyndet i den administrerede saltvandsopløsning. I denne protokol administreres en total dosis på 260 MBq til deltageren over 95 min. Denne dosis blev valgt til at begrænse eksponeringen for stråling til 4,9 mSv, at holde sig inden for "lav risiko" kategorisering i henhold til australske strålingsbeskyttelse og nuklear sikkerhed agentur (ARPANSA) retningslinjer for eksponering af mennesker til ioniserende stråling25. Henfald korrekt 260 MBq fra midten af infusions punktet (47,5 min) tilbage til T0. Brug ligning 1, løse for en0

      Hvis ett er radioaktiviteten (MBq) midt i infusionsvæsken, er en0 den initiale radioaktivitet, og λ er den radioaktive henfaldskonstant, der er specifik for traceren. For FDG er værdien λ ≈ 0.693/T1/2. T1/2 er halveringstiden på 18F (110 min).
      Bemærk: i dette eksempel er ent = 260 MBq, λ = 0.693/110 og t =-47,5, så en0 = 350,942 MBq.
    3. Beregn den påkrævede radiotracer-dosis for den 100 mL saltvands pose, der skal bruges til at administrere dosen til deltageren. Den påkrævede radiotracer til salt posen fortyndes op til et samlet volumen på 5 mL og opstilles i en 5 mL sprøjte. Derfor er fortyndingsfaktoren for 100 mL saltvands pose mængden af saltvand (100 mL) ud over injektionssprøjtens 5 mL volumen med radio Tracer. Dette totale rumfang på 105 mL divideres med infusions volumenet på 57 mL (dvs. 105 mL/57 mL = 1,842). Således er den totale radioaktivitet i et volumen på 5 mL, der kræves til tilsætning af 100 mL-posen, en0 x fortyndingsfaktoren (dvs. 350,942 mbq x 1,842 = 646,44 MBq). Tilsæt aseptisk radiotracer til salt posen.
      Bemærk: det er vigtigt at bemærke, at den beregnede aktivitet på 646,44 MBq, der tilsættes til salt posen, er den aktivitet, der kræves ved påbegyndelse af infusionen. Generelt, doser for denne protokol er udarbejdet mellem 15 min til 1 h før administration. Derfor er det vigtigt at faktor i henfald af radioisotop. Ligning 1 i 2.1.2. kan bruges til at aflægge regnskab for dette, hvor tid (t) er det samlede antal minutter fra forberedelsen af den dosis til, når aktiviteten vil blive administreret, ent = 646,44 MBq, ved at løse for en0.
    4. Forbered den priming dosis. Træk 20 mL fra posen ind i en sprøjte og hætte den. Kalibrer denne 20 mL sprøjte og etiket. Sprøjten kalibreres som en referencekontrol for at sikre, at radioaktiviteten er jævnt fordelt i salt posen.
    5. Klargør dosis. Ved hjælp af en 50 mL sprøjte trækkes 60 mL fra posen og hætten med en rød Combi prop. Denne sprøjte er ikke kalibreret, da koncentrationen af radioaktiviteten er kendt fra det tidspunkt, hvor den blev tilsat til salt posen (trin 2.1.3). Opbevar begge sprøjter i radiokemi laboratoriet, indtil de er klar til at scanne.
      Bemærk: det er muligt at tegne en 60 mL volumen i en 50 mL sprøjte, fordi TERUMO sprøjter er mærket til 20% over den mærkede volumen (dvs. en 50 mL sprøjte er mærket til 60 mL).
    6. Klargør reference dosen. Der fyldes en 500 mL målekolbe med ca. 480 mL destilleret vand. Der tegnes 10 MBq af 18F-FDG i en sprøjte, henfald-korrigeret til scannings starttidspunktet (ved hjælp af ligning 1) og tilsættes til kolben. Top lydstyrken op til 500 mL mærket med mere destilleret vand og bland grundigt. Fastgør etiketterne før og efter kalibrering af sprøjten.
  2. Forberedelse af scanner rummet af NMT
    1. Når deltageren er placeret i scanneren, er der meget lidt plads til at manipulere eller bjærge linjen til infusion eller blodprøver, hvis blokering opstår. Forbered scanner rummet for at minimere risikoen for linje blokering.
    2. Sørg for, at alt blod Opsamlingsudstyr er inden for rækkevidde af indsamlingsstedet. Anbring under puderne i enden af kanylen og på enhver overflade, der holder blodbeholdere. Placer skraldespande for almindeligt affald og biologisk farligt affald inden for rækkevidde af blodindsamlings stedet.
  3. Klargøring af infusionspumpen af NMT
    1. Indstil infusionspumpen i scanner rummet på den side, der skal tilsluttes deltageren. Byg Blyklodser rundt om bunden af pumpen, og Placer blyskjoldet foran pumpen. Tilslut slangen til den infusionspumpe, der leverer infusionen til deltageren, og sørg for, at den korrekte infusionshastighed er indtastet. For denne protokol er satsen 0,01 mL/s.
    2. Prime slangen, før den er forbundet til deltagerens kanyle. den 20 mL priming-dosis til infusionspumpen. På enden af slangen, der vil blive forbundet til deltageren, vedhæfte en tre-vejs Tap og en tom 20 mL sprøjte. Sørg for, at hanen er placeret, så 18F-FDG-opløsningen kan flyde fra den spæde dosis gennem slangen og kun opsamles i den tomme sprøjte.
    3. Indstil infusionspumpen til at have en volumen på 15 mL. Vælg Prime -knappen på pumpen og følg anvisningerne for at prime linjen.
    4. Fastgør 50 mL doseringssprøjten til infusionspumpen i stedet for den priming dosis. Den 15 ml primet-dosis på trevejs hanen kan forblive der, indtil deltageren er klar til at blive tilsluttet pumpen.
  4. Deltager forberedelse af NMT, RA og RG
    1. Rådgive deltagerne til at fast for 6 h, og til at forbruge kun vand (ca. to briller), før scanningen.
    2. Få RA til at gennemføre godkendelsesprocedurerne og erhverve yderligere foranstaltninger (f. eks. demografiske undersøgelser, kognitive batterier osv.). Har NMT og RG gennemføre sikkerheds skærmene, NMT Review sikkerhed for PET-scanning (f. eks udelukkelse for graviditet, diabetes, kemoterapi eller strålebehandling i de foregående 8 uger, og kendte allergier), og RG Review deltageren sikkerhed for MRI scanning (f. eks udelukkelse af graviditet, medicinske eller ikke-medicinske metalliske implantater, ikke-aftagelige tandimplantater, klaustrofobi).
    3. Annullere deltageren.
      1. Brug to kanyle: en til dosis administration og den anden til blodprøvetagning. Den mest hensigtsmæssige kanyle varierer på tværs af deltagerne, men den bedst egnede vene bør forbeholdes blod opsamling. En 22 G kanyle er den foretrukne minimumstørrelse. Der opsamles en 10 mL baseline-blodprøve under kanyle. Afbryd alle saltvands hedeture under tryk for at opretholde linjens åbenhed.
      2. Test deltagerens blodsukkerniveau og andre grundlæggende blodmålinger (f. eks. hæmoglobin) fra baseline-prøven.
  5. Deltager positionering i scanneren af RG og NMT
    1. Har RG position deltageren i scanneren bore. For lange scanninger, er det bydende nødvendigt at sikre komfort for at reducere risikoen for deltageren droppe ud og motion artefakt på grund af ubehag. Deltageren skal være dækket med et engangs tæppe for at opretholde en behagelig kropstemperatur.
    2. Har NMT skylle kanylen for at sikre, at det er patent med minimal modstand, før du tilslutter infusions ledningen. Når den er tilsluttet, kan slangen let tapede nær håndleddet. Instruere deltageren i at holde armen rettet. Brug understøtter såsom skum eller puder for komfort. Har NMT også kontrollere kanyle, der vil blive anvendt til plasmaprøver for at sikre, at det er i stand til at trække blod med minimal modstand. Det kan være nødvendigt at tilslutte en forlængerslange, der er spækket med normalt saltvand, for at gøre kanylen mere tilgængelig, mens deltageren er i scanneren. Hvis dette er påkrævet, skal det kontrolleres for lækager.
    3. Når motivet er i scanner boringen, skal NMT kontrollere, at de har passende adgang til begge kanyle.
    4. Har NMT underrette RG og RA, hvis der er problemer med blod opsamlings kanyle, infusions kanyle eller infusionspumpen (f. eks. okklusion, batteri, ekstravasation) på et hvilket som helst tidspunkt under scanningen.

3. Scan deltageren

  1. Start af scanningen med NMT, RG og RA
    1. I starten af scanningen skal du placere NMT i scanner rummet for at overvåge infusions udstyret. Sørg for, at NMT er iført høreværn og bruger barriere skjoldet til at minimere strålingseksponeringen fra dosen, hvor det er muligt.
    2. Da RG udfører Localizer-scanningen for at sikre, at deltageren er i den korrekte position, skal du kontrollere detaljerne for PET-erhvervelsen (f. eks. scannings varighed, dataindsamling i listetilstand, korrekt isotop).
    3. Designe protokollen, således at PET erhvervelse vil begynde med den første MRI sekvens. RG forbereder og starter MRI-sekvensen. Starttidspunktet for 95 min PET-erhvervelse er tids låst til starten af Mr-sekvensen. Hvis det er nødvendigt, skal NMT levere bolden på tidspunktet for PET erhvervelse (figur 1).
    4. Start infusionspumpen. RG skal signalere NMT (fx via et tommelfinger-up tegn) for at starte pumpen 30 s efter starten af PET erhvervelse. Denne protokol starter infusionspumpen 30 s efter scannings starttidspunktet for at give en sikkerhedsbuffer i tilfælde af scanningsfejl. Dette sikrer også, at det første billede taget under PET-scanningen indekserer hjernen forud for radiotracer administration for fuldtids aktivitet kurvedata indsamling. Sørg for, at NMT overholder pumpen for at sikre, at den er begyndt at tilføre 18F-FDG, og at der ikke er nogen umiddelbar okklusion af linjen.
    5. Har RA indlede en ekstern stimulus på det aftalte tidspunkt (dvs. ved starten af en funktionel Run/eksperimentel blok) og beregne tidspunkter for blodprøver. Et eksempel på en postformular vises i tillæg 1. Har RA beregne den forventede tid for hver blodprøve og give kopier til NMT og lab assistent (LA). Har RA sikre, at NMT tager blodprøverne på omtrent det korrekte tidspunkt, og overvåger udstyr (f. eks. infusionspumpe, stimulus) for eventuelle tegn på fejl.
  2. Tag blodprøver med jævne mellemrum
    1. Har NMT og RA tage en prøve hver 10 min. Der er normalt 10 prøver i alt, ikke inklusive referenceprøven.
    2. Hvis det at erhverve MRI-scanninger samtidig med PET-scanninger, har NMT slid høreværn, når du indtaster i scanner rummet.
    3. Har NMT bære handsker og vatpind spidsen af kanylen ren. Mens kanyle området tørrer, åbnes en 5 mL og en 10 mL sprøjte, støvsuger og en 10 mL saltvand flush.
    4. Brug 5 mL sprøjten til at trække 4-5 mL frisk blod ud og kassér sprøjten i det biologisk farlige affald.
    5. Brug 10 mL sprøjten til at trække op til 10 mL blod. Lydstyrken kan være begrænset af, hvor let blodet kan trækkes tilbage. Det er vigtigt at minimere enhver modstand efterfølgende forårsager skade på de røde blodlegemer, der kan hæmolyze. På midt indsamlingspunktet, har NMT signal til RA, som vil markere denne gang på record form (supplement 1) som den ' faktiske ' tid af prøven.
    6. 10 mL-sprøjten til støvsugerne, og Indbetal derefter blodet i det pågældende blod glas.
    7. Hurtigt skylle kanylen med 10 mL saltvand, afbrudt under tryk, for at minimere enhver chance for linje størkning.
    8. Tag straks blodprøven til radiokemi laboratoriet til analyse.
  3. Spinding af blodet ved LA
    1. Har LA få alt udstyr klar (tabel 1) og være iført handsker. Der er opstillet tre stativer til prøverne: en til blodrør, en til Pipettering af prøven og en til fyldte pipetterede prøver (præ-og efter tælling).
      1. Har LA regelmæssigt skifte handsker under hele proceduren, især når du håndterer tælle røret. Hvis LA har nogen radioaktiv plasma kontaminering på deres handsker, kan det overføres til tælle røret og spuriously øge antallet af registrerede tællinger af prøven.
    2. Blodprøven kan anbringes i centrifugen, da tilgængeligheden af personaleressourcer tillader det, fordi den tid, hvor blodprøven blev taget, og den tid, det blev talt, blev noteret. Spin alle prøver ved en relativ centrifugalkraft på 724 x g. De Centrifugerings indstillinger, der anvendes til denne protokol, er 2.000 rpm i 5 minutter med accelerations-og decelerations kurverne indstillet til otte.
    3. Når prøven er spundet, skal du placere røret i pipette Rings stativet. Fjern rørhætten for ikke at forstyrre prøve separationen. Anbring et mærket tælle røret i stativet. Etiketten skal svare til blod røret.
    4. Sørg for, at spidsen er forsvarligt fastgjort til pipetten. Har et væv klar til enhver dryp. Støt pipette 1.000 μL plasma fra blod røret, Overfør til tælle røret, og Udskift lågene på tælle røret og blod røret.
    5. Anbring tælle røret i brønd tælleren og Tæl i 4 min. Registrer optællings starttidspunktet på diagramark ("målingstidspunkt") for hver prøve. Dette er nødvendigt for efterfølgende korrektioner af starttidspunktet for PET-anskaffelsen. På senere tidspunkter under scanningen, har LA udføre hvert trin i hurtig rækkefølge for at undgå et efterslæb af prøver.
    6. Bortskaf eventuelt spild af blodprodukter i poser med biologisk fare.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Studie specifikke metoder
Her rapporteres studie specifikke detaljer for de repræsentative resultater. Disse oplysninger er ikke afgørende for proceduren og vil variere på tværs af undersøgelser.

Deltagere og opgave design
Deltagere (n = 3, tabel 2) gennemgik en samtidig fed-fMRI/FDG-fPet-undersøgelse. Da dette manuskript fokuserer på PET-anskaffelses protokollen, rapporteres MRI-resultater ikke. Deltagerne modtog 260 MBq af 18F-FDG i løbet af en 95 min scanning. Deltager 1 modtog den fulde dosis som en bolt i starten af scanningen. Deltager 2 fik dosis i en infusions protokol. Deltager 3 fik den samme dosis med en hybrid 50% bolt plus 50% infusion. For både infusions-og infusions protokoller var infusionsvarigheden 50 min.

Opgaven blev præsenteret i et indlejret blok design (figur 2)19. Dette design har tidligere vist sig at give samtidig kontrast til opgave-fremkaldt fed-fMRI og FDG-fPet data. Kort, opgaven vekslede mellem 640 s blinkende skakbræt blokke og 320 s hvile blokke. Denne langsomme vekslen giver FDG-fPet kontrast. Disse timing parametre blev indtastet i første niveau generelle lineære modeller i løbet af analysen. Inden for 640 s skakbræt blokke, skakbræt og hvileperioder vekslet med en hastighed på 20 s på/20 s off. Denne hurtige vekslen, som er velegnet til fed-fMRI, vil forhåbentlig være detectible med FDG-fPET med fremtidige analyse og genopbygning forskud. I denne protokol, hvileperioder var med øjne åbne, fikseret på et kors centralt præsenteret på skærmen.

Billed erhvervelse og-behandling
MR og PET images blev erhvervet på en Siemens 3T Biograph mMR. PET-data blev anskaffet i listetilstand. MRI-og PET-scanninger blev erhvervet i følgende rækkefølge (kun oplysninger for billeder, der er relevante for det aktuelle manuskript): (i) T1-vægtet 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 < 2 > 3, 176 skiver, sagittale erhvervelse; II) T2-vægtet FLAIR (TA = 5,52 min) III) QSM (TA = 6,86 min) IV) gradientfelt kort TA = 1,03 min; v) Hr. dæmpnings korrektion Dixon (TA = 0,39 min., TR = 4,1 MS, TEi fase = 2,5 MS, teout fase = 1,3 MS, flip Angle = 10 °); Vi) T2 *-vægtede ekko-planar billeder (EPIs) (TA = 90,09 min), P-A fasekorrektion (TA = 0,36 min); (VII) UTE (TA = 1,96 min). Starten af PET-erhvervelsen var låst til starten af T2 * EPIs.

T1-vægtede strukturelle billeder var hals-beskåret ved hjælp af FSL-robustfov26, bias korrigeret ved hjælp af n427, og hjernen udvundet ved hjælp af ANTs28,29 med Oasis-20 skabeloner30,31. T1-vægtede billeder var ikke lineært normaliseret til en 2 mm MNI-skabelon ved hjælp af ANTs32 med standard parametersæt defineret af antsRegistrationSyN.sh.

Dette manuskript undersøgte dynamiske FDG-fPET-resultater med placerings størrelse 16 s. Alle data blev rekonstrueret offline ved hjælp af Siemens Syngo E11p og korrigeret for dæmpning ved hjælp af pseudoCT33. Den almindelige Poisson beordrede delmængde forventning maksimering (OP-OSEM) algoritme med punkt Spread funktion (PSF) modellering34 blev brugt med tre iterationer, 21 delsæt og 344 x 344 x 127 (voxel størrelse: 2,09 x 2,09 x 2,03 mm3) genopbygning matrix størrelse. En 5-mm 3D Gaussian efter filtrering blev anvendt på de endelige rekonstruerede billeder.

Rumlige justeringer blev udført på de dynamiske FDG-fPET-billeder ved hjælp af FSL MCFLIRT35. Et gennemsnitligt FDG-PET-billede blev afledt af hele den dynamiske tidsserie og blev stift normaliseret til den enkeltes højopløselige T1-vægtede billede ved hjælp af avancerede normaliserings værktøjer (ANT)32. De dynamiske FDG-fPET-billeder blev derefter normaliseret til MNI-rummet ved hjælp af den stive transformation i kombination med den ikke-lineære T1 til MNI Warp.

Første niveau generelle lineære modeller blev anslået ved hjælp af SPM12 (Wellcome Center for human Neuroimaging) med begivenheden tid-kursus (skakbræt på, fiksering) modelleret som effekten af interesse. Gennemsnitlige optagelse på tværs af en kontrol region, frontopolar cortex (venstre og højre FP1/236), blev inkluderet som en kovariat. Modellen omfattede ikke global normalisering, High-Pass Filter, konvolution med den hæmodynamiske respons, autoregressive model, eller maskering tærskel. En eksplicit maske af den visuelle cortex i hOC1 − 5 (venstre og højre hOC1, 2, 3D, 3V, 4d, 4la4lp, 4V, 537,38,39; Spm anatomi Toolbox v 2.2 b40,41,42) var inkluderet i modellen for at begrænse model estimatet til regioner af interesse (ROI). I det kliniske miljø analyseres flere regioner ved hjælp af hjerne atlaser. T kontraster blev anvendt til at estimere parameter kort for aktiviteten på individuelt niveau, som blev liberaliseret ved p = 0,1 (ukorrigeret), k = 50 voxels. Resultaterne for hver enkelt person er også vist ved flere tærskler i supplement 2.

Resultater af plasma koncentration af radioaktivitet
Plasma radioaktivitets koncentrationskurven for hver deltager er angivet i figur 3. Den største maksimale plasmakoncentration af radioaktivitet (3,67 kBq/mL) blev opnået ved hjælp af metoden med bolte. Visuel inspektion af figur 3 viser, at toppunktet forekommer inden for de første 10 minutter af protokollen, og koncentrationen falder derefter. Bemærk, at protokoller, der bruger arteriel eller automatiseret prøvetagning med en hastighed på mindre end 1 min vil sandsynligvis finde en peak plasmakoncentration inden for det første minut. Forsinkelsen her er, fordi den første blodprøve blev taget på 5 min post-bolt. Ved udgangen af optagelsesperioden var plasma radioaktiviteten 35% af Peak (1,28 kBq/mL). Den infusionsrelaterede protokol nåede maksimum (2,22 kBq/mL) ved 50 min., i slutningen af infusionsperioden. Ved udgangen af optagelsesperioden blev koncentrationen opretholdt med 68% af dens højdepunkt (1,52 kBq/mL). Som med den eneste protokol, der er omfattet af den maksimale plasmakoncentration, nåede en af de første 5 min. (2,77 kBq/mL). Ved udgangen af optagelsesperioden var koncentrationen af bolte/infusionsvæske på 53% af toppen (1,49 kBq/mL).

Kvalitativt blev plasma radioaktivitetsniveauerne opretholdt i den længste periode i Både infusions-og bolte/infusions protokoller viser en tilsyneladende reduktion i radioaktiviteten, når infusionsperioden slutter (50 min). Visuelt at sammenligne modi-only og modi-/infusionprotokoller, plasma radioaktivitet var mindre i bolt-only vs. bolt/infusion af 40 min efter injektion. Kritisk, plasma radioaktivitet var minimalt varierede i en periode på ca. 40 min i den bolsjer/infusion protokol. I modsætning hertil udviser hverken infusions protokollen eller den eneste, der kun er til infusion, en kvalitativt vedvarende periode med konsekvent aktivitet.

Resultater af PET-signal
Parameter kort på individuelt niveau fra den generelle lineære model, PET-signalet og GLM-respons, og fejl vises i figur 4. Parameter kort vises også ved forskellige statistiske tærskler i tillæg 2.

Figur 4II viser Pet-signalet på tværs af scannings perioden (dvs. på tværs af stimulation og hvileperioder) i den bilaterale visuelle cortex (hOC1 − 5) og i kontrolområdet (frontal stang, FP1/2) for de tre administrations protokoller. I kvalitativ sammenligning viste bolden/infusions deltageren klarere forskelle mellem ROIs i forhold til kun bolte og kun infusions deltagere. I forbindelse med bolte/infusions protokollen viste frontopolar ROI den højeste billed intensitet med den laveste for hOC4. For den eneste deltager i bolden var der en lignende tendens med Hoc5 Daily og FP1/2, som viste den højeste intensitet, og hOC4 viste den laveste. For den eneste infusions deltager viste FP1/2 og højre Hoc5 Daily den højeste intensitet med ringe forskel mellem de resterende ROIs.

Visuel inspektion af figur 4II tyder på, at der i den kun er en kraftig stigning i signalet efter bolden. Hældningen af optagelsen er relativt hurtig i de næste 20 − 30 min, men hastigheden af optagelsen falder i den resterende del af måleperioden. I forbindelse med den såkaldte "bolt/infusion"-protokol er der en markant stigning i optagelsen i starten af scanningen, som er af mindre størrelsesorden end i den eneste protokol, og optagelsen fortsætter med en forholdsvis hurtigere hastighed i hele scannings perioden. Ved udgangen af optagelsesperioden viser den såkaldte "bolt/infusion"-protokol en større udbredelse end den eneste protokol. Til sammenligning viser den infusionsrelaterede protokol et lavt signal for den første 40 min. af scanningen, og den maksimale optagelse er betydeligt lavere end den ikke-alene-eller modigere/infusion-protokol. Optagelsen er den hurtigste i den første ~ 50 min af scanningen og bremser i resten af optagelsesperioden.

Parameter kort og monterede responsresultater
Figur 4i viser de individuelle T-kort for de tre administrations protokoller. Figur 4III viser den generelle lineære model monteret respons og fejl ved peak voxel for hvert emne. Bemærk, at for den infusionsrelaterede protokol (figur 4biii) er skalaen større end for protokollerne med bolte og bolte/infusion. Desuden var signalet under den første hvile blok tæt på nul, da der var blevet administreret meget lidt af Tracer i løbet af denne periode, og den generelle lineære model vurdering mislykkedes, da denne blok blev overvejet. Den generelle lineære model blev således anslået for denne deltager begyndende med den første Opgaveblok, og det monterede svar vises fra starten af den første skakbræt periode.

For at visualisere opgave effekterne på tværs af tiden blev data for tidsforløbet for hvert emne ekstraheret (første eigenvariat), og den inverse variationskoefficient (gennemsnitlig/standardafvigelse) blev beregnet for hver blok. Den omvendte variationskoefficient tilnærmer forholdet mellem signal og støj. Som det fremgår af figur 5, steg signalet nogenlunde lineært på tværs af optagelsesperioden for de tre protokoller. Hældningen af linjen var højest for den infusionsrelaterede protokol (m = 2,794), mellemliggende for bolte-only (1,377) og mindste for en infusion (1,159).

Figure 1
Figur 1: rutediagram over procedurer for FDG-fPET-eksperimenter. Top: procedurer for forhåndsscreening af deltagere forud for studie rekruttering. Underdel: procedurer for protokoller med kun bolte (til venstre), infusionsvæske (i midten) og bolte/infusion (til højre). Den medarbejder, der er ansvarlig for hver procedure, er angivet i parentes. Sektions-id'er refererer til afsnittene i den tekst, hvor proceduren er beskrevet. * EKSKL. tidspunkter, hvor deltagere kan udelukkes, enten for MR eller PET scanning uforenelighed, eller ikke opfylder indrejsekrav (f. eks, kognitive og psykologiske krav). NMT = nuklear medicin Technologist, RA = Research Assistant, RG = Radiographer, LA = Lab Assistant. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: parametre for timing og den forventede plasma radioaktivitet fra de tre protokoller. Røde, grønne og blå spor repræsenterer den hypotese, at plasma radioaktivitets kurver for henholdsvis bolte-, infusions-og bolte/infusions protokoller er. Bemærk, at disse spor kun er til illustrerende formål. Se figur 3 for opnåede plasma radioaktivitets kurver. Timingen parametre er overlejret til at vise den relative timing af opgaven i forhold til den forventede plasma radioaktivitet. Den indlejrede blok design (Jamadar et al. 201919) har en langsom vekslen (10/5 min) mellem skakbræt stimulation og øjne-åben hvile. Indlejret i ' on ' blokke er en hurtig vekslende (20 s) on/off design. Den langsomme vekslen giver FDG-fPET kontrast. Den hurtige vekslen giver fed-fMRI kontrast. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: plasma radioaktivitets kurver for de tre deltagere. Henfald blev korrigeret til det tidspunkt, hvor blodet blev udtaget. Pilen indikerer ophør af infusionen for infusions-og infusions protokoller. Tiden er på minutter. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: parameter kort på individuelt niveau fra den generelle lineære model, PET-signalet og den monterede GLM-respons og-fejl. i) statistisk parameter (T) på individuelt niveau for hvert af de tre, tærskel på p (ikke korrigeret) < 0,1, k = 50 voxels. (II) Pet signal tværs over den visuelle cortex i regioner af interesse: fem occipital (venstre og højre HOC1, hOC2, gennemsnitlige hOC3d/3V, gennemsnitlig 4d/4la/4lp/4V, hoc5 Daily) og frontal (venstre og højre gennemsnit FP1/2) kontrolområder. Bemærk, at de venstre områder vises i faste streger, højre områder vist i punkterede linjer. (III) model pasform og fejl på tværs af tid til toppen af aktiviteten i hvert emne. Pil viser slutningen af infusionsperioden. (AIII) kun peak Activity MNI-koordinat (-24,-100, 12), T = 4,07; infusionsvæske (Biii) peak aktivitet MNI koordinat (10,-86, 12), T = 4,25; pulus/infusion peak aktivitet koordinat (26,-65,-10), T = 5,17. Bemærk, at for den infusionsrelaterede protokol kunne modellen ikke estimeres for den første hvileperiode på grund af et meget lavt signal. Bemærk også, at den større skala for den infusionsrelaterede protokol sammenlignet med protokollerne med bolte og bolte/infusion. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: signal til støjforhold i hele optagelsesperioden. Plottet viser den inverse variationskoefficient (gennemsnit/SD) af den første eigenvariat af aktiviteten inden for peak voxel i hver skakbræt blok. SD = standardafvigelse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Deltager 1 Deltager 2 Deltager 3
Administrations protokol kun bolte kun infusion bolte/infusion
Alder (år) 18 19 19
Køn F M F
Håndethed R R R
Års uddannelse 12 14 14
Aktuel akse I psykiatrisk sygdom Ingen Ingen Ingen
Historie af hjerte-kar-sygdom Ingen Ingen Ingen
Regelmæssig medicin Ingen Ingen Ingen

Tabel 1: demografiske oplysninger for de tre deltagere.

Supplement 1: eksempel på deltagerens postformular. I denne protokol er RA ansvarlig for registrering af tidspunktet for bolte og infusion start og beregning af tidspunktet for blodprøver. Den RA giver derefter kopier af denne formular til NMT og LA. Under forsøget registrerer RA de tidspunkter, hvor prøverne blev udtaget med henblik på efterfølgende henfalds korrektion. LA registrerer måle tiden og måleværdierne i afsnittet noter. Klik venligst her for at se denne fil (Højreklik for at downloade).

Supplement 2: variabilitet i statistiske parameter kort med forskellige statistiske tærskler. Resultaterne præsenteres i skiver ved en række tærskler fra p = 1,0 til FWE p < 0,05. Klik venligst her for at se denne fil (Højreklik for at downloade).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

FDG-PET er en kraftfuld imaging teknologi, der måler glukoseoptagelse, et indeks af cerebral glukose metabolisme. Til dato, de fleste neurovidenskabelige undersøgelser ved hjælp af FDG-PET bruge en traditionel bolt administration tilgang, med en statisk billede opløsning, der repræsenterer Integral af alle metaboliske aktivitet i løbet af scanningen2. Dette manuskript beskriver to alternative radiotracer-administrations protokoller: infusionsvæsken (f. eks. villien et al., jamadar et al.19,21) og hybrid bolte/infusion (f. eks. rischka et al.20) protokoller. De tre protokoller viste en tidsmæssig opløsning på 16 s, tids låst til en stimulus, på individuelt niveau.

Det kritiske punkt i metoden er starten på scannings protokollen. På dette tidspunkt, skal begyndelsen af PET erhvervelse være tids låst til begyndelsen af fed-fMRI sekvens (hvis du bruger samtidig MR-PET), samt starten af stimulus præsentation. Stimulus indtræder og varigheder skal være i stand til at være låst til starten af scanningen for første niveau modeller. I den eneste protokol, der er understøttet af bolden, skal den leveres i begyndelsen af PET-købet for at opfange spids signalet (figur 4). I infusions protokollen skal begyndelsen af infusionen være låst til PET-erhvervelsen for at sikre nøjagtig modellering af optagelsen på første niveau. I den bolsjer/infusion protokol, den bolte bør være tid-låst til PET erhvervelse, med infusionen starter på en kendt, kort periode, efter at bolden. For at procedurerne kan flyde korrekt inden for denne korte tidsperiode, bør hver af de ansatte (NMT, RG, RA) forberedes tilstrækkeligt inden scanningen påbegyndes (figur 1). ' Kjole prøver ' anbefales at koreografertimingen af denne kritiske fase.

Til dato er ca. 60 forsøgspersoner blevet testet ved hjælp af en af disse protokoller i vores laboratorium (det største antal ved hjælp af protokollen om infusion). Der er to almindeligt forekommende årsager til, at emnet bliver udmattelse, eller at købet mislykkes. (1) forskerne er ikke i stand til at kanyle deltageren på grund af vanskeligheder med at finde vener. For at løse dette skal alle deltagere drikke mindst to glas vand før scanningen. Hvis der kun kan opnås én kanyle, udelades blodprøvetagning for den pågældende deltager. (2) deltagerne kan ikke gennemføre scanningen. I modsætning til MRI kan PET-anskaffelsen ikke afbrydes og genstartes. De mest almindeligt forekommende årsager til at deltage i scanningen skyldes toilet pauser og problemer med termisk regulering. Deltagerne har rapporteret, at kravet om at forbruge vand før scanningen øger behovet for at urinere. Således er alle deltagere forpligtet til at gøre det før scanning. Deltagerne har også rapporteret, at infusionen af Tracer efterlader dem følelse meget koldt, og kulderystelser udløses i nogle mennesker. Tidligere undersøgelser har vist, at omgivende temperatur kan påvirke den arteffaktiske aktivitet i FDG-PET-scanninger46. Problemet løses ved at bruge et engangs Quilt til alle deltagere under scanningen.

Resultaterne vises på det individuelle emneniveau for de tre administrations protokoller. Som forventet havde koncentrationen af plasma-radioaktivitet (figur 3) det største højdepunkt for den kun-protokol, men den mest vedvarende radioaktivitet blev opnået i forbindelse med en infusion af bolsjer/infusionsvæsken. Plasmakoncentrationen var lavest for infusions protokollen. For både infusions-og infusions protokoller, faldt koncentrationen på det tidspunkt, hvor infusionen ophørte. PET-signalet på tværs af ROIs (figur 4bii) viste det største signal i protokollen for bolte/infusion. Denne deltager viste også den klareste differentiering mellem ROIs. Kvalitativt var PET-signalet svagest i infusions protokollen. Det er muligt, at den infusionsrelaterede protokol vil give bedre resultater i et længere eksperiment (> 50 min). Dette vil dog sandsynligvis øge antallet af deltageres udmattelse. I den første niveau generelle lineære modeller, model fejl var meget større i den infusion-only protokol sammenlignet med de bolte-only og bolte/infusion protokoller (figur 4III). Signal-til-støj under opgave perioderne (figur 5) indikerede, at det mest stabile signal på tværs af optagelsesperioden blev opnået ved hjælp af den såkaldte "bolte/infusions protokol". Yderligere undersøgelser er nødvendige for at afgøre, om disse virkninger er opretholdt i en større prøve.

fPET er en forholdsvis ny metode (først offentliggjort af Villien et al.21), og dataene er relativt komplekse at erhverve sammenlignet med traditionelle Neuroimaging tilgange som statisk PET og MRI/fMRI. Der er således stor plads til forbedring af dataindsamlings protokollerne. Denne undersøgelse præsenterer anskaffelses protokollen for tre Tracer-administrations protokoller (kun til infusion, infusionsvæske, og bolte plus-infusion) og de repræsentative resultater fra individuelle forsøgspersoner for hver metode. I denne gruppe blev der ikke udført nogen arteriel prøveudtagning på grund af procedurens invasivitet og kravet om en MD på stedet. Vores billedanalyser er derfor ikke omfattet af de kvantitative oplysninger, der tilvejebringes ved arteriel prøvetagning. Bemærk, at Hahn et al.17 fandt fremragende aftale mellem arteriel og venøs prøveudtagning til bestemmelse af kortikale cerebral metaboliske sats af glucose (CMRGlc) for konstant infusion FDG-fpet. Andre publicerede værker43,44,45 diskuterer arterielle, venøse og billed afledte inputfunktioner til PET i detaljer.

Manuel blodprøvetagning, hvad enten arteriel eller venøs, kræver personale til at komme ind i scanneren rummet, mens scanningen er i gang. De fleste scannere har en RF-lås til scanner rummet, hvilket gør det muligt for medarbejderne at få adgang til lokalet under scanningen uden at forårsage elektromagnetiske forstyrrelser i MR-billederne. Personale, som kommer ind i lokalet under scanningen, kan dog øge strålingseksponeringen for personalet, forårsage ubehag i deltageren og øge deltager bevægelsen og tilbagetrækningen fra kognitive opgaver. Disse faktorer tilskynder til indsamling af så få prøver som nødvendigt. Udtagning af prøver hver 5 − 10 minutter, mens dosis administreres, er tilstrækkelig til at observere den lavfrekvente blod dynamik, der forventes fra de tre undersøgte protokoller. Denne stikprøvefrekvens begrænser imidlertid muligheden for at kvantificere højfrekvente tidsmæssige karakteristika, især den nøjagtige størrelse og form af toppene efter administration af bolte. Hvis sådanne egenskaber er af betydning, kan brugen af automatiseret blodprøve Udtagningsudstyr være gavnlig.

Endelig blev der udviklet traditionelle PET-modelleringsmetoder til statisk billeddannelse (f. eks. kinetisk, Patlak). Der kræves mere arbejde for at opdatere de matematiske modeller for anvendelse til fPET-data.

Kort sagt præsenterer dette manuskript alternative metoder for FDG radiotracer administration til højtemporale opløsning FDG-PET, med en opløsning på 16 s. Denne tidsmæssige opløsning sammenlignes positivt med de nuværende standarder i litteraturen. Hahn et al., jamadar et al. og villien et al.17,18,19,21 rapporterer FDG-fpet med 1 min. opløsning, og rischka et al.20 opnåede stabile FDG-fpet-resultater med en ramme varighed på 12 s ved hjælp af 20/80% bolte plus infusion. Den, der præsenteres her, ser ud til at give det mest stabile signal i den længste periode sammenlignet med protokollerne med kun bolte og infusionsvæske.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen interessekonflikt. Finansieringskilden var ikke involveret i undersøgelsens design, indsamling, analyse og fortolkning af data.

Acknowledgments

Jamadar er understøttet af et australsk Forskningsråd (ARC) Discovery Early Career forsker Award (DECRA DE150100406). Jamadar, Ward og Egan understøttes af ARC Center of Excellence for Integrativ Brain Function (CE114100007). Chen og Li støttes af midler fra Reignwood Cultural Foundation.

Jamadar, Ward, Carey og McIntyre designede protokollen. Carey, McIntyre, Sasan og Fallon indsamlede dataene. Jamadar, Ward, Parkes og Sasan analyserede dataene. Jamadar, Ward, Carey og McIntyre skrev det første udkast til manuskriptet. Alle forfattere har gennemgået og godkendt den endelige version.

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).
Radiotracer administration for høj tidsmæssig opløsning Positron emission tomografi af den menneskelige hjerne: ansøgning til FDG-fPET
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

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