Waiting
Login processing...

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

Behavior

Radiotracer toediening voor hoge temporele resolutie positron emissie tomografie van het menselijk brein: toepassing op FDG-fPET

doi: 10.3791/60259 Published: October 22, 2019

Summary

Dit manuscript beschrijft twee radiotracer beheerprotocollen voor FDG-PET (constante infusie en bolus plus infusie) en vergelijkt deze met bolustoediening. Tijdelijke resoluties van 16 s zijn haalbaar met behulp van deze protocollen.

Abstract

Functionele positron emissie tomografie (fPET) biedt een methode om moleculaire doelen in het menselijk brein bij te houden. Met een radioactief gelabeld glucose-analoog, 18F-fluordeoxyglucose (FDG-fpet), is het nu mogelijk om de dynamiek van het glucose metabolisme te meten met tijdelijke resoluties die die van functionele magnetische resonantie beeldvorming naderen (fMRI). Deze directe meting van de opname van glucose heeft een enorm potentieel voor het begrijpen van de normale en abnormale hersenfunctie en het aftasten van de effecten van metabole en neurodegeneratieve ziekten. Verder, nieuwe vooruitgang in hybride Dhr-PET hardware maken het mogelijk om te vangen schommelingen in glucose en bloed oxygenatie gelijktijdig met behulp van fMRI en FDG-fPET.

De temporele resolutie en signaal-ruis van de FDG-fPET beelden is kritisch afhankelijk van de toediening van de radio Tracer. Dit werk presenteert twee alternatieve continue infusie protocollen en vergelijkt ze met een traditionele bolus aanpak. Het presenteert een methode voor het verkrijgen van bloedmonsters, tijdvergrendelende PET, MRI, experimentele stimulans, en het beheer van de niet-traditionele Tracer levering. Met behulp van een visuele stimulans, de protocol resultaten tonen corticale kaarten van de glucose-respons op externe stimuli op een individueel niveau met een temporele resolutie van 16 s.

Introduction

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

Positron emissie tomografie (PET) is een krachtige moleculaire beeldvormings techniek die op grote schaal wordt gebruikt in zowel klinische als onderzoeksinstellingen (Zie Heurling et al.1 voor een recente uitgebreide beoordeling). De moleculaire doelen die kunnen worden afgebeeld met behulp van Pet worden alleen beperkt door de beschikbaarheid van radiotracers, en tal van tracers zijn ontwikkeld om beeld neurale metabolisme receptoren, eiwitten, en enzymen2,3. In de neurowetenschappen is een van de meest gebruikte radiotracers 18F-fluorodeoxyglucose (FDG-PET), die de opname van glucose meet, meestal geïnterpreteerd als een index van het cerebrale glucose metabolisme. Het menselijk brein vereist een constante en betrouwbare levering van glucose om te voldoen aan de energie-eisen4,5, en 70-80% van cerebrale glucose metabolisme wordt gebruikt door neuronen tijdens synaptische transmissie6. Veranderingen in cerebrale glucose metabolisme worden verondersteld te initiëren en bijdragen aan talrijke voorwaarden, met inbegrip van psychiatrische, neurodegeneratieve, en ischemische voorwaarden7,8,9. Bovendien, als FDG-opname is evenredig met synaptische activiteit10,11,12, het wordt beschouwd als een directere en minder congefundeerde index van neuronale activiteit in vergelijking met de meer gebruikte bloed oxygenatie niveau-afhankelijke functionele magnetische resonantie imaging (BOLD-fMRI) respons. BOLD-fMRI is een indirecte index van neurale activiteit en meet veranderingen in gedeoxygeneerde hemoglobine die optreden na een cascade van neurovasculaire veranderingen na Neuronale activiteit.

De meeste FDG-PET-studies van het menselijk brein verwerven statische beelden van cerebrale glucose opname. De deelnemer rust 10 minuten stil met hun ogen open in een verduisterde ruimte. De volledige radiotracer dosis wordt gedurende een periode van seconden als een bolus toegediend en de deelnemer rust vervolgens nog eens 30 minuten. Na de opnameperiode worden de deelnemers in het midden van de PET-scanner geplaatst en een PET-afbeelding die de cumulatieve FDG-verdeling weergeeft tijdens de opname-en scan perioden. Zo, de neuronale activiteit geïndexeerd door het huisdier afbeelding vertegenwoordigt het cumulatieve gemiddelde van alle cognitieve activiteit over opname en scan perioden en is niet specifiek voor cognitieve activiteit tijdens de scan. Deze methode heeft een groot inzicht verschaft in het cerebrale metabolisme van de hersenen en neuronale functie. Echter, de tijdelijke resolutie is gelijk aan de Scanduur (vaak ~ 45 min, effectief het opleveren van een statische meting van de opname van glucose; dit vergelijkt ongunstig naar neuronale reactie tijdens cognitieve processen en gemeenschappelijke experimenten in neuroimaging. Vanwege de beperkte temporele resolutie biedt de methode een niet-specifieke index van de opname van glucose (d.w.z. niet vergrendeld aan een taak of cognitief proces) en kan geen maatregelen van binnen-onderwerp variabiliteit bieden, wat kan leiden tot foutieve wetenschappelijke conclusies als gevolg naar de paradox13van Simpson. De paradox van Simpson is een scenario, waarbij hersen verhoudingen die over-onderwerpen worden berekend, niet noodzakelijkerwijs indicatief zijn voor dezelfde relaties die binnen-onderwerpen zijn getest. Bovendien kunnen recente pogingen om functionele connectiviteits maatregelen toe te passen op FDG-PET alleen de connectiviteit tussen verschillende onderwerpen meten. Verschillen in connectiviteit kunnen dus alleen worden vergeleken tussen groepen en kunnen niet worden berekend voor individuele proefpersonen. Hoewel het discreerbaar is wat de connectiviteit van de verschillende onderwerpen14betreft, is het duidelijk dat maatregelen die over-maar niet binnen-subjecten worden berekend, niet kunnen worden gebruikt als biomarker voor ziektetoestanden of worden gebruikt om de bron van individuele variatie te onderzoeken.

In de afgelopen vijf jaar heeft de ontwikkeling en bredere toegankelijkheid van klinisch-grade gelijktijdige MRI-PET-scanners een hernieuwde onderzoeksinteresse gewekt in FDG-PET Imaging2 in cognitieve neurowetenschappen. Met deze ontwikkelingen hebben onderzoekers zich gericht op het verbeteren van de temporele resolutie van FDG-PET om de normen van BOLD-fMRI (~ 0.5 − 2.5 s) te benaderen. Merk op dat de ruimtelijke resolutie van BOLD-fMRI de submillimeter resoluties kan benaderen, maar de ruimtelijke resolutie van FDG-PET is fundamenteel beperkt tot ongeveer 0,54 mm volledige breedte op halve maximum (FWHM) als gevolg van het positron bereik15. Dynamische FDG-huisdieren overnames, die vaak klinisch worden gebruikt, gebruiken de bolus toedieningsmethode en reconstrueren de lijst-modus gegevens in opslaglocaties. De bolus dynamische FDG-PET methode biedt een temporele resolutie van ongeveer 100 s (bijv. Tomasi et al.16). Dit is duidelijk veel beter in vergelijking met statische FDG-PET Imaging, maar is niet vergelijkbaar met BOLD-fMRI. Bovendien is het venster waarin de hersenfunctie kan worden onderzocht beperkt, omdat de bloed plasmaconcentratie van FDG kort na toediening van de bolus afneemt.

Om dit experimentele venster uit te breiden, hebben een handvol studies17,18,19,20,21 de radiotracer infusiemethode aangepast die eerder door Carson22werd voorgesteld, 23. Bij deze methode, soms omschreven als "functioneel FDG-PET" (FDG-fPet, analoog aan Bold-fMRI), wordt de radio Tracer toegediend als een constante infusie tijdens de gehele pet-scan (~ 90 min). Het doel van het infuus protocol is het handhaven van een constante plasma toevoer van FDG om dynamische veranderingen in glucose opname te volgen gedurende de tijd. In een proof-of-concept studie gebruikte Villien et al.21 een constant Infusion protocol en gelijktijdige MRI/FDG-fPet om dynamische veranderingen in de glucose opname te laten zien als reactie op een dambord stimulatie met een temporele resolutie van 60 s. Volgende studies hebben deze methode gebruikt om taak-vergrendelde FDG-fPet (d.w.z. tijd vergrendeld aan een externe stimulus19) en taakgerelateerde FDG-fPet (d.w.z. niet tijdgebonden aan een externe stimulus17te tonen, 18) opname van glucose. Met behulp van deze methoden, FDG-fhuisdier tijdelijke resoluties van 60 s zijn verkregen, wat een substantiële verbetering ten opzichte van de bolus methoden. Voorlopige gegevens tonen aan dat de infuus methode tijdelijke resoluties van 20 − 60 s19kan geven.

Ondanks de veelbelovende resultaten van de constante infusiemethode, tonen de plasma radioactiviteitscurves van deze onderzoeken aan dat de infusiemethode niet volstaat om een steady-state te bereiken binnen het tijdsbestek van een 90 min scan19,21. In aanvulling op de constante infusie procedure, Carson22 ook voorgesteld een hybride bolus/infusie procedure, waarbij het doel is om snel evenwicht te bereiken aan het begin van de scan, en dan ondersteunen plasma radioactiviteitsniveaus bij evenwicht voor de duur van de scan. Rischka et al.20 heeft deze techniek onlangs toegepast met behulp van een 20% bolus plus 80% infusie. Zoals verwacht, de arteriële input functie snel steeg boven de basislijn niveaus en was langdurig op een hoger tarief, in vergelijking met resultaten met behulp van een infusie-only procedure19,21.

Dit artikel beschrijft de acquisitie protocollen voor het verkrijgen van Pet-scans met een hoge temporele resolutie van FDG-fmet behulp van infusie-only en bolus/infusie radiotracer toediening. Deze protocollen zijn ontwikkeld voor gebruik in een gelijktijdige MRI-PET-omgeving met een 90 − 95 min acquisitie tijd19. In het protocol worden bloedmonsters genomen om de radioactiviteit van het plasma serum te kwantificeren voor latere kwantificering van PET-beelden. Hoewel de focus van het protocol de toepassing van infusie methoden voor functionele neuroimaging met behulp van vet-fMRI/FDG-fpet is, kunnen deze methoden worden toegepast op elke Pet-studie van FDG-f, ongeacht of gelijktijdige MRI, Bold-f MRI, computertomografie (CT), of andere neuro images worden verworven. Afbeelding 1 toont het stroomschema van de procedures in dit protocol.

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

Dit protocol is beoordeeld en goedgekeurd door het ethisch comité van de Monash University Human Research (erkenningsnummer CF16/1108-2016000590) in overeenstemming met de Australische nationale verklaring over ethisch gedrag in menselijk onderzoek24. Procedures werden ontwikkeld onder leiding van een geaccrediteerde medische fysicus, nucleaire geneeskunde technoloog, en klinische radio graaf. Onderzoekers moeten verwijzen naar hun lokale deskundigen en richtlijnen voor de toediening van ioniserende straling bij de mens.

1. benodigde apparatuur en personeel

  1. Zie de tabel met materialen voor de scanner kamer, het radiochemie laboratorium en algemene materialen. Een commerciële leverancier werd gebruikt voor de radio Tracer.
  2. Gebruik in de gelijktijdige MRI-PET-omgeving vier personeelsleden: een radiograaf (RG) om de scan uit te voeren, een nucleaire geneeskundige technoloog (NMT) om toezicht te houden op de toediening van de radio Tracer en de overname van bloedmonsters, een laboratoriumassistent (LA) om bloed te spinnen, en een Research Assistant (RA) die verantwoordelijk is voor het toezicht op het experimentele ontwerp en de stimulerende presentatie.

2. voorbereiding

  1. Voorbereiding van de Tracer dosis door de NMT
    1. Bereken het infuus volume dat tijdens de scan wordt toegediend. In dit protocol is de infusiesnelheid 0,01 mL/s over 95 min. Dus, in een 95 min scan, deelnemers ontvangen 0,01 mL/s x 60 s x 95 min = 57 mL.
    2. Bereken de Tracer dosis die in de toegediende zoutoplossing wordt verdund. In dit protocol wordt een totale dosis van 260 MBq toegediend aan de deelnemer over 95 min. Deze dosis werd gekozen om de stralingsblootstelling te beperken tot 4,9 mSv, om binnen de categorisatie van het ' laag niveau risico ' te blijven volgens de richtlijnen van de Australische stralingsbescherming en nucleaire veiligheidsinstelling (ARPANSA) voor blootstelling van mensen aan ioniserende straling25. Verval correct 260 MBq vanaf het midden van de infusie punt (47,5 min) terug naar T0. Met behulp van vergelijking 1, op te lossen voor een0

      Wanneer eent de radioactiviteit (MBq) is halverwege het tijdpunt van de infusie, is een0 de eerste radioactiviteit en is λ de constante van het radioactieve verval die specifiek is voor de Tracer. Voor FDG is de waarde van is λ ≈ 0.693/T1/2. T1/2 is de halfwaardetijd van 18F (110 min).
      Opmerking: in dit voorbeeld, eent = 260 MBq, λ = 0.693/110, en t =-47,5, dus een0 = 350,942 MBq.
    3. Bereken de vereiste radiotracer dosis voor de 100 mL zoutzak die zal worden gebruikt voor het toedienen van de dosis aan de deelnemer. De vereiste radio Tracer voor de zoutzak wordt verdund tot een totaal volume van 5 mL en in een injectiespuit van 5 mL opgesteld. Daarom is voor de 100 mL zoutzak de verdunningsfactor het volume van de zoutoplossing (100 mL) naast het 5 mL volume van de spuit met radio Tracer. Dit totale volume van 105 mL wordt gedeeld door het infusie volume van 57 mL (d.w.z. 105 mL/57 mL = 1,842). De totale radioactiviteit in een volume van 5 mL die nodig is voor aanvulling op de 100 mL zak is dus een0 x de verdunningsfactor (D.w.z. 350,942 MBq x 1,842 = 646,44 MBq). Voeg aseptisch de radio Tracer toe aan de zoute zak.
      Opmerking: het is belangrijk op te merken dat de berekende activiteit van 646,44 MBq die wordt toegevoegd aan de zoutzak de activiteit is die nodig is bij het begin van de infusie. Over het algemeen worden de doses voor dit protocol bereid tussen 15 min tot 1 uur vóór toediening. Daarom is het belangrijk om te factor in het verval van de radio-isotoop. Vergelijking 1 in 2.1.2. kan worden gebruikt om dit te voorkomen, waarbij tijd (t) het totale aantal minuten is van de bereiding van de dosis tot wanneer de activiteit zal worden toegediend, eent = 646,44 MBq, door het oplossen van een0.
    4. Bereid de priming dosis. Trek 20 mL van de zak in een spuit en dop het. Kalibreer deze spuit en het etiket van 20 mL. De spuit is gekalibreerd als een referentie-controle om ervoor te zorgen dat de radioactiviteit gelijkmatig is verdeeld in de zoute zak.
    5. Bereid de dosis voor. Zuig met een 50 mL spuit 60 mL op uit de tas en dop met een rode combi stopper. Deze spuit is niet gekalibreerd, omdat de concentratie van de radioactiviteit bekend is vanaf het moment dat deze werd toegevoegd aan de zoutzak (stap 2.1.3). Bewaar beide spuiten in het radiochemie laboratorium tot u klaar bent om te scannen.
      Opmerking: het is mogelijk om een volume van 60 mL te tekenen in een injectiespuit van 50 mL, omdat Terumo-spuiten zijn gemerkt tot 20% boven het gelabelde volume (d.w.z. een injectiespuit van 50 mL is gemarkeerd als 60 mL).
    6. Bereid de referentiedosis voor. Vul een maatkolf van 500 mL met ongeveer 480 mL gedistilleerd water. Maak 10 MBq 18F-FDG in een injectiespuit, verval gecorrigeerd naar de starttijd van de scan (met vergelijking 1) en voeg deze toe aan de kolf. Boven het volume tot aan de 500 mL markering met meer gedistilleerd water en meng grondig. Bevestig labels voor-en nakalibratie voor de spuit.
  2. Scanner kamer voorbereiding door de NMT
    1. Zodra de deelnemer in de scanner is geplaatst, is er zeer weinig ruimte om de lijn voor infusie of bloedmonsters te manipuleren of te redden als verstopping optreedt. Bereid de scanner ruimte voor om de kans op verstopping van de lijn te minimaliseren.
    2. Zorg ervoor dat alle apparatuur voor bloedinzameling binnen handbereik is van de ophaallocatie. Plaats onderkussens aan het uiteinde van de canule en op elk oppervlak dat bloedvaten zal bevatten. Plaats vuilnisbakken voor regulier afval en biologisch gevaarlijk afval binnen handbereik van de site van Blood Collection.
  3. Bereiding van de infusiepomp door de NMT
    1. Stel de infuuspomp in de scanner kamer aan de zijkant die op de deelnemer wordt aangesloten. Bouw lood stenen rond de basis van de pomp en plaats het lood schild voor de pomp. Sluit de slang voor de infusiepomp aan die de infusie aan de deelnemer levert en zorg ervoor dat de juiste infusiesnelheid is ingevoerd. Voor dit protocol is het tarief 0,01 mL/s.
    2. Prime de slang voordat deze is aangesloten op de canule van de deelnemer. Sluit de 20 mL priming dosis aan op de infusiepomp. Bevestig aan het uiteinde van de slang die op de deelnemer wordt aangesloten een driewegkraan en een lege 20 mL spuit. Zorg ervoor dat de kraan gepositioneerd is om de 18F-FDG-oplossing via de slang uit de priming-dosis te laten vloeien en alleen in de lege spuit te verzamelen.
    3. De infusiepomp wordt ingesteld op een volume van 15 mL. Selecteer de Prime -knop op de pomp en volg de aanwijzingen om de lijn te prime.
    4. Bevestig de 50 mL doseerspuit aan de infusiepomp in plaats van de priming dosis. De 15 ml klaar dosis op de drie-weg kraan kan er blijven totdat de deelnemer klaar is om te worden aangesloten op de pomp.
  4. Voorbereiding door de deelnemers door de NMT, RA en RG
    1. Adviseer de deelnemers om te vasten voor 6 uur, en om alleen water te consumeren (ongeveer twee glazen), voorafgaand aan de scan.
    2. Laat de RA de toestemmingsprocedures uitvoeren en aanvullende maatregelen nemen (bijvoorbeeld demografische enquêtes, cognitieve batterijen, enz.). Laat de NMT en RG de veiligheidsschermen uitvoeren, de NMT-controle veiligheid voor het scannen van huisdieren (bijv. uitsluiting voor zwangerschap, diabetes, chemotherapie of radiotherapie in de voorgaande 8 weken en bekende allergieën) en de RG Review deelnemer veiligheid voor MRI-scanning (bijv. uitsluiting voor zwangerschap, medische of niet-medische metalen implantaten, niet-verwijderbare tandheelkundige implantaten, claustrofobie).
    3. De deelnemer te cannuleren.
      1. Gebruik twee cannulas: één voor dosistoediening en de andere voor bloed bemonstering. De meest geschikte canule varieert tussen de deelnemers, maar de meest geschikte ader moet worden gereserveerd voor bloedafname. Een canule van 22 G is de voorkeurs minimummaat. Verzamel een 10 mL Baseline bloedmonster tijdens het cannuleren. Ontkoppel alle zoute opvliegers onder druk om de patentie van de lijn te behouden.
      2. Test de bloedsuikerspiegel van de deelnemer en andere Baseline bloed metingen (bijv. hemoglobine) uit het Baseline monster.
  5. Deelnemer positionering in de scanner door de RG en NMT
    1. Laat de RG positie van de deelnemer in de scanner boring. Voor lange scans, is het noodzakelijk om te zorgen voor comfort om het risico van de deelnemer uitvallen en bewegings artefact als gevolg van ongemak te verminderen. De deelnemer moet worden bedekt met een wegwerp deken om een comfortabele lichaamstemperatuur te behouden.
    2. Laat de NMT de canule spoelen om ervoor te zorgen dat het octrooi met minimale weerstand is voordat de infusielijn wordt aangesloten. Eenmaal aangesloten, kan de slang licht worden geplakt in de buurt van de pols. Instrueer de deelnemer om zijn arm rechtgetrokken te houden. Gebruik steunen zoals schuim of kussens voor comfort. Laat de NMT ook de canule controleren die zal worden gebruikt voor plasma monsters om ervoor te zorgen dat het bloed met minimale weerstand kan worden teruggetrokken. Het kan nodig zijn om een verlengbuis met een normale zoutoplossing aan te sluiten om de canule toegankelijker te maken terwijl de deelnemer in de scanner zit. Als dit nodig is, moet deze worden gecontroleerd op lekkages.
    3. Zodra het onderwerp is in de scanner boring, hebben de NMT controleren of ze hebben geschikte toegang tot beide cannulas.
    4. Laat de NMT de RG en RA waarschuwen als er problemen zijn met de bloedafname canule, infusie canule of de infusiepomp (bijv. occlusie, batterij, extravasatie) op elk moment tijdens de scan.

3. Scan de deelnemer

  1. De scan starten met de NMT, RG en RA
    1. Situeren aan het begin van de scan de NMT in de scanner ruimte om de infusie apparatuur te bewaken. Zorg ervoor dat de NMT gehoorbescherming draagt en het barrière schild gebruikt om zo mogelijk blootstelling aan straling van de dosis te minimaliseren.
    2. Als de RG de localizer scan uitvoert om ervoor te zorgen dat de deelnemer in de juiste positie staat, controleer dan de details van de huisdieren overname (bijv. Scanduur, gegevensverzameling in de lijst modus, juiste isotoop).
    3. Ontwerp het protocol zodat de aanschaf van het huisdier begint met de eerste MRI-sequentie. De RG bereidt en start de MRI-sequentie. De starttijd van de 95 min huisdier overname is tijd vergrendeld aan het begin van de MRI-sequentie. Indien nodig moet de NMT de bolus afleveren op het moment van de aanschaf van een huisdier (Figuur 1).
    4. Start de infusiepomp. De RG moet de NMT (bijv. via een duim omhoog teken) Signa zetten om de pomp 30 sec. te starten na de start van de huisdieren overname. Dit protocol start de infusiepomp 30 s na de begintijd van de scan om een veiligheids buffer te bieden in geval van een scan storing. Dit zorgt er ook voor dat de eerste afbeelding genomen tijdens de PET scan indexeert de hersenen voorafgaand aan radio Tracer administratie voor volledige tijd activiteit curve gegevensverzameling. Laat de NMT de pomp observeren om er zeker van te zijn dat deze de 18F-FDG is gaan insmelten en dat er geen onmiddellijke afsluiting van de lijn is.
    5. Laat de RA een externe stimulans initiëren op de afgesproken tijd (d.w.z. aan het begin van een functioneel run/experimenteel blok) en bereken de tijd voor bloedmonsters. Een voorbeeld van een recordformulier wordt weergegeven in supplement 1. Laat de RA de voorspelde tijd van elk bloedmonster berekenen en geef kopieën aan de NMT en de labassistent (LA). Laat de RA ervoor zorgen dat de NMT de bloedmonsters op ongeveer de juiste tijd neemt en bewaakt de apparatuur (bijv. infusiepomp, stimulus) op tekenen van fouten.
  2. Neem bloedmonsters met regelmatige tijdsintervallen
    1. Laat de NMT en RA elke 10 min één monster nemen. Er zijn meestal 10 monsters in totaal, niet met inbegrip van de basislijn voorbeeld.
    2. Als de MRI-scans gelijktijdig worden gescand met PET-scans, moet de NMT gehoorbescherming dragen bij het betreden van de scanner kamer.
    3. Laat de NMT handschoenen dragen en veeg de punt van de canule schoon. Terwijl de canule-site droogt, open je een 5 ml en een 10 ml spuit, vacutainer en een 10 ml zoutoplossing flush.
    4. Gebruik de injectiespuit van 5 mL en zuig 4-5 mL vers bloed op en gooi de spuit weg in het afval van Biohazard.
    5. Gebruik de injectiespuit van 10 mL en zuig tot 10 mL bloed op. Het volume kan worden beperkt door hoe gemakkelijk het bloed kan worden teruggetrokken. Het is belangrijk om te minimaliseren van elke weerstand vervolgens veroorzaken schade aan de rode bloedcellen die kunnen hemolyseren. Bij de midcollection punt, hebben de NMT signaal aan de RA, die zal markeren deze tijd op het recordformulier (supplement 1) als de ' werkelijke ' tijd van het monster.
    6. Sluit de 10 mL spuit aan op de vacutainer en stort vervolgens het bloed in de desbetreffende bloed buis.
    7. Spoel de canule snel met 10 mL zoutoplossing, losgekoppeld onder druk, om de kans op lijnstolling te minimaliseren.
    8. Neem onmiddellijk het bloedmonster naar het radiochemie laboratorium voor analyse.
  3. Het bloed door de LA te spinnen
    1. Laat de LA alle apparatuur klaarstaan (tabel 1) en draag handschoenen. Er zijn drie racks voor de monsters: één voor bloedbuizen, één voor pipetteren van het monster en één voor gevulde Pipetteer monsters (pre-en post-Counting).
      1. Laat de LA regelmatig handschoenen verwisselen tijdens de procedure, vooral bij het hanteren van de telbuis. Als de LA een radioactieve plasma verontreiniging op hun handschoenen heeft, kan deze worden overgebracht naar de telbuis en het aantal geregistreerde tellingen van het monster op een andere wijze verhogen.
    2. Het bloedmonster kan in de centrifuge worden geplaatst als de beschikbaarheid van personele middelen toestaat, omdat de tijd dat het bloedmonster werd genomen, en de tijd dat het werd geteld werd genoteerd. Draai alle monsters bij een relatieve centrifugale kracht van 724 x g. De centrifuge-instellingen die voor dit protocol worden gebruikt, zijn 2.000 rpm gedurende 5 minuten met de versnellings-en vertragings curves ingesteld op acht.
    3. Als het monster eenmaal is gesponnen, plaatst u de buis in het Pipetteer rack. Verwijder de buiskap om de monster scheiding niet te storen. Plaats een gelabelde telbuis in het rek. Het etiket moet overeenkomen met de bloed buis.
    4. Zorg ervoor dat de punt stevig op de Pipet is bevestigd. Heb een tissue klaar voor elke druppels. Pipetteer gestaag 1.000 μL plasma uit de bloed buis, breng over naar de telbuis en vervang de deksels op de telbuis en de bloed buis.
    5. Plaats de telbuis in de put teller en tel voor 4 min. Noteer de begintijd van de telling op het registratieblad (' meet tijd ') voor elk monster. Dit is vereist voor latere correcties op de begintijd van de aanschaf van het huisdier. Op latere tijdstippen tijdens de scan, laat de LA elke stap snel achter elkaar om te voorkomen dat een achterstand van monsters.
    6. Gooi het afval van bloedproducten weg in Biohazard Bags.

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-specifieke methoden
Hier, studie-specifieke Details voor de representatieve resultaten worden gerapporteerd. Deze details zijn niet essentieel voor de procedure en zullen variëren in studies.

Deelnemers en taak ontwerp
Deelnemers (n = 3, tabel 2) onderging een gelijktijdige Bold-fMRI/FDG-fPet-studie. Aangezien dit manuscript zich richt op het huisdieren overname protocol, worden geen MRI-resultaten gerapporteerd. Deelnemers ontvingen 260 MBq van 18F-FDG in de loop van een 95 min scan. Deelnemer 1 ontving de volledige dosis als een bolus aan het begin van de scan. Deelnemer 2 ontving de dosis in een protocol met alleen infusie. Deelnemer 3 ontving dezelfde dosis met een hybride 50% bolus plus 50% infusie. Voor zowel de infusiegerelateerde als de bolus/infusie protocollen was de infusieduur 50 min.

De taak werd gepresenteerd in een ingesloten blokontwerp (Figuur 2)19. Dit ontwerp werd eerder getoond om simultaan contrast te bieden voor Task-Evoked BOLD-fMRI en FDG-fPet data. Kort, de taak afgewisseld tussen 640 s knipperende dambord blokken en 320 s rest blokken. Deze langzame afwisseling biedt FDG-fhuisdier contrast. Deze timing parameters werden tijdens de analyse in de algemene lineaire modellen van het eerste niveau ingevoerd. Binnen de 640 s dambord blokken, zijn dambord en rusttijden afgewisseld met een snelheid van 20 s aan/20 s uit. Deze snelle afwisseling, die geschikt is voor BOLD-fMRI, zal hopelijk detecteerbaar zijn met FDG-fpet met toekomstige analyses en verbeteringen in de wederopbouw. In dit protocol, rusttijden waren met de ogen open, gefixeerd op een kruis centraal gepresenteerd op het scherm.

Beeld verwerving en-verwerking
Dhr en PET beelden werden verworven op een Siemens 3T Biograph mMR. PET-gegevens werden verworven in de lijst modus. De MRI-en PET-scans werden in de volgende volgorde verkregen (alleen gegevens die relevant zijn voor het huidige manuscript): (i) T1-gewogen 3D-MPRAGE (TA = 7,01 min, TR = 1.640 MS, TE = 2,34 MS, Flip hoek = 8 °, FOV = 256 x 256 mm2, Voxel grootte = 1 x 1 x 1 mm < c 2 > 3, 176 schijfjes, sagittale verwerving; II) T2-gewogen FLAIR (TA = 5,52 min); (III) QSM (TA = 6,86 min); (IV) gradiënt veld kaart TA = 1,03 min; (v) MIJNHEER attenuatie correctie Dixon (TA = 0,39 min, TR = 4,1 MS, TEin fase = 2,5 MS, teout fase = 1,3 MS, Flip hoek = 10 °); VI) T2 *-gewogen ECHO-vlakke beelden (Epo's) (TA = 90,09 min), P-A-fasecorrectie (TA = 0,36 min); (VII) UTE (TA = 1,96 min). Het begin van de overname van het huisdier werd vergrendeld aan het begin van de T2 * EPIs.

T1-gewogen structurele beelden werden nek-bijgesneden met behulp van fsl-robustfov26, bias gecorrigeerd met N427, en hersenen geëxtraheerd met behulp van mieren28,29 met Oasis-20 sjablonen30,31. T1-gewogen afbeeldingen waren niet-lineair genormaliseerd naar een 2 mm MNI-sjabloon met behulp van mieren32 met de standaard parameterset gedefinieerd door antsRegistrationSyN.sh.

Dit manuscript onderzocht Dynamic FDG-fPET resultaten met bin grootte 16 s. Alle gegevens werden offline gereconstrueerd met behulp van Siemens Syngo E11p en gecorrigeerd voor verzwakking met behulp van pseudoCT33. De gewone Poisson bestelde subset verwachting maximalisatie (OP-OSEM) algoritme met punt spread functie (PSF) modellering34 werd gebruikt met drie iteraties, 21 subsets, en 344 x 344 x 127 (Voxel grootte: 2,09 x 2,09 x 2,03 mm3) reconstructie matrixgrootte. Een 5-mm 3D Gaussiaanse post-filtering werd toegepast op de definitieve gereconstrueerde beelden.

Ruimtelijke herschikking werd uitgevoerd op de dynamische FDG-fpet beelden met behulp van fsl mcflirt35. Een gemiddelde FDG-PET-afbeelding is afgeleid van de hele dynamische tijdreeks en is strak genormaliseerd naar de hoge-resolutie T1-gewogen afbeelding van de individuele met behulp van geavanceerde normalisatie tools (ANT)32. De dynamische FDG-fPET-beelden werden vervolgens genormaliseerd naar MNI-ruimte met behulp van de stijve transformatie in combinatie met de niet-lineaire T1 naar MNI Warp.

Algemene lineaire modellen van het eerste niveau werden geschat met behulp van SPM12 (Wellcome Centre for Human neuroimaging) met het evenement time-Course (checkerboard on, fixatie) gemodelleerd als het effect van de interesse. Gemiddelde opname in een controlegebied, de frontopollaire cortex (links en rechts FP1/236), werd opgenomen als een covariate. Het model bevat geen globale normalisatie, hoogdoorlaatfilter, convolutie met de hemodynamische respons, autoregressief model of maskeer drempel. Een expliciet masker van de visuele cortex in hOC1 − 5 (links en rechts hOC1, 2, 3D, 3V, 4D, 4la4lp, 4V, 537,38,39; SPM anatomie Toolbox v 2.2 b40,41,42) is in het model opgenomen om de model raming te beperken tot regio's die van belang zijn (ROI). In de klinische omgeving worden meerdere regio's geanalyseerd met behulp van hersen atlassen. T contrasten werden gebruikt om de parameter kaarten van de activiteit op individueel niveau te ramen, met een bevrijde drempel van p = 0,1 (niet gecorrigeerd), k = 50 voxels. De resultaten voor elk individu worden ook weergegeven op meerdere drempels in supplement 2.

Resultaten van de concentratie van plasma radioactiviteit
De concentratie curve van de plasma radioactiviteit voor elke deelnemer wordt gegeven in Figuur 3. De grootste radioactiviteitsconcentratie van het piek plasma (3,67 kBq/mL) werd verkregen met behulp van de bolus methode. Visuele inspectie van Figuur 3 toont aan dat de piek optreedt binnen de eerste 10 minuten van het protocol en de concentratie daarna afneemt. Houd er rekening mee dat protocollen die gebruik maken van arteriële of geautomatiseerde bemonstering met een snelheid van minder dan 1 minuut zal waarschijnlijk vinden een piek plasmaconcentratie binnen de eerste minuut. De vertraging hier is omdat het eerste bloedmonster werd genomen op 5 min na bolus. Aan het einde van de opnameperiode was de plasma radioactiviteit 35% van de piek (1,28 kBq/mL). Het alleen-infusie protocol bereikte maximum (2,22 kBq/mL) bij 50 min, het einde van de infusieperiode. Aan het einde van de opnameperiode werd de concentratie gehandhaafd op 68% van de piek (1,52 kBq/mL). Net als het bolus protocol bereikte het bolus/infuus protocol zijn piek plasma radioactiviteitsconcentratie (2,77 kBq/mL) binnen de eerste 5 min. Aan het einde van de opnameperiode bedroeg de bolus-/infusie concentratie 53% van de piek (1,49 kBq/mL).

Kwalitatief zijn de radioactiviteitsniveaus van plasma gedurende de langste duur in het bolus/infusie protocol gehandhaafd. De protocollen voor alleen infusie en bolus/infusie vertonen een schijnbare afname van de radioactiviteit wanneer de infusieperiode eindigt (50 min). Bij het visueel vergelijken van de bolus-en bolus-en infusie protocollen was de radioactiviteit in het plasma kleiner bij bolus-only vs. bolus/infusie met 40 min na de injectie. Kritisch was de plasma radioactiviteit minimaal gevarieerd gedurende een periode van ongeveer 40 min in het bolus/infusie protocol. Daarentegen vertonen noch het alleen-infusie-noch het bolus protocol een kwalitatief aanhoudende periode van consistente activiteit.

Resultaten van PET-signaal
Op individuele niveau parameter toewijzingen van het algemene lineaire model, PET-signaal en GLM-fitted Response, en fouten worden weergegeven in Figuur 4. Parameter toewijzingen worden ook weergegeven op verschillende statistische drempels in supplement 2.

Figuur 4II toont het Pet-signaal over de scan periode (d.w.z. over stimulatie-en rusttijden) in de bilaterale visuele cortex (hOC1 − 5) en in de controle regio (frontale paal, FP1/2) voor de drie toedienings protocollen. Kwalitatief vertoonde de bolus-/infusie deelnemer duidelijkere verschillen tussen de ROIs, vergeleken met deelnemers aan alleen bolus en alleen infusie. Voor het bolus/infuus protocol vertoonde de frontopolar ROI de hoogste beeld intensiteit, met de laagste voor hOC4. Voor de deelnemer met alleen bolus was er een vergelijkbare trend, met hOC5 en FP1/2 met de hoogste intensiteit, waarbij hOC4 de laagste toont. Voor de deelnemer met alleen infusie toonde de FP1/2 en Right hOC5 de hoogste intensiteit, met weinig verschil tussen de overgebleven ROIs.

Visuele inspectie van Figuur 4II suggereert dat er in het bolus protocol een scherpe toename van het signaal na de bolus is. De helling van de opname is relatief snel in de volgende 20 − 30 minuten, maar de opnamesnelheid neemt af tijdens de rest van de meetperiode. In het bolus/infusie protocol is er een scherpe toename van de opname aan het begin van de scan die kleiner is dan in het alleen-bolus protocol, en de opname gaat verder in een relatief sneller tempo voor de duur van de scan. Aan het einde van de opnameperiode toont het bolus/infuus protocol een grotere opname dan het bolus protocol. Ter vergelijking, de infusie-only protocol toont lage signaal voor de eerste 40 min van de scan, en de piek opname is aanzienlijk lager dan het bolus-only of bolus/infusie protocol. Opname is de snelste in de eerste ~ 50 min van de scan en vertraagt voor de rest van de opnameperiode.

Parameter kaarten en aansluitende respons resultaten
Figuur 4Ik toont de T-kaarten op individueel niveau voor de drie beheerprotocollen. Figuur 4III toont het algemene lineaire model van respons en fout bij de piek Voxel voor elk onderwerp. Merk op dat voor het alleen-infusie Protocol (Figuur 4biii) de weegschaal groter is dan de protocollen voor bolus-only en bolus/infusie. Bovendien was voor het alleen-infusie-protocol het signaal tijdens het eerste rust blok bijna nul, omdat er gedurende die tijd zeer weinig van de Tracer was toegediend en de algemene lineaire model raming mislukte bij het overwegen van dit blok. Zo werd het algemene lineaire model geschat voor deze deelnemer beginnend met het eerste taak blok, en de aansluitende respons wordt getoond vanaf het begin van de eerste checkerboard periode.

Om de taak effecten in de loop van de tijd te visualiseren, werden de tijdcursus gegevens voor elk onderwerp geëxtraheerd (eerste eigenvariate) en de inverse van de variatiecoëfficiënt (gemiddelde/standaarddeviatie) berekend voor elk blok. De inverse van de variatiecoëfficiënt benadert de signaal-ruis verhouding. Zoals blijkt uit Figuur 5, steeg het signaal ongeveer lineair over de opnameperiode voor de drie protocollen. De helling van de lijn was het hoogst voor het alleen-infusie Protocol (m = 2,794), intermediair voor de bolus-only (1,377) en de kleinste voor het bolus/infusie Protocol (1,159).

Figure 1
Figuur 1: flowchart van procedures voor FDG-fPET-experimenten. Top: procedures voor de prescreening van deelnemers voorafgaand aan het bestuderen van rekrutering. Onder: procedures voor de alleen bolus (links), alleen-infusie (midden), en bolus/infusie (rechts) protocollen. Het personeelslid dat voor elke procedure verantwoordelijk is, wordt tussen haakjes weergegeven. Sectie-id's verwijzen naar de secties in de tekst waarin de procedure wordt beschreven. * EXCL geeft tijdpunten aan wanneer deelnemers kunnen worden uitgesloten, hetzij voor de compatibiliteit van de heer of PET Scanning, of niet voldoen aan de vereisten voor studie toegang (bijv. cognitieve en psychologische vereisten). NMT = nucleaire geneeskunde technoloog, RA = Research Assistant, RG = Radiograaf, LA = labassistent. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: timing parameters en de voorspelde plasma radioactiviteit van de drie protocollen. Rode, groene en blauwe sporen vertegenwoordigen respectievelijk de hypothetische radioactiviteitscurves van het plasma voor de bolus-, infusie-en bolus/infusie protocollen. Houd er rekening mee dat deze traceringen alleen voor illustratieve doeleinden zijn. Zie Figuur 3 voor verkregen plasma radioactiviteitscurven. De timing parameters worden bovenop de relatieve timing van de taak ten opzichte van de verwachte plasma radioactiviteit weergegeven. Het Embedded Block Design (Jamadar et al. 201919) heeft een langzame afwisseling (10/5 min) tussen dambord stimulatie en ogen-open rust. Ingebed in de ' on ' blokken is een snel afwisselend (20 s) on/off ontwerp. De Slow afwisseling biedt FDG-fpet contrast. De snelle afwisseling zorgt voor vet-fMRI contrast. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: plasma radioactiviteitscurves voor de drie deelnemers. Verval werd gecorrigeerd tot de tijd dat het bloed werd bemonsterd. De pijl geeft de beëindiging van de infusie aan voor de protocollen voor infusie en bolus/infusie. Tijd is in minuten. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: parameter toewijzingen op individueel niveau van het algemene lineaire model, het Pet-signaal en de ingebouwde respons en fout van GLM. i) op individuele niveau statistische parameter (T) kaarten voor elk van de drie proefpersonen, thresholded op p (niet gecorrigeerd) < 0,1, k = 50 voxels. (II) Pet-signaal over de visuele cortex in gebieden van belang: vijf occipitale (linker-en rechter HOC1, hoc2 Daily, gemiddelde hOC3d/3V, gemiddelde 4D/4LA/4lp/4V, hOC5) en frontale (linker en rechter gemiddelde FP1/2) controlegebieden. Houd er rekening mee dat de linker regio's worden weergegeven in ononderbroken lijnen, rechtsgebieden weergegeven in stippellijnen. (III) model passen en fouten over de tijd voor de piek van de activiteit in elk onderwerp. Pijl toont het einde van de infusieperiode. (AIII) piek activiteit met alleen bolus MNI coördinaat (-24,-100, 12), T = 4,07; infusie-only (Biii) piek activiteit MNI coördinaat (10,-86, 12), T = 4,25; bolus/infusie piek activiteit coördinaat (26,-65,-10), T = 5,17. Merk op dat voor het alleen-infusie-protocol het model niet kan worden geschat voor de eerste rustperiode vanwege een zeer laag signaal. Let ook op de grotere schaal voor het alleen-infusie protocol in vergelijking met de protocollen voor bolus-only en bolus/infusie. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 5
Figuur 5: signaal-ruis verhouding gedurende de opnameperiode. De plot toont de inverse van de variatiecoëfficiënt (gemiddelde/SD) van de eerste eigenvariate van de activiteit binnen de piek Voxel in elk dambord blok. SD = standaarddeviatie. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Deelnemer 1 Deelnemer 2 Deelnemer 3
Administration Protocol alleen bolus alleen infusie bolus/infusie
Leeftijd (jaren) 18 19 19
Sex F M F
Handigheid R R R
Jaar onderwijs 12 14 14
Huidige as I psychiatrische aandoening Geen Geen Geen
Geschiedenis van hart-en vaatziekten Geen Geen Geen
Reguliere medicatie Geen Geen Geen

Tabel 1: demografische informatie voor de drie deelnemers.

Supplement 1: voorbeeld deelnemers recordformulier. In dit protocol is de RA verantwoordelijk voor het registreren van de tijd van de bolus-en infusie start en het berekenen van de tijd van bloedmonsters. De RA verschaft vervolgens kopieën van dit formulier aan de NMT en LA. Tijdens het experiment registreert de RA de tijdstippen waarop de monsters werden genomen voor daaropvolgende verval correctie. De LA registreert het tijdstip van meting en de meetwaarden in de sectie opmerkingen. Klik hier om dit bestand te bekijken (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden).

Supplement 2: variabiliteit in statistische parameter toewijzingen met verschillende statistische drempels. Resultaten worden weergegeven in segmenten met een bereik van drempels van p = 1,0 naar FWE p < 0,05. Klik hier om dit bestand te bekijken (Klik met de rechtermuisknop om te downloaden).

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 is een krachtige beeldvormingstechnologie die de opname van glucose meet, een index van het cerebrale glucose metabolisme. Tot op heden gebruiken de meeste neurowetenschappelijke studies met FDG-PET een traditionele bolus toedieningsbenadering, met een statische beeldresolutie die de integraal van alle metabolische activiteit in de loop van de scan2vertegenwoordigt. Dit manuscript beschrijft twee alternatieve radiotracer beheerprotocollen: de infusie-only (bijv. villien et al., jamadar et al.19,21) en de hybride bolus/infusie (bijv. rischka et al.20) protocollen. De drie protocollen toonden een temporele resolutie van 16 s, tijd vergrendeld aan een stimulans, op het niveau van de individuele.

Het kritieke punt in de methode is het begin van het Scan protocol. Op dit punt moet het begin van de overname van het huisdier in de tijd vergrendeld zijn tot het begin van de BOLD-fMRI-sequentie (bij gelijktijdige MR-PET), evenals het begin van de stimulus-presentatie. Prikkel begin en duur moeten kunnen worden vergrendeld tot het begin van de scan voor de eerste-niveau modellen. In het bolus protocol dient de bolus aan het begin van de overname van het dier te worden afgeleverd om het piek signaal vast te leggen (Figuur 4). In het protocol voor infusie moet het begin van de infusie worden vergrendeld op de overname van het huisdier, om een nauwkeurige modellering van de opname op het eerste niveau te garanderen. In het bolus/infusie protocol moet de bolus op tijd vergrendeld zijn voor de overname van het huisdier, waarbij de infusie begint op een bekende, korte periode na de bolus. Opdat de procedures binnen deze korte tijdsperiode correct kunnen stromen, moeten alle personeelsleden (NMT, RG, RA) vóór het begin van de scan adequaat worden voorbereid (Figuur 1). ' Dress repetities ' worden aanbevolen om de timing van deze kritieke fase te choreografie.

Tot op heden zijn ongeveer 60 proefpersonen getest met behulp van een van deze protocollen in ons lab (het grootste aantal met behulp van het alleen-infusie Protocol). Er zijn twee veelvoorkomende oorzaken van onderwerpattrition of overname fout. (1) onderzoekers zijn niet in staat om de deelnemer te cannuleren als gevolg van moeite met het vinden van aderen. Om dit aan te pakken, moeten alle deelnemers minstens twee glazen water drinken voor de scan. Als slechts één canule kan worden bereikt, wordt bloed bemonstering voor die deelnemer weggelaten. (2) deelnemers kunnen de scan niet voltooien. In tegenstelling tot MRI kan de huisdieren overname niet worden onderbroken en opnieuw worden gestart. De meest voorkomende oorzaken van terugtrekking in de scan deelnemer zijn te wijten aan toilet pauzes en moeilijkheden met thermische regulering. Deelnemers hebben gemeld dat de eis om water te consumeren voordat de scan verhoogt de noodzaak om te plassen. Alle deelnemers zijn dus verplicht om dit te doen voorafgaand aan het scannen. Deelnemers hebben ook gemeld dat de infusie van de Tracer hen erg koud laat voelen en dat er bij sommige mensen wordt gebibberen. Eerdere studies hebben aangetoond dat omgevingstemperatuur de artefeitelijke activiteit in FDG-PET-scans46kan beïnvloeden. Dit probleem wordt verholpen door een wegwerp quilt te gebruiken voor alle deelnemers tijdens de scan.

De resultaten worden weergegeven op het niveau van de afzonderlijke onderwerpen voor de drie beheerprotocollen. Zoals verwacht had de concentratie van de radioactiviteit in het bloed plasma (Figuur 3) de grootste piek voor het bolus protocol, maar de meest aanhoudende radioactiviteit werd verkregen in het bolus/infusie protocol. De plasmaconcentratie was het laagst voor het alleen-infusie protocol. Voor zowel de infusiegerelateerde als de bolus/infusie-protocollen daalde de concentratie op het moment dat de infusie stopte. PET-signaal over de ROIs (Figuur 4bii) toonde het grootste signaal in het bolus/infuus protocol. Deze deelnemer toonde ook de duidelijkste differentiatie tussen de ROIs. In kwalitatief, het huisdier signaal was het zwakste in de alleen-infusie protocol. Het is mogelijk dat het alleen-infusie-protocol betere resultaten oplevert in een langer experiment (> 50 min). Dit zou echter waarschijnlijk het percentage van de deelnemeraftrekking verhogen. In de algemene lineaire modellen van het eerste niveau was de model fout veel groter in het infusiegerelateerde protocol vergeleken met de protocollen voor bolus-only en bolus/infusie (Figuur 4III). Signaal-ruis tijdens de taak perioden (Figuur 5) suggereerde dat het meest stabiele signaal over de opnameperiode werd verkregen met behulp van het bolus/infusie protocol. Verdere studies zijn nodig om te bepalen of deze effecten in een groter monster worden gehandhaafd.

fPET is een relatief nieuwe methode (voor het eerst gepubliceerd door Villien et al.21) en de gegevens zijn relatief complex om te verwerven in vergelijking met traditionele neuro beeldvormings benaderingen zoals statische Pet en MRI/fMRI. Er is dus aanzienlijke ruimte voor verbetering van de protocollen voor het verzamelen van gegevens. Deze studie presenteert het acquisitie protocol voor drie Tracer-toedienings protocollen (alleen bolus, alleen infusie, en bolus plus infusie) en de representatieve resultaten van individuele proefpersonen voor elke methode. In deze groep werd geen arteriële bemonstering uitgevoerd als gevolg van de invasiviteit van de procedure en de eis voor een MD ter plaatse. Onze beeld analyses profiteren daarom niet van de kwantitatieve informatie die wordt verschaft door arteriële bemonstering. Merk op dat Hahn et al.17 uitstekende overeenstemming vond tussen arteriële en veneuze bemonstering voor het bepalen van de corticale cerebrale metabolische snelheid van glucose (CMRGlc) voor constante infusie FDG-fpet. Andere gepubliceerde werken43,44,45 bespreken arteriële, veneuze, en beeld-afgeleide input functies voor huisdier in detail.

Handmatige bloed bemonstering, of arteriële of veneuze, vereist personeel om de scanner kamer in te voeren tijdens het scannen is aan de gang. De meeste scanners hebben een RF-vergrendeling voor de scanner ruimte, waardoor medewerkers tijdens het scannen toegang hebben tot de ruimte zonder dat er elektromagnetische interferentie-artefacten in de MR-images ontstaan. Het personeel dat tijdens de scan de kamer binnenkomt, kan echter de blootstelling aan het personeel verhogen, ongemak in de deelnemer veroorzaken en de deelnemers beweging en de terugtrekking van cognitieve taken vergroten. Deze factoren moedigen het verzamelen van zo weinig monsters als nodig. Het nemen van monsters om de 5 − 10 minuten terwijl de dosis wordt toegediend volstaat om de laagfrequente bloed dynamica te observeren die wordt verwacht van de drie onderzochte protocollen. Deze bemonsteringsfrequentie beperkt echter de mogelijkheid om de hoogfrequente temporele kenmerken te kwantificeren, met name de exacte grootte en vorm van de piek na toediening van de bolus. Wanneer dergelijke kenmerken van belang zijn, kan het gebruik van geautomatiseerde bloedbemonsterings apparatuur gunstig zijn.

Ten slotte werden traditionele huisdieren modellerings methoden ontwikkeld voor statische beeldvorming (bijv. kinetische, Patlak). Er is meer werk nodig om de wiskundige modellen voor toepassing op fPET-gegevens bij te werken.

Samengevat, dit manuscript presenteert alternatieve methoden van FDG radio Tracer Administration voor hoge temporele resolutie FDG-PET, met een resolutie van 16 s. Deze tijdelijke resolutie vergelijkt gunstig met de huidige normen in de literatuur. Hahn et al., jamadar et al., en villien et al.17,18,19,21 verslag FDG-fpet met 1 min resolutie, en rischka et al.20 bereikte stabiele FDG-fpet resultaten met een frameduur van 12 s met behulp van 20/80% bolus plus infusie. Het hier gepresenteerde bolus/infusie protocol lijkt het meest stabiele signaal voor de langste periode te bieden in vergelijking met de protocollen alleen voor bolus en alleen infusie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren geen belangenconflict. De financieringsbron was niet betrokken bij het studie ontwerp, de verzameling, de analyse en de interpretatie van gegevens.

Acknowledgments

Jamadar wordt ondersteund door een Australische Raad voor onderzoek (ARC) Discovery Early Career researcher Award (DECRA DE150100406). Jamadar, Ward en Egan worden ondersteund door het ARC Centre of Excellence voor integratieve hersenfunctie (CE114100007). Chen en Li worden gesteund door de financiering van de Reignwood Cultural Foundation.

Jamadar, Ward, Carey en McIntyre ontwierpen het protocol. Carey, McIntyre, Sasan en Fallon hebben de gegevens verzameld. Jamadar, Ward, Parkes en Sasan analyseerden de gegevens. Jamadar, Ward, Carey en McIntyre schreven het eerste ontwerp van het manuscript. Alle auteurs hebben de definitieve versie beoordeeld en goedgekeurd.

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 toediening voor hoge temporele resolutie positron emissie tomografie van het menselijk brein: toepassing op 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