Waiting
Login processing...

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

Behavior

המינהל לרדיומעקב אחר פליטת פוזיטרון ברזולוציה גבוהה הטומוגרפיה של המוח האנושי: יישום ל-FDG-Fdg

doi: 10.3791/60259 Published: October 22, 2019

Summary

כתב יד זה מתאר שני פרוטוקולים לניהול רדיומעקב עבור FDG-PET (אינפוזיה קבועה ובולי עירוי פלוס) ומשווה אותם לניהול בולוס. הרזולוציות הטמפורלית של 16 s הם השגה באמצעות פרוטוקולים אלה.

Abstract

טומוגרפיה פונקציונלית של פליטת פוזיטרון (fPET) מספקת שיטה למעקב אחר מטרות מולקולריות במוח האנושי. עם מתויג באופן אקטיבי של גלוקוז אנלוגי, 18F-fluordeאוקסימסוכר (fdg-fdg), כעת ניתן למדוד את הדינמיקה של חילוף החומרים גלוקוז עם רזולוציות הזמן מתקרבים אלה של דימות תהודה מגנטית תפקודית (fMRI). זה מדד ישיר של ספיגת גלוקוז יש פוטנציאל עצום להבנת תפקוד המוח נורמלית נורמלי בודק את ההשפעות של מחלות מטבולית ונוירוניווניות. עוד, ההתקדמות החדשה בחומרה MR-PET היברידית לאפשר ללכוד תנודות בגלוקוז ובחמצן בדם בו באמצעות fMRI ו-FDG-Fdg.

הרזולוציה הטמפורלית והאות לרעש של התמונות FDG-Fdg תלויה באופן ביקורתי בניהול המעקב אחר הרדיו. עבודה זו מציגה שני פרוטוקולי אינפוזיה מתמשכים חלופיים ומשווים אותם לגישת ההזנה המסורתית. היא מציגה שיטה לרכישת דגימות דם, לנעילת זמן PET, MRI, הגירוי ניסיוני, וניהול משלוח מעקב לא מסורתי. באמצעות גירוי חזותי, תוצאות הפרוטוקול מציגות מפות קורטיטיות של תגובת הגלוקוז לגירויים חיצוניים ברמה בודדת עם רזולוציה זמנית של 16 s.

Introduction

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

טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET) היא טכניקת דימות מולקולרי רב עוצמה המשמשת רבות בהגדרות קליניות ומחקר (ראו Heurling ואח '1 לסקירה מקיפה לאחרונה). המטרות המולקולריות שניתן לצלם באמצעות PET מוגבלות רק על ידי הזמינות של מכשירי רדיו, ומכשירי מעבר רבים פותחו לקולטנים עצביים של מטבוליזם התמונה, חלבונים, ואנזימים2,3. במדעי המוח, אחד מהרדיומשדרים הנפוצים ביותר הוא 18F-פלואורודיט גלוקוז (FDG-PET), אשר מודד ספיגת גלוקוז, מפורש בדרך כלל כמדד של מטבוליזם המוח של גלוקוז. המוח האנושי דורש אספקה קבועה ואמינה של גלוקוז כדי לספק את דרישות האנרגיה שלה4,5, ו 70-80% של מטבוליזם המוח של גלוקוז משמש על ידי נוירונים במהלך הילוכים סינפטית6. שינויים בחילוף החומרים לגלוקוז מוחין נחשבים ליזום ולתרום לתנאים רבים, כולל פסיכיאטרי, נוירוניווניות, והסכמי האינוים7,8,9. יתר על כן, כמו ספיגת fdg פרופורציונאלית לפעילות סינפטית10,11,12, הוא נחשב מדד ישיר יותר מבולבל פחות של פעילות עצבית בהשוואה דם נרחב יותר בשימוש הדמיה מגנטית תפקודית התלויה ברמת התהודה (BOLD-fMRI) תגובה. BOLD-fMRI הוא מדד עקיף של פעילות עצבית ומודד שינויים בהמוגלובין המודנטי המתרחשים לאחר מפל של שינויים נוירוכלי דם בעקבות פעילות עצבית.

רוב FDG-PET מחקרים של המוח האנושי לרכוש תמונות סטטיות של ספיגת גלוקוז מוחין. המשתתף נח בשקט למשך 10 דקות עם עיניהם פקוחות בחדר חשוך. מינון הרדיונותב המלא מנוהל כמנת על פני תקופה של שניות, והמשתתף מונח על 30 דקות נוספות. לאחר תקופת הספיגה, המשתתפים מוצבים במרכז הסורק PET, ותמונת PET המשקפת את התפלגות ה-FDG המצטברת במהלך המחזור של ספיגת הזמן והסריקה. לפיכך, הפעילות העצבית הסדורה באינדקס על-ידי תמונת PET מייצגת את הממוצע המצטבר של כל הפעילות הקוגניטיבית על פני תקופות ספיגה וסריקה ואינו ספציפי לפעילות קוגניטיבית במהלך הסריקה. שיטה זו סיפקה תובנה מצוינת לחילוף החומרים של המוח ותפקוד עצבי. עם זאת, הרזולוציה הטמפורלית שווה למשך הסריקה (לעתים קרובות ~ 45 דקות, מניב ביעילות מדידה סטטית של ספיגת גלוקוז; זה משווה באופן בלתי מוצדק לתגובה עצבית במהלך תהליכים קוגניטיביים וניסויים נפוצים בדימות מוחי. בשל הרזולוציה הטמפורלית המוגבלת, השיטה מספקת מדד לא ספציפי של ספיגת גלוקוז (כלומר, לא נעול לפעילות או תהליך קוגניטיבי) ואינו יכול לספק מדדים של שינויים בתוך הנושא, דבר שעלול להוביל למסקנות מדעיות שגויות בשל לפרדוקס של סימפסון13. פרדוקס סימפסון הוא תרחיש, שבו יחסים המוח התנהגות מחושב בין הנבדקים לא בהכרח מעיד על אותן יחסים נבדק בתוך הנבדקים. יתרה מזאת, נסיונות אחרונים להחיל אמצעי קישוריות פונקציונליים ל-FDG-PET יכולים רק למדוד קישוריות בין הנושאים. לפיכך, ניתן להשוות הבדלים בקישוריות בין קבוצות ולא ניתן לחשב אותן עבור נושאים בודדים. למרות שהוא נושא במחלוקת מה בדיוק הרוחב-נבדק מודד14, זה ברור כי מדדים מחושבים בין-אבל לא בתוך הנושאים לא ניתן להשתמש בסמנים עבור מצבי מחלה או משמש כדי לבחון את המקור של וריאציה בודדת.

בחמש השנים האחרונות, פיתוח ונגישות רחבה יותר של סורקי MRI בו בו-מחמד בו-מחדש גרם מחקר מחודש העניין FDG-PET הדמיה2 ב מדעי המוח קוגניטיבי. עם ההתפתחויות הללו, החוקרים התמקדו שיפור הרזולוציה הטמפורלית של FDG-PET לגשת לסטנדרטים של BOLD-fMRI (~ 0.5-2.5 s). שים לב כי הרזולוציה המרחבית של BOLD-fMRI יכול לגשת לרזולוציות subמילימטר אבל הרזולוציה המרחבית של FDG-PET מוגבלת באופן מהותי סביב 0.54 מ"מ רוחב מלא בחצי המקסימלי (FWHM) בשל טווח פוזיטרון15. הרכישות הדינמיות של FDG-PET, המשמשות לעתים קרובות קלינית, משתמשות בשיטת ניהול ההזנה ומשחזרים את נתוני מצב הרשימה לתוך סלים. השיטה הדינמית של FDG-PET מציעה רזולוציה זמנית של כ-100 s (לדוגמה, Tomasi ואח '16). זה בבירור הרבה יותר טוב בהשוואה FDG סטטי-PET הדמיה אבל הוא לא דומה BOLD-fMRI. בנוסף, החלון בו ניתן לבחון את תפקוד המוח מוגבל, משום שריכוז הפלסמה בדם של FDG מצטמצם זמן קצר לאחר ההזנה.

כדי להרחיב את החלון הנסיוני הזה, קומץ של מחקרים17,18,19,20,21 הסתגלו שיטת העירוי לרדיומעקב שהוצעה בעבר על ידי קרסון22, . עשריםואחד בשיטה זו, לפעמים מתואר "פונקציונלי FDG-PET" (FDG-fpet, מקביל ל-MRI מודגש-f), מכשיר הרדיו מנוהל כעירוי קבוע במהלך הסריקה של PET כולו (~ 90 דקות). המטרה של פרוטוקול האינפוזיה היא לשמור על אספקת פלזמה קבועה של FDG לעקוב אחר שינויים דינאמיים ספיגת גלוקוז לאורך זמן. במחקר הוכחת קונספט, Villien יין ואח '21 השתמשו בפרוטוקול אינפוזיה קבוע ו-MRI בו/fdg-fמחמד להראות שינויים דינאמיים ספיגת גלוקוז בתגובה גירוי שחמט עם ברזולוציה הטמפורלית של 60 s. מחקרים שלאחר מכן השתמשו בשיטה זו כדי להציג משימה נעולה FDG-fמחמד (כלומר, זמן נעול גירוי חיצוני19) ו-fdg-fהקשורות למשימה (כלומר, לא זמן-נעול הגירוי החיצוני17, 18) ספיגת גלוקוז. באמצעות שיטות אלה, FDG-fהחלטות הזמני לחיות מחמד של 60 s הושגו, אשר הוא שיפור משמעותי מעל שיטות בולוס. הנתונים הראשוניים מראים ששיטת האינפוזיה יכולה לספק רזולוציות בזמן של 20-60 עד19.

למרות התוצאות המבטיחות משיטת האינפוזיה המתמדת, העקומות הרדיואקטיביות של המחקרים האלה מראים ששיטת האינפוזיה אינה מספיקה כדי להגיע למצב יציב בתוך פרק הזמן של 90 דקות סריקה19,21. בנוסף להליך האינפוזיה הקבוע, קרסון22 הציע גם הליך בולוס/אינפוזיה היברידי, שבו המטרה היא להגיע במהירות שיווי משקל בתחילת הסריקה, ולאחר מכן לקיים את רמות רדיואקטיביות פלזמה בשיווי משקל ל משך הסריקה. Rischka ואח '20 לאחרונה להחיל את הטכניקה הזאת באמצעות 20% בולוס פלוס 80% אינפוזיה. כצפוי, הפונקציה של קלט העורקים עלתה במהירות מעל רמות בסיסיות והיא הייתה מתמשכת בקצב גבוה יותר, בהשוואה לתוצאות באמצעות נוהל אינפוזיה בלבד19,21.

מאמר זה מתאר את פרוטוקולי הרכישה להשגת רזולוציה גבוהה FDG-fסריקות PET באמצעות אינפוזיה בלבד ו-בולוס/אינפוזיה מעקב. פרוטוקולים אלה פותחו לשימוש בסביבת MRI בו-PET בו עם זמן הרכישה של 90-95 דקות19. בפרוטוקול, דגימות דם נלקחים לכמת סרום פלזמה רדיואקטיבית עבור הקוונפיקציה העוקבים של תמונות PET. בעוד המוקד של הפרוטוקול הוא יישום של שיטות אינפוזיה לדימות מוחי פונקציונלי באמצעות מודגש-fMRI/fdg-fחיית מחמד, שיטות אלה ניתן להחיל על כל מחקר fdg-fלחיות מחמד ללא קשר אם MRI סימולטני, BOLD-f MRI, טומוגרפיה ממוחשבת (CT), או תמונות נוירולוגיות אחרות נרכשים. איור 1 מציג את תרשים הזרימה של ההליכים בפרוטוקול זה.

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

פרוטוקול זה נבדק ואושר על ידי ועדת האתיקה לחקר האדם של אוניברסיטת מונש (אישור מספר CF16/1108-2016000590) בהתאם להצהרה הלאומית האוסטרלית על התנהלות אתית במחקר האנושי24. הליכים פותחו בהדרכת פיזיקאי רפואי מוסמך, טכנלוג לרפואה גרעינית ורדיוגרף קליני. על החוקרים להתייחס למומחים המקומיים שלהם ולהנחיות לניהול קרינה מייננת בבני אדם.

1. ציוד נדרש וסגל

  1. ראו את רשימת החומרים לחדר הסורק, למעבדת הרדיוכימיה ולחומרים כלליים. ספק מסחרי שימש. למעקב הרדיואלי
  2. בסביבה הזמנית של ה-MRI-PET, השתמש בארבעה אנשי צוות: רדיוגרף (RG) כדי להריץ את הסריקה, טכנלוג לרפואה גרעינית (NMT) כדי לפקח על הניהול של מעקב הרדיו ורכישת דגימות דם, עוזר מעבדה (לוס אנג'לס) כדי לסובב את הדם, ועוזר מחקר (RA) האחראי לפקח על התכנון הנסיוני והצגת הגירוי.

2. הכנה

  1. הכנה למינון מעקב על ידי NMT
    1. חשב את עוצמת העירוי שתנוהל במהלך הסריקה. בפרוטוקול זה, שיעור העירוי הוא 0.01 mL/s מעל 95 דקות. כך, ב 95 דקות סריקה, המשתתפים מקבלים 0.01 mL/s x 60 s x 95 min = 57 mL.
    2. לחשב את מינון מעקב כי יהיה מדולל לתוך הפתרון מלוחים מנוהל. בפרוטוקול זה, מנה מוחלטת של 260 MBq ניתנת למשתתף מעל 95 דקות. מינון זה נבחר כדי להגביל את החשיפה לקרינה כדי 4.9 mSv, כדי לשמור בתוך סיווג ' ברמה נמוכה הסיכון על פי הגנה הקרינה האוסטרלית הסוכנות לבטיחות גרעינית (ARPANSA) הנחיות לחשיפה של בני אדם כדי קרינה מייננת25. הדעיכה נכונה 260 MBq מנקודת העירוי (47.5 דקות) בחזרה ל-T0. באמצעות משוואה 1, לפתור עבור0

      כאשרt הוא רדיואקטיביות (mbq) באמצע זמן העירוי של האינפוזיה,0 הוא רדיואקטיביות הראשונית, ו λ הוא הדעיכה הרדיואקטיבית הקבוע הספציפי למעקב. עבור FDG, הערך של הוא λ ≈ 0.693/T1/2. T1/2 הוא מחצית החיים של 18F (110 דקות).
      הערה: בדוגמה זו,t = 260 mbq, λ = 0.693/110, ו-t =-47.5, אז A0 = 350.942 mbq.
    3. לחשב את המינון הנדרש רדיומעקב עבור השקית מלוחים 100 mL שישמשו לניהול המינון למשתתף. מכשיר הרנטגן הדרוש לשקית המלח מדולל בנפח כולל של 5 מ ל ומצויר במזרק של 5 מ ל. לכן, עבור שקית מלוחים 100 mL, גורם הדילול הוא נפח של תמיסת מלח (100 mL) בנוסף את נפח 5 מ ל של המזרק עם מעקב רדיו. הנפח הכולל של 105 mL מחולק בנפח האינפוזיה של 57 mL (כלומר, 105 mL/57 mL = 1.842). So, הרדיואקטיביות הכוללת בנפח של 5 מ ל נדרש בנוסף לתיק 100 mL הוא0 x מקדם דילול (כלומר, 350.942 mbq x 1.842 = 646.44 mbq). מוסיפים את הרדיו. לשקית המלח
      הערה: חשוב לציין כי הפעילות המחושבת של 646.44 MBq המתווסף לשקית המלח היא הפעילות הדרושה בתחילת האינפוזיה. באופן כללי, המינון עבור פרוטוקול זה מוכנים בין 15 דקות עד 1 h לפני המינהל. לכן, חשוב לקדם את הריקבון של הרדיואיזוטופ. . משוואה 1 ב2.1.2 יכול לשמש כדי להסביר את זה, איפה הזמן (t) הוא המספר הכולל של דקות מהכנת המינון כאשר הפעילות תנוהל, At = 646.44 mbq, על ידי פתרון עבור0.
    4. . הכן את מינון הקרקע משיכת 20 מ ל מהתיק לתוך מזרק ומכסה אותו. כיול את המזרק והתווית של 20 מ ל המזרק מכויל כבדיקת התייחסות כדי לוודא שרדיואקטיביות התפזרו באופן שווה בתוך השקית התמיסת מלח.
    5. . הכן את המינון באמצעות מזרק 50 mL, משיכה 60 mL מן השקית והכובע עם פקק של קומבי אדום. מזרק זה לא מכויל, כמו ריכוז של הרדיואקטיביות ידוע מרגע זה התווסף לשקית מלוחים (שלב 2.1.3). אחסן את שני הזרקים במעבדת הרדיוכימיה עד שתהיה מוכן לסריקה.
      הערה: ניתן לצייר נפח 60 mL במזרק 50 mL, כי מזרקים טרמו מסומנים 20% מעל הכרך המסומן (כלומר, מזרק 50 mL מסומן 60 mL).
    6. הכן את מינון האסמכתא. מילוי בקבוקון 500 mL עם כ 480 מ ל של מים מזוקקים. לצייר את 10 MBq של 18F-fdg לתוך מזרק, מתוקן לזמן התחלת הסריקה (באמצעות משוואה 1) ולהוסיף אותו הבקבוקון. למעלה הנפח עד 500 mL מארק עם מים מזוקקים יותר מערבבים ביסודיות. תוויות מוספית לפני ואחרי כיול עבור המזרק.
  2. הכנה לחדר סורק על ידי NMT
    1. לאחר הצבת המשתתף בסורק, יש מעט מאוד מקום לתמרן או להציל את הקו לדגימות אינפוזיה או דם אם החסימה מתרחשת. הכן את חדר הסורק כדי למזער את הסיכוי לחסימה בשורה.
    2. ודא שכל ציוד איסוף הדם נמצא בהישג יד מאתר הגבייה. מניחים את התחתונים בקצה הצינורית ועל כל משטח שיחזיק מיכלי דם. מניחים פחים לפסולת רגילה ופסולת ביולוגית בהישג יד של אתר איסוף הדם.
  3. הכנת משאבת אינפוזיה על ידי NMT
    1. הגדר את משאבת העירוי בחדר הסורק בצד שיתחבר למשתתף. לבנות לבנים להוביל סביב הבסיס של המשאבה ולמקם את המגן העופרת מול המשאבה. חבר את הצינורות עבור משאבת האינפוזיה המספקת את האינפוזיה למשתתף ולוודא שקצב העירוי הנכון הוזן. עבור פרוטוקול זה, התעריף הוא 0.01 mL/s.
    2. הראשי אבובים לפני שהוא מחובר צינורית של המשתתף. חברו את המינון של 20 מ ל למשאבת העירוי. בקצה הצינורות שיהיו מחוברים למשתתף, חברו ברז תלת-כיוון ומזרק של 20 מ ל ריק. ודא כי הברז ממוקם כדי לאפשר הפתרון 18F-fdg לזרום מן המינון לקרקע דרך אבובים ולאסוף רק לתוך המזרק הריק.
    3. יש לקבוע מראש את משאבת העירוי לנפח העיקרי של 15 מ ל. בחר את הלחצן הראשי על המשאבה ועקוב אחר ההנחיות כדי לסדר את הקו.
    4. חברו את מזרק 50 mL למשאבת האינפוזיה במקום המינון לקרקע. המינון 15 מ"ל על הברז שלושה כיוון יכול להישאר שם עד המשתתף הוא מוכן להיות מחובר המשאבה.
  4. הכנה למשתתף באמצעות ה-NMT, RA ו-RG.
    1. יעצו למשתתפים במהירות של 6 שעות, וכדי לצרוך רק מים (בערך שתי כוסות), לפני הסריקה.
    2. יש לנהל את נוהלי ההסכמה ולרכוש אמצעים נוספים (למשל, סקרים דמוגרפיים, סוללות קוגניטיביות וכו '). יש את NMT ו RG לנהל את מסכי הבטיחות, סקירה NMT בטיחות סריקת PET (g., הדרה עבור הריון, סוכרת, כימותרפיה או הקרנות במהלך 8 השבועות הקודמים, ואלרגיות ידוע), ואת הבטיחות RG משתתף בטיחות סריקת MRI (g., הדרה של שתלים הריון, רפואי או לא רפואי, שתלים דנטליים שאינם נשלפים, קלאוסטרופוביה).
    3. . לסדר את המשתתף
      1. השתמש בשתי הצינורית: אחד עבור מינון המינון והשני עבור דגימות דם. הצינורית המתאימה ביותר משתנה על פני המשתתפים, אך הווריד המתאים ביותר צריך להיות שמור עבור איסוף הדם. צינורית בגודל 22 גרם היא המידה המינימלית המועדפת. לאסוף בדיקת דם בסיסית 10 mL בעוד cannulating. לנתק את כל הריקונים מלוחים תחת לחץ כדי לשמור על התמדה של הקו.
      2. בדוק את רמת הסוכר בדם של המשתתף ואמצעי דם בסיסיים אחרים (לדוגמה, המוגלובין) ממדגם הבסיס.
  5. מיצוב משתתף בסורק על-ידי RG ו-NMT
    1. יש למקם את מיקום ה-RG של המשתתף בסורק. עבור סריקות ארוכות, זה הכרחי כדי להבטיח נוחות על מנת להפחית את הסיכון של המשתתף להפיל את הפריט התנועה בשל אי נוחות. על המשתתף להיות מכוסה בשמיכה חד פעמית כדי לשמור על טמפרטורת גוף נוחה.
    2. יש את NMT לשטוף את הצינורית כדי להבטיח שהוא פטנט עם התנגדות מינימלית לפני חיבור קו העירוי. לאחר ההתחברות, אבובים יכול להיות מודבק בקלות ליד פרק היד. הנחה את המשתתף לשמור על זרועו מזדתקת. השתמש בתומך כגון קצף או כריות לנוחות. יש גם את NMT לבדוק את הצינורית כי ישמש דגימות פלזמה כדי להבטיח כי הוא מסוגל למשוך דם עם התנגדות מינימלית. ייתכן שיהיה צורך לחבר צינור הארכה מוכן עם תמיסת מלח רגיל כדי להפוך את הצינורית נגיש יותר בעוד המשתתף הוא בסורק. אם הדבר נדרש, יש לבדוק אותו לפני הזמן הדרוש.
    3. לאחר הנושא הוא בסורק נשא, יש לבדוק NMT כי יש להם גישה מתאימה שתי הצינורית.
    4. הודע ל-NMT להודיע ל-RG ו-RA אם יש בעיות בצינורית איסוף הדם, בצינורית האינפוזיה, או במשאבת האינפוזיה (למשל, חסימה, סוללה, היווצרות מצברים) בכל עת במהלך הסריקה.

3. סרוק את המשתתף

  1. הפעלת הסריקה באמצעות הפונקציה NMT, RG ו-RA
    1. בתחילת הסריקה, למקם את NMT בחדר הסורק כדי לפקח על ציוד אינפוזיה. ודא NMT הוא לובש הגנה לשמיעה באמצעות מגן המכשול כדי למזער את החשיפה לקרינה ממנה במידת האפשר.
    2. כאשר ה-RG מבצע את סריקת האיתור כדי להבטיח שהמשתתפים במצב הנכון, בדוק את הפרטים עבור רכישת PET (לדוגמה, משך הסריקה, איסוף נתונים במצב רשימה, איזוטופ נכון).
    3. תכנן את הפרוטוקול כך שרכישת PET תתחיל ברצף ה-MRI הראשון. ה-RG מכין ומפעיל את רצף ה-MRI. זמן ההתחלה של הרכישה 95 דקות PET הוא זמן-נעול לתחילת רצף ה-MRI. אם נדרש, NMT צריך לספק את ההזנה בזמן רכישת PET (איור 1).
    4. . הפעל את משאבת העירוי ה-RG צריך לסמן את NMT (למשל, באמצעות סימן האגודל) כדי להתחיל את המשאבה 30 לאחר תחילת הרכישה PET. פרוטוקול זה מפעיל את משאבת העירוי של 30 לאחר זמן התחלת הסריקה כדי לספק מאגר בטיחות במקרה של כשל סריקה. זה גם מבטיח את התמונה הראשונה שצולמה במהלך הסריקה PET מפתחות את המוח לפני הממשל רדיומעקב עבור פעילות זמן מלאה עקומת נתונים. יש את NMT להתבונן המשאבה כדי להבטיח שהוא התחיל להחדיר את 18F-fdg וכי אין חסימה מיידית של הקו.
    5. האם RA ליזום כל גירוי חיצוני בזמן המוסכם (כלומר, בתחילת בלוק פונקציונלי/נסיוני) ולחשב את הזמנים עבור דגימות דם. טופס הקלטה לדוגמה מוצג בתוספת 1. האם RA לחשב את הזמן החזוי של כל דגימת דם ולספק עותקים למסייע NMT ומעבדה (לוס אנג'לס). האם RA לוודא NMT לוקח את דגימות הדם בערך בזמן הנכון, ומפקחת ציוד (למשל, משאבת אינפוזיה, גירוי) עבור כל סימן של שגיאות.
  2. קחו דגימות דם במרווחי זמן קבועים
    1. יש NMT ו RA לקחת מדגם אחד כל 10 דקות. יש בדרך כלל 10 דגימות בסך הכל, לא כולל את דגימת הבסיס.
    2. אם השגת סריקת MRI בו עם סריקות PET, יש NMT ללבוש הגנה שמיעה בעת הכניסה לחדר הסורק.
    3. יש את NMT ללבוש כפפות לנקות את הקצה של צינורית נקייה. בעוד שאתר הצינורית מתייבש, יש לפתוח 5 מ ל ומזרק של 10 מ ל, ומרוקן, ומחית מלוחים של 10 מ ל.
    4. באמצעות מזרק 5 מ ל, משיכת 4-5 mL של דם טרי ולהשליך את המזרק בפסולת הביולוגית.
    5. באמצעות מזרק 10 מ ל, לסגת עד 10 מ ל של דם. אמצעי האחסון עשוי להיות מוגבל על-ידי הקלות שניתן להנמכת בדם. חשוב למזער כל התנגדות לאחר מכן גרימת נזק לתאי הדם האדומים שיכולים המוליז. בנקודת האיסוף, יש לסמן את האות NMT ל-RA, מי יסמן את הפעם בטופס הרשומה (תוספת 1) כשעת הדגימה ' בפועל '.
    6. חבר את מזרק 10 מ ל לתוך האבק ולאחר מכן הפקיד את הדם בצינור הדם הרלוונטי.
    7. רוקן במהירות את הצינורית עם 10 מ ל של תמיסת מלח, מנותקת תחת לחץ, כדי למזער כל סיכוי של קרישת קו.
    8. קח מיד את דגימת הדם למעבדת. הרדיוכימיה לניתוח
  3. . לסובב את הדם על-ידי הלוס אנג'לס
    1. קח את ה-LA לקבל את כל הציוד מוכן (שולחן 1) וללבוש כפפות. שלושה ארונות מדפים יצאו לדגימות: אחד עבור צינורות דם, אחד ללטף את המדגם, ואחד עבור דגימות ממולאות בצנרת (לפני ואחרי ספירה).
      1. יש את ה-LA לשנות בקביעות כפפות במהלך ההליך, במיוחד כאשר הטיפול בצינור ספירה. אם ל-LA יש זיהום פלזמה רדיואקטיבי על הכפפות שלהם, ניתן להעבירו לצינור הספירה ולהגדיל בצורה מתונה את מספר הספירות המוקלטות של המדגם.
    2. דגימת הדם יכולה להיות ממוקמת בצנטריפוגה כזמינות של היתרי איוש משאבים, כי הזמן שדגימת הדם נלקחה, והזמן שנספר צוין. סובב את כל הדגימות בכוח צנטריפוגלי. באופן יחסי של 724 x g הגדרות הצנטריפוגה המשמשות עבור פרוטוקול זה הן 2,000 rpm עבור 5 דקות עם ההאצה ועקומות האטה שנקבעו לשמונה.
    3. ברגע שהדגימה מטועלת, הניחו את הצינור במתלה הליטוף. הסר את כיסוי הצינור כדי לא להפריע להפרדת המדגם. מניחים צינור ספירת מתויג במתלה. התווית צריכה להתאים. לצינור הדם
    4. ודא שהקצה מהודק היטב לפיפטה. . תכין טישו לטפטוף פיפטה בהתמדה 1,000 μL של פלזמה מצינור הדם, העבר לצינור הספירה והחלף את העפעפיים בצינור הספירה ובצינור הדם.
    5. מניחים את צינור הספירה לתוך המונה היטב ולספור עבור 4 דקות. הקלט את שעת ההתחלה של הספירה בגיליון הרשומות (' זמן מדידה ') עבור כל דוגמה. פעולה זו נדרשת עבור תיקונים עוקבים לזמן ההתחלה של רכישת PET. בזמן מאוחר יותר נקודות במהלך הסריקה, יש לה לבצע כל צעד ברצף מהיר כדי למנוע הצבר של דגימות.
    6. היפטר מפסולת מוצר דם. בשקיות בידוד

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

שיטות ספציפיות ללמידה
כאן, מדווחים פרטים ספציפיים ללמידה עבור תוצאות הנציג. פרטים אלה אינם קריטיים להליך וישתנו לאורך הלימודים.

משתתפים ותכנון משימות
משתתפים (n = 3, שולחן 2) עברו במקביל מודגש-f-MRI/fdg-fלימוד מחמד. כפי שכתב היד מתמקד בפרוטוקול רכישת PET, תוצאות ה-MRI אינן מדווחות. המשתתפים קיבלו 260 MBq של 18F-fdg במהלך הסריקה 95 דקות. משתתף 1 קיבל את המינון המלא כמנת ההזנה בתחילת הסריקה. משתתף 2 קיבל את המנה בפרוטוקול אינפוזיה בלבד. משתתף 3 קיבל את אותה מנה עם היברידית 50% בולוס פלוס 50% אינפוזיה. עבור הפרוטוקולים הן לעירוי בלבד והן לפרוטוקולי בולוס/אינפוזיה, משך העירוי היה 50 דקות.

המשימה הוצגה בעיצוב בלוק מוטבע (איור 2)19. עיצוב זה הוצג בעבר כדי לספק ניגודיות בו עבור הנתונים בעלי מראה BOLD-fמעורר-MRI ו-fdg-fלחיות מחמד. בקצרה, המשימה לסירוגין בין 640 s בלוקים לוח שחמט מהבהב ו 320 s לנוח בלוקים. זו האללאום איטי מספק FDG-fניגודיות מחמד. פרמטרי עיתוי אלה הוזנו במודלים ליניאריים כלליים ברמה הראשונה במהלך הניתוח. בתוך 640 s בלוקים שחמט, לוח שחמט ותקופות מנוחה לסירוגין בקצב של 20 s על/20 s off. זו הפיכה מהירה, אשר מתאימה ל-BOLD-f-MRI, בתקווה להיות הבלש עם מחמד fdg-fעם ניתוח עתידי ומקדמות שחזור. בפרוטוקול זה, תקופות מנוחה היו פקוחות בעיניים, מקובע על צלב מרכזי המוצג על המסך.

רכישת תמונה ועיבוד
MR ותמונות PET נרכשו על סימנס 3T ביוגרף mMR. נתוני PET נרכשו במצב רשימה. ה-MRI וסריקות PET נרכשו בסדר הבא (פרטים הניתנים רק עבור תמונות הרלוונטיות לכתב היד הנוכחי): (i) T1-משוקלל 3D MPRAGE (TA = 7.01 דקות, TR = 1,640 ms, TE = 2.34 ms, להעיף זווית = 8 °, FOV = 256 x 256 mm2, voxel גודל = 1 x 1 x 1 מ"מ 2 > 3, 176 פרוסות, משונן רכישה; (2) משוקלל-כשרון T2 (TA = 5.52 דקות); (3) QSM (TA = 6.86 דקות); (iv) מפת שדה מעבר הצבע TA = 1.03 דקות; (v) MR תיקון החליש דיקסון (TA = 0.39 דקות, TR = 4.1 ms, TEבשלב = 2.5 MS, teout שלב = 1.3 ms, להעיף זווית = 10 °); (vi) T2 *-משוקלל הד מישורי תמונות (EPIs) (TA = 90.09 דקות), P-תיקון שלב (TA = 0.36 דקות); (vii) (TA = 1.96 דקות). תחילתה של רכישת PET היה נעול לתחילתה של ה-T2 * EPIs.

T1-משוקלל תמונות מבניים היו הצוואר נחתך באמצעות fsl-robustfov26, הטיה תוקן באמצעות N427, ואת המוח שחולצו באמצעות נמלים28,29 עם אואזיס-20 תבניות30,31. T1-משוקלל תמונות היו מנורמל לא ליניארי לתבנית 2 מ"מ MNI באמצעות נמלים32 עם ערכת הפרמטרים המוגדרת כברירת מחדל שהוגדרו על ידי antsRegistrationSyN.sh.

כתב יד זה בדק את תוצאות FDG-Fdg דינמי עם bin גודל 16 s. כל הנתונים שוחזרו באופן לא מקוון באמצעות סימנס Syngo E11p ותוקן לצורך הנחתה באמצעות פסאודו Ct33. הרגיל הוזמנה פואסון הורה מקסום (OP-אסם) אלגוריתם עם פונקציה התפשטות הנקודה (PSF) דגמי34 שימש עם שלוש איטראציות, 21 קבוצות משנה, ו 344 x 344 x 127 (voxel גודל: 2.09 x 2.09 x 2.03 mm3) שחזור גודל מטריצה. סינון לאחר התלת-ממד גאוסיאני תלת-ממדי הוחל על התמונות האחרונות ששוחזר.

היישור המרחבי בוצע על תמונות FDG-Fdg דינאמי באמצעות FDG מקפלירטט35. ממוצע התמונה FDG-PET נגזר מסדרת הזמן הדינמי כולו מנורמל באופן נוקשה לתמונה ברזולוציה גבוהה T1-משוקלל של הפרט באמצעות כלי נורמליזציה מתקדמים (ANT)32. התמונות הדינמיות של FDG-Fdg היו לאחר מכן מנורמלות לחלל MNI באמצעות המרה נוקשה בשילוב עם T1 לא ליניארי כדי פיתול MNI.

ברמה הראשונה מודלים ליניאריים כללי הוערך באמצעות SPM12 (מרכז ברוכים לדימות מוחי אנושי) עם זמן האירוע-קורס (שחמט על, קיבעון) המודל כאפקט של עניין. ספיגה ממוצעת על פני אזור בקרה, קליפת המוח (שמאל וימין FP1/236), נכללה בתור covariate. המודל לא כולל נורמליזציה כללית, מסנן עם מעבר גבוה, הקונבולוציה בתגובה הומודינמית, מודל שינוי אוטומטי או סף מיסוך. מסכה מפורשת של קליפת הראיה ב hOC1-5 (שמאל וימין hOC1, 2, 3d, 3d, 4d, 4la4lp, 4d, 537,38,39; בארגז הכלים של אנטומיה של spm v 2.2 b40,41,42) נכלל במודל כדי להגביל את הערכה המודל לאזורי עניין (ROI). בסביבה הקלינית מנתחים אזורים מרובים באמצעות אטלסים במוח. ניגודים שימשו להערכת מפות הפרמטרים של פעילות ברמה האישית, ליברלי thresholded ב p = 0.1 (לא תוקן), k = 50 voxels. התוצאות עבור כל פרט מוצגות גם ב-ספי מספר בתוספת 2.

הריכוז הרדיואקטיביות של הפלזמה תוצאות
העקומה הרדיואקטיבית הריכוז עבור כל משתתף ניתנת באיור 3. הגדול ביותר לשיא הריכוז רדיואקטיביות (3.67 kBq/mL) הושגה באמצעות שיטת ההזנה. בדיקה חזותית של איור 3 מראה כי השיא מתרחש בתוך 10 הדקות הראשונות של הפרוטוקול, והריכוז יורד לאחר מכן. שים לב כי פרוטוקולים המשתמשים בדגימה העורקים או האוטומטיים בקצב של פחות מ -1 דקות, סביר להניח שתמצא ריכוז פלזמה בתוך הדקה הראשונה. העיכוב כאן הוא בגלל שדגימת הדם. הראשונה צולמה ב -5 דקות לאחר השעה עד סוף תקופת ההקלטה, רדיואקטיביות הפלזמה הייתה 35% של הפסגה (1.28 kBq/mL). פרוטוקול האינפוזיה בלבד הגיע למקסימום (2.22 kBq/mL) בשעה 50 דקות, סוף תקופת העירוי. עד סוף תקופת ההקלטה, הריכוז היה מתמשך ב 68% משיאו (1.52 kBq/mL). בדומה לפרוטוקול ההזנה בלבד, פרוטוקול ההזנה/אינפוזיה הגיע לריכוז רדיואקטיביות בשיא הפלזמה (2.77 kBq/mL) בתוך 5 הדקות הראשונות. עד סוף תקופת ההקלטה, בולוס/העירוי היה ב 53% של הפסגה (1.49 kBq/mL).

לאורך הזמן הארוך ביותר בפרוטוקול ההזנה/אינפוזיה. פרוטוקול אינפוזיה בלבד ובולוס/אינפוזיה מראים ירידה ניכרת ברדיואקטיביות כאשר נגמרת תקופת העירוי (50 דקות). לעומת זאת, השוואת באופן חזותי פרוטוקולים לעירוי בלבד ובולוס/אינפוזיה, רדיואקטיביות הפלזמה הייתה קטנה יותר בתוך בולוס-רק נגד בולוס/אינפוזיה באמצעות 40 דקות לאחר ההזרקה. באופן קריטי, רדיואקטיביות הפלזמה הייתה מגוונת מינימלית לתקופה של כ 40 דקות בתוך העירוי. לעומת זאת, לא בפרוטוקול האינפוזיה-בלבד או בולוס-בלבד מוצגים תקופה ממושכת של פעילות עקבית.

תוצאות האות PET
מפות פרמטרים ברמה אישית מהמודל הליניארי הכללי, אות PET ו-GLM תגובה מותאמת, ושגיאות מוצגות באיור 4. מפות פרמטרים מוצגות גם ב-ספי סטטיסטיקה שונים בתוספת 2.

איור 4ii מציג את אות המחמד לאורך תקופת הסריקה (כלומר, על פני תקופות גירוי ומנוחה) בקליפת הראיה הדו (hOC1-5) ובאזור הבקרה (הקוטב הקדמי, FP1/2) עבור שלושת פרוטוקולי הניהול. בשיתוף פעולה, משתתף ההזנה/אינפוזיה הראה הבדלים ברורים יותר בין הרובי, לעומת משתתפי ההזנה בלבד ואינפוזיה בלבד. עבור פרוטוקול ההזנה/אינפוזיה, ROI הפרופטומר הראה את עוצמת התמונה הגבוהה ביותר, עם הנמוך ביותר עבור hOC4. עבור המשתתף בולוס בלבד, היתה מגמה דומה, עם hOC5 ו FP1/2 מראה את העוצמה הגבוהה ביותר, עם hOC4 מראה את הנמוך ביותר. עבור משתתף האינפוזיה בלבד, FP1/2 ו hOC5 ימין הראו את העוצמה הגבוהה ביותר, עם הבדל קטן בין ROIs הנותרים.

בדיקה חזותית של איור 4ii מרמזת כי בפרוטוקול ההזנה בלבד, יש עלייה חדה באות בעקבות ההזנה. השיפוע של ספיגת הוא מהיר יחסית ב 20 להבא 30 דקות, אבל שיעור ספיגה פוחתת בשארית תקופת המדידה. בפרוטוקול ההזנה/אינפוזיה, יש עלייה חדה בספיגת בתחילת הסריקה כי הוא בסדר גודל קטן יותר מאשר בפרוטוקול בולוס בלבד, ואת ספיגת ממשיך בקצב מהיר יחסית למשך הסריקה. בסוף תקופת ההקלטה, פרוטוקול ההזנה/אינפוזיה מציג ספיגה גדולה יותר מאשר הפרוטוקול בולוס-בלבד. בהשוואה לכך, פרוטוקול האינפוזיה בלבד מציג אות נמוך ל40 הראשונה של הסריקה, וספיגת השיא נמוכה באופן משמעותי מאשר פרוטוקול ההזנה בלבד או העירוי. ספיגה היא המהירה ביותר הראשון ~ 50 min של הסריקה ומאט לשארית תקופת ההקלטה.

מפות פרמטרים ותוצאות תגובה מותאמת
איור 4אני מציג את מפות ה-T ברמה האישית עבור שלושת פרוטוקולי הניהול. איור 4iii מציג את המודל הליניארי הכללי מצויד בתגובה וטעייה בשיא voxel עבור כל נושא. שים לב שעבור פרוטוקול האינפוזיה בלבד (איור 4biii), קנה המידה גדול יותר מאשר עבור פרוטוקולי ההזנה והעירוי. יתרה מזאת, עבור פרוטוקול העירוי בלבד, האות במהלך בלוק המנוחה הראשון היה קרוב לאפס, כמעט מאוד של המעקב היה מנוהל בזמן הזה, ושערוך המודל הליניארי הכללי נכשל כאשר בהתחשב בבלוק זה. לפיכך, המודל הליניארי הכללי הוערך עבור משתתף זה החל בבלוק המשימה הראשון, והתגובה הכוללת מוצגת מתחילת תקופת הלוח הדמקה הראשונה.

כדי להמחיש את השפעות המשימה לאורך הזמן, נתוני קורס הזמן עבור כל נושא חולצו (eigenvariate הראשונה) וההופכי של מקדם הווריאציה (סטיית ממוצע/תקן) חושבה עבור כל בלוק. ההופכי למקדם הווריאציה מקדם את היחס בין האות לרעש. כפי שניתן לראות מתוך איור 5, האות גדל בצורה לינארית בערך לאורך תקופת ההקלטה עבור שלושת הפרוטוקולים. השיפוע של הקו היה הגבוה ביותר עבור פרוטוקול העירוי בלבד (m = 2.794), ביניים עבור ההזנה בלבד (1.377) והקטנה ביותר עבור פרוטוקול ההזנה/אינפוזיה (1.159).

Figure 1
איור 1: תרשים זרימה של הליכים עבור ניסויים FDG-Fdg. למעלה: הליכי הקרנה מראש של משתתפים לפני גיוס לימודים. למטה: הליכים עבור פרוטוקולי ההזנה בלבד (שמאל), אינפוזיה בלבד (מרכז), ובולוס/אינפוזיה (מימין). חבר הצוות האחראי לכל שגרה מופיע בסוגריים. מזהי מקטע מתייחסים למקטעים בטקסט שבו השגרה מתוארת. * למעט מצביע על נקודות זמן כאשר המשתתפים עשויים להיות כלולים, עבור MR או PET סריקה חוסר התאמה, או לא לפגוש את דרישות הכניסה למחקר (למשל, הקוגניטיבית דרישות פסיכולוגיות). NMT = טכנלוג לרפואה גרעינית, RA = עוזר מחקר, RG = רדיוגרף, LA = עוזר מעבדה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: פרמטרי התזמון ורדיואקטיביות הפלזמה החזוי מתוך שלושת הפרוטוקולים. הסימנים האדומים, הירוקים והכחולים מייצגים את העיקולים של הפלזמה המשוערות לפרוטוקולי ההזנה, האינפוזיה והאינפוזיה, בהתאמה. שימו לב שעקבות אלה נועדו להמחשה בלבד. ראה איור 3 לצורך השגת עקומות רדיואקטיביות פלזמה. פרמטרי התזמון מונחים על המסך כדי להציג את התזמון היחסי של הפעילות ביחס לרדיואקטיביות של הפלזמה הצפויה. עיצוב הבלוק המוטבע (ג'דאר et al. 201919) כולל שארית איטית (10/5 דקות) בין גירוי בלוח שחמט לעיניים-מנוחה פתוחה. מוטבע בתוך ' ב ' בלוקים הוא מהיר לסירוגין (20 s) עיצוב/כיבוי. החילוף האיטי מספק. את הניגודיות של FDG-Fdg האללאום המהיר מספק ניגודיות מודגשת בfMRI. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: רדיואקטיביות מתעקל לשלושת המשתתפים. הריקבון תוקן עד שהדם הגיע לדגימה. החץ מציין את הפסקת העירוי לפרוטוקולי האינפוזיה והעירוי. . הזמן מגיע בעוד דקות אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: מפות פרמטרים ברמה יחידה מהמודל הליניארי הכללי, אות PET, ו-GLM תגובה מותאמת ושגיאה. (i) מפות ברמה הבודדת (T) של כל אחד משלושת הנושאים, thresholded at p (לא מתוקן) < 0.1, k = 50 voxels. (ii) האות המחמד לאורך קליפת הראייה באזורים של עניין: חמש העורף (ימין ושמאל HOC1, hOC2, ממוצע hOC3d/3v, ממוצע 4d/4d/4d/4D, hOC5) ו חזיתית (שמאל וימין ממוצע FP1/2) אזורי בקרה. שים לב שהאזורים השמאליים מוצגים בקווים אחידים, אזורים ימניים המוצגים בקווים מנוקדים. (iii) התאמה מודל ושגיאה לאורך זמן עבור שיא הפעילות בכל נושא. החץ מציג את סוף תקופת העירוי. (Aiii) פעילות שיא בולוס בלבד mni קואורדינטת (-24,-100, 12), T = 4.07; אינפוזיה בלבד (Biii) פעילות שיא mni קואורדינטת (10,-86, 12), T = 4.25; (26,-65, 10), T = 5.17. שים לב שעבור פרוטוקול העירוי בלבד, לא היתה אפשרות להעריך את המודל עבור תקופת המנוחה הראשונה עקב אות נמוך מאוד. כמו כן, שים לב לקנה המידה הגדול ביותר עבור פרוטוקול העירוי בלבד בהשוואה לפרוטוקולי ההזנה והעירוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: האות ליחס הרעש לאורך תקופת ההקלטה. העלילה מראה את ההופכי של מקדם הווריאציה (ממוצע/SD) של eigenvariate הראשון של הפעילות בתוך שיא voxel בכל בלוק שחמט. SD = סטיית תקן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

משתתף 1 משתתף 2 משתתף 3
פרוטוקול ניהול בולוס בלבד אינפוזיה בלבד בולוס/אינפוזיה
גיל (שנים) 18 19 19
סקס F M F
יד R R R
שנים של חינוך 12 14 14
הציר הנוכחי אני מחלה פסיכיאטרית לא לא לא
היסטוריה של מחלות לב וכלי דם לא לא לא
התרופות הרגילות לא לא לא

טבלה 1: מידע דמוגרפי עבור שלושת המשתתפים.

תוספת 1: הטופס של רשומת משתתף לדוגמה. בפרוטוקול זה, ה-RA אחראי על הקלטת זמן ההזנה והאינפוזיה המתחילים וחישוב הזמן של דגימות הדם. לאחר מכן RA מספק עותקים של טופס זה ל-NMT ו-LA. במהלך הניסוי, RA מקליט את הזמנים שבהם הדגימות נלקחו לתיקון הדעיכה הבאה. ה-LA מתעד את זמן המדידה ואת ערכי המדידה במקטע Notes. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד).

מוסף 2: שינויים במפות פרמטרים סטטיסטיים עם גדלי סף סטטיסטיים שונים. התוצאות מוצגות בפרוסות בטווח של ספי מ-p = 1.0 כדי FWE p < 0.05. אנא לחץ כאן כדי להציג קובץ זה (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד).

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 היא טכנולוגיה רבת עוצמה דימות המודד ספיגת גלוקוז, מדד של מטבוליזם המוח של גלוקוז. עד היום, רוב מחקרי מדעי המוח באמצעות FDG-PET להשתמש בגישה מסורתית לניהול ההזנה, עם רזולוציית תמונה סטטית המייצגת את האינטגרל של כל פעילות מטבולית במהלך הסריקה2. כתב יד זה מתאר שני פרוטוקולים חלופיים לניהול רדיומעקב: האינפוזיה בלבד (למשל, ויליין ואח ', ג'דאר ואח '19,21) ובולוס היברידי/אינפוזיה (למשל, rischka et al.20) פרוטוקולים. שלושת הפרוטוקולים הפגינו ברזולוציה הטמפורלית של 16 s, זמן נעול לגירוי, ברמה האישית.

הנקודה הקריטית בשיטה היא התחלת פרוטוקול הסריקה. בשלב זה, תחילת רכישת PET חייב להיות זמן נעול לתחילת הרצף BOLD-fMRI (אם באמצעות MR-PET בו), כמו גם את ההתחלה של המצגת גירוי. משכי הגירוי והמשכים חייבים להיות מסוגלים להיות נעולים לתחילת הסריקה עבור דגמי הרמה הראשונה. בפרוטוקול ההזנה בלבד, יש להעביר את ההזנה בתחילת רכישת PET כדי ללכוד את אות השיא (איור 4). בפרוטוקול העירוי בלבד, יש לנעול את תחילתו של העירוי לרכישת PET, כדי להבטיח מודל מדויק של ספיגת הרמה הראשונה. בפרוטוקול ההזנה/אינפוזיה, ההזנה צריכה להיות ממושכת בזמן לרכישת PET, כאשר העירוי החל בתקופה מוכרת וקצרה, לאחר ההזנה. כדי שהנהלים יזרום כראוי בתוך פרק זמן קצר זה, כל אחד מחברי הצוות (NMT, RG, RA) צריך להיות מוכן כראוי לפני תחילת הסריקה (איור 1). "חזרות הלבוש" מומלץ לעשות כוריאוגרפיה בתזמון השלב הקריטי הזה.

עד היום, כ 60 נושאים נבדקו באמצעות אחד הפרוטוקולים הללו במעבדה שלנו (המספר הגדול ביותר באמצעות פרוטוקול אינפוזיה בלבד). קיימים שני גורמים נפוצים לשחיקה בנושא או לכשל ברכישה. (1) החוקרים אינם יכולים לצינורית באמצעות המשתתף עקב קושי במציאת ורידים. כדי להתייחס לכך, על כל המשתתפים לשתות לפחות שתי כוסות מים לפני הסריקה. אם ניתן להשיג צינורית אחת בלבד, דגימת דם מושמט למשתתף זה. (2) המשתתפים אינם יכולים להשלים את הסריקה. שלא כמו MRI, רכישת PET לא ניתן להשהות ולהפעיל מחדש. הגורמים השכיחים ביותר של נסיגה משתתף בסריקה הם בשל הפסקות שירותים וקושי עם רגולציה תרמית. המשתתפים דיווחו כי הדרישה לצרוך מים לפני הסריקה מגביר את הצורך להטיל שתן. לפיכך, כל המשתתפים נדרשים לעשות זאת לפני הסריקה. המשתתפים דיווחו גם כי העירוי של המעקב מותיר אותם מרגישים קר מאוד, ורעידות מופעלות אצל חלק מהאנשים. מחקרים קודמים הראו כי טמפרטורת הסביבה יכולה להשפיע על פעילות ארטעובדתית ב-FDG-PET סריקות46. בעיה זו ממוענת באמצעות שמיכה חד פעמית עבור כל המשתתפים במהלך הסריקה.

התוצאות מוצגות ברמת הנושא הבודדת עבור שלושת פרוטוקולי הניהול. כצפוי, הריכוז הרדיואקטיביות של הפלזמה בדם (איור 3) היה השיא הגדול ביותר עבור פרוטוקול ההזנה בלבד, אך הרדיואקטיביות המתמשכת ביותר הושגה בפרוטוקול ההזנה/אינפוזיה. ריכוז הפלזמה היה הנמוך ביותר עבור פרוטוקול האינפוזיה בלבד. לפרוטוקול העירוי בלבד והעירוי, ירידה הריכוז בזמן הפסקת העירוי. האות PET ברחבי ROIs (איור 4bii) הראה את האות הגדול ביותר בפרוטוקול ההזנה/אינפוזיה. משתתף זה הראה גם את הבידול הברור ביותר בין הרועים. בשיתוף פעולה, האות PET היה החלש ביותר בפרוטוקול העירוי בלבד. ייתכן שפרוטוקול האינפוזיה-בלבד יניב תוצאות טובות יותר בניסוי ארוך יותר (> 50 דקות). עם זאת, סביר להניח שפעולה זו תגדיל את שיעור השחיקה המשתתף. במודלים הליניארים הכלליים של הרמה הראשונה, שגיאת המודל הייתה גדולה בהרבה בפרוטוקול העירוי בלבד לעומת פרוטוקולי ההזנה והעירוי (איור 4iii). אות לרעש במהלך תקופות הפעילות (איור 5) הציע שהאות היציב ביותר במהלך תקופת ההקלטה הושגה באמצעות פרוטוקול ההזנה/אינפוזיה. מחקרים נוספים נדרשים כדי לקבוע אם השפעות אלה מתמשכת במדגם גדול יותר.

fPET היא שיטה חדשה יחסית (הראשונה שפורסמה על ידי Villien יין ואח '21), והנתונים הם מורכבים יחסית לרכוש לעומת גישות נוירוהדמיה מסורתיות כמו PET סטטי ו-MRI/fMRI. לפיכך, יש מקום משמעותי לשיפור פרוטוקולי רכישת הנתונים. מחקר זה מציג את פרוטוקול הרכישה עבור שלושה פרוטוקולים לניהול מעקב (בולוס בלבד, אינפוזיה בלבד, ו בתוספת אינפוזיה) ואת תוצאות הנציג מנושאים בודדים עבור כל שיטה. בקבוצה זו, לא בוצע דגימת עורקים עקב הסדר של ההליך והדרישה של MD באתר. מנתח התמונה שלנו ולכן אינם נהנים מהמידע הכמותי המסופק על ידי דגימת עורקים. שימו לב כי האן et al.17 מצאו הסכם מצוין בין דגימות עורקים וורידים לקביעת שיעור מטבולית המוח הקורטיקלית של גלוקוז (CMRGlc) עבור אינפוזיה קבועה Fdg-fdg. עבודות שפורסמו אחרים43,44,45 לדון בעורקים, ורידי, ותמונה הנגזרים פונקציות קלט לחיות מחמד בפירוט.

דגימת דם ידנית, בין אם בעורקים או בורידים, דורשת מהצוות להיכנס לחדר הסורק בזמן שהסריקה מתבצעת. רוב הסורקים יש RF משתלבים לחדר הסורק, אשר מאפשר לצוות לגשת לחדר במהלך סריקה מבלי לגרום חפצי הפרעה אלקטרומגנטית בתמונות MR. עם זאת, הצוות הנכנס לחדר במהלך הסריקה עשוי להגביר את החשיפה הרדיואקטיבית לצוות, לגרום לאי נוחות משתתפת ולהגברת תנועת המשתתפים וההתנתקות ממשימות קוגניטיביות. גורמים אלה מעודדים את האוסף של מספר דוגמאות לפי הצורך. לקיחת דגימות כל 5-10 דקות בעוד המינון מנוהל מספיק כדי לראות את הדינמיקה בדם בתדר נמוך צפוי משלושת הפרוטוקולים שנבדקו כאן. עם זאת, קצב דגימה זה מגביל את היכולת לכמת את המאפיינים הרקתית הגבוהים בתדירות גבוהה, במיוחד את הגודל והצורה המדויקים של ניהול ההזנה הבאה. כאשר מאפיינים כאלה הם בעלי חשיבות, השימוש בציוד ממוחשב לדגימת דם עשוי להועיל.

לבסוף, שיטות מסורתיות דגמי PET פותחו עבור דימות סטטי (למשל, קינטי, Patlak). דרושה עבודה נוספת כדי לעדכן את המודלים המתמטיים עבור יישום לנתוני fPET.

לסיכום, כתב יד זה מציג שיטות חלופיות של מינהל רדיומעקב FDG לרזולוציה גבוהה FDG-PET, עם רזולוציה של 16 s. החלטה זו משווה בחיוב לסטנדרטים הנוכחיים בספרות. האן ואח ', ג'דאר ואח ', ויליין ואח '17,18,19,21 דו ח fdg-fdg עם רזולוציה של 1 דקות, ו rischka ואח '20 להשיג התוצאות היציבות fdg-fdg עם משך מסגרת של 12 s באמצעות 20/80% בתוספת אינפוזיה. פרוטוקול ההזנה/אינפוזיה המוצג כאן מספק את האות היציב ביותר למשך הזמן הארוך ביותר בהשוואה לפרוטוקולי ההזנה בלבד והעירוי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים לא מצהירים. על ניגוד אינטרסים מקור המימון לא היה מעורב בתכנון המחקר, באיסוף, בניתוח ובפרשנות של נתונים.

Acknowledgments

ג ' ולדר נתמך על ידי המועצה האוסטרלי למחקר (ARC) חוקר הקריירה המוקדמת של דיסקברי (DECRA DE150100406). ג'דאר, וורד ו איגן נתמכים על ידי מרכז ה-ARC של מצוינות לתפקוד המוח האינטגרטיבי (CE114100007). צ'ן ולי נתמכות במימון קרן התרבות רגנור.

, ג'דאר, וורד, קארי. ומקנטייר עיצב את הפרוטוקול , קארי, מקנטייר, סאסו. ופאלון אספו את המידע , ג'דר, וורד, פרקס. וסאסו ניתחו את המידע ג'דאר, וורד, קארי ומקנטייר. כתבו את הטיוטה הראשונה של כתב היד כל המחברים סקרו ואישר את הגירסה הסופית.

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).
המינהל לרדיומעקב אחר פליטת פוזיטרון ברזולוציה גבוהה הטומוגרפיה של המוח האנושי: יישום ל-FDG-Fdg
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