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Behavior

인간의 뇌의 고시간 해상도 양전자 방출 단층 촬영을위한 방사선 추적기 관리 : FDG-fPET에 응용 프로그램

doi: 10.3791/60259 Published: October 22, 2019

Summary

이 원고는 FDG-PET (일정한 주입 및 볼루스 플러스 주입)에 대한 두 개의 방사성 추적기 관리 프로토콜을 설명하고 볼러스 투여와 비교합니다. 16s의 시간적 해상도는 이러한 프로토콜을 사용하여 달성 할 수 있습니다.

Abstract

기능성 양전자 방출 단층 촬영(fPET)은 인간의 뇌에서 분자 표적을 추적하는 방법을 제공한다. 방사성 표지된 포도당 유사체, 18F-플루오데옥시글루코스(FDG-fPET)를 사용하면 기능적 자기 공명 영상(fMRI)에 접근하는 시간적 해상도로 포도당 대사의 역학을 측정할 수 있습니다. 포도당 관의 이 직접적인 측정은 정상과 이상한 두뇌 기능을 이해하고 신진 대사와 신경 퇴행성 질병의 효력을 탐구를 위한 거대한 잠재력을 가지고 있습니다. 또한, 하이브리드 MR-PET 하드웨어의 새로운 발전은 fMRI와 FDG-fPET를 사용하여 포도당과 혈액 산소화의 변동을 동시에 포착할 수 있게 합니다.

FDG-fPET 이미지의 시간적 해상도 및 신호-잡음은 방사성 추적기의 관리에 크게 좌우됩니다. 이 작품은 두 가지 대체 연속 주입 프로토콜을 제시하고 기존의 볼루스 접근법과 비교합니다. 혈액 샘플을 획득하고, PET, MRI, 실험 자극을 확보하고, 비전통적인 트레이서 전달을 투여하는 방법을 제시한다. 시각적 자극을 사용하여, 프로토콜 결과는 16 s의 시간적 해상도를 가진 개별 적인 수준에 외부 자극에 대한 포도당 반응의 피질 지도를 보여줍니다.

Introduction

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양전자 방출 단층 촬영 (PET)은 임상 및 연구 설정 모두에서 널리 사용되는 강력한 분자 이미징 기술입니다 (최근 포괄적 인 검토를 위해 Heurling et al.1 참조). PET를 사용하여 영상을 볼 수 있는 분자 표적은 방사성 추적기의 가용성에 의해서만 제한되며, 수많은 트레이서는 신경 대사 수용체, 단백질 및 효소2,3을이미지화하기 위해 개발되었다. 신경 과학에서 가장 많이 사용되는 방사선 추적자 중 하나는 대뇌 포도당 대사 의 지수로 일반적으로 해석되는 포도당 섭취를 측정하는 18F-플루오로데옥시글루코스 (FDG-PET)입니다. 인간의 뇌는 시냅스 전송 시 뉴런에 의해 사용되는 뇌포도당 대사의4,5및 70-80%의 에너지 요구 사항을 충족시키기 위해 일정하고 신뢰할 수 있는 포도당 공급이필요하다. 대뇌 포도당 대사에 대한 변화는 정신과, 신경퇴행성 및 허혈성 질환을 포함한 수많은 조건에 개시하고 기여하는 것으로 생각된다7,8,9. 더욱이, FDG 섭취량은 시냅스 활성10,11,12에비례하기 때문에, 보다 널리 사용되는 혈액에 비해 신경 활동의 보다 직접적이고 덜 혼동된 지수로 여겨진다. 산소화 수준 의존적 자기 공명 화상 진찰 (BOLD-fMRI) 반응. BOLD-fMRI는 신경 활동의 간접 지수이며 신경 활동 다음 신경 혈관 변화의 폭포다음 발생하는 탈산소 헤모글로빈의 변화를 측정합니다.

인간의 두뇌의 대부분의 FDG-PET 연구는 대뇌 포도당 섭취의 정적 이미지를 취득. 참가자는 어두운 방에서 눈을 뜨고 10 분 동안 조용히 쉬고 있습니다. 전체 방사선 추적자 복용량 초의 기간에 볼루스로 관리, 그리고 참가자는 추가에 대 한 휴식 30 분. 섭취 기간 이후에는 참가자가 PET 스캐너의 중앙에 배치되고, 섭취 및 스캔 기간 동안 누적 FDG 분포를 반영하는 PET 이미지가 획득됩니다. 따라서, PET 이미지에 의해 인덱싱된 뉴런 활동은 모든 인지 활동의 누적 평균을 나타내며, 스캔 기간 동안의 인지 활동에는 특이적이지 않다. 이 방법은 뇌와 신경 기능의 대뇌 대사에 큰 통찰력을 제공하고있다. 그러나, 시간적 해상도는 스캔 기간과 동일합니다 (종종 ~ 45 분, 효과적으로 포도당 섭취량의 정적 측정을 산출; 이것은 신경 이미징의 인지 과정과 일반적인 실험 동안 신경 반응에 불리하게 비교. 제한된 시간적 해결로 인해 이 방법은 비특이적 포도당 섭취 지수(즉, 작업 또는 인지 과정에 고정되지 않음)를 제공하며, 대상 내 변동성에 대한 측정을 제공할 수 없으므로 잘못된 과학적 결론으로 이어질 수 있습니다. 심슨의 역설13. 심슨의 역설은 시나리오, 여기서 뇌 행동 관계 계산-주제에 걸쳐 계산 반드시 대상 내에서 테스트 동일한 관계를 나타내는. 또한 최근 FDG-PET에 기능적 연결 측정값을 적용하려는 시도는 피사체 간 연결만 측정할 수 있습니다. 따라서 연결의 차이는 그룹 간에만 비교할 수 있으며 개별 주제에 대해 계산할 수 없습니다. 정확히 피사체 간 연결이측정 14무엇인지 논쟁의 여지가 있지만, 전체 적인 측정이 질병 상태에 대한 바이오 마커로 사용되거나 개별 변이의 원인을 검사하는 데 사용될 수 없다는 것은 분명합니다.

지난 5년 동안, 임상 등급 동시 MRI-PET 스캐너의 개발과 접근성 향상은 인지 신경 과학에서 FDG-PET 이미징2에 대한 새로운 연구 관심을 촉발시켰습니다. 이러한 발전과 함께, 연구원은 BOLD-fMRI의 표준에 접근하기 위해 FDG-PET의 시간적 해상도를 개선하는 데 초점을 맞추고있다 (~ 0.5−2.5 s). BOLD-fMRI의 공간 해상도는 서브밀리미터 해상도에 접근할 수 있지만 FDG-PET의 공간 해상도는 양전자 범위15로인해 절반 최대(FWHM)에서 전체 폭 약 0.54mm로 근본적으로 제한됩니다. 종종 임상적으로 사용되는 동적 FDG-PET 수집은 bolus 관리 방법을 사용하고 목록 모드 데이터를 저장소로 재구성합니다. 볼러스 동적 FDG-PET 방법은 약 100s의 시간적 분해능을 제공한다(예를 들어, 토마시 외16). 이것은 확실히 정적 FDG-PET 화상 진찰에 비해 훨씬 낫습니다 그러나 BOLD-fMRI와 비교되지 않습니다. 추가적으로, FDG의 혈장 농도가 볼루스가 투여된 직후에 감소하기 때문에 뇌 기능을 검사할 수 있는 창은 제한됩니다.

이 실험 창을 확장하기 위해, 연구의 소수17,18,19,20,21 이전에 카슨(22)에의해 제안 된 방사성 추적기 주입 방법을적응한 , 23. 이 방법에서, 때때로 '기능적 FDG-PET'(FDG-f PET,BOLD-fMRI와 유사)로 묘사되며, 방사선 추적기는 전체 PET 스캔(~90분)의 과정에 걸쳐 일정한 주입으로서 투여된다. 주입 프로토콜의 목표는 시간에 걸쳐 포도당 섭취량의 동적 변화를 추적하기 위해 FDG의 일정한 플라즈마 공급을 유지하는 것입니다. 개념 증명 연구에서 Villien 등21은 일정한 주입 프로토콜과 동시 MRI/FDG-f PET를 사용하여 60s의 시간적 해상도로 바둑판 자극에 반응하여 포도당 섭취량의 동적 변화를 보여주었습니다. 후속 연구는 작업 잠긴 FDG-f PET(즉, 외부 자극에 시간 잠금19)및 작업 관련 FDG-f PET (즉, 외부 자극에 시간 잠겨 있지 않음)를 보여주기 위해이 방법을 사용했습니다17, 18)포도당 섭취. 이러한 방법을 사용하여, FDG-f PET 시간적 60s의 시간적 분해능이 얻어졌으며, 이는 볼루스 방법에 비해 상당한 개선이다. 예비 데이터는 주입 방법이 20-60 s19의시간적 해상도를 제공 할 수 있음을 보여줍니다.

일정한 주입 방법에서 유망한 결과에도 불구하고, 이러한 연구의 플라즈마 방사능 곡선은 주입 방법이 90 분 스캔19,21의기간 내에 정상 상태에 도달하기에 충분하지 않다는 것을 보여준다. 지속적인 주입 절차 이외에, Carson22는 또한 목표가 검사의 시작 부분에 평형에 빨리 도달하고, 그 때 평형에 플라즈마 방사능 수준을 유지하는 것입니다 하이브리드 bolus/주입 절차를 제안했습니다 검색 시간입니다. Rischka 등20 최근에 20 % 볼루스 플러스 80 % 주입을 사용하여이 기술을 적용했습니다. 예상대로, 동맥 입력 함수는 기준선 수준 이상으로 빠르게 상승하고 주입 전용 절차19,21을사용한 결과에 비해 더 긴 시간 동안 더 높은 속도로 유지되었다.

이 백서는 주입 전용 및 볼루스/주입 방사선추적기 관리를 사용하여 고시간 용해 FDG-f PET 스캔을 획득하기 위한 획득 프로토콜에 대해 설명합니다. 이러한 프로토콜은 90-95 분 획득 시간19와동시 MRI-PET 환경에서 사용하기 위해 개발되었습니다. 프로토콜에서, 혈액 샘플은 PET 이미지의 후속 정량화를 위한 혈장 혈청 방사능을 정량화하기 위하여 취합니다. 프로토콜의 초점은BOLD-fMRI/FDG-f PET를 사용하여 기능성 신경이미징을 위한 주입 방법의 응용이지만, 이러한 방법은 동시 MRI,BOLD-f 여부와 관계없이 모든 FDG-f PET 연구에 적용될 수 있습니다. MRI, 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 또는 다른 신경 이미지가 획득됩니다. 그림 1은 이 프로토콜의 프로시저의 순서도를 보여 주며, 이 프로토콜의 순서도를 보여 주다.

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Protocol

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이 프로토콜은 모나시 대학 인간 연구 윤리위원회 (승인 번호 CF16/1108 - 2016000590)에 의해 검토되고 승인되었습니다 인간 연구의 윤리적 행동에 대한 호주 국가 성명서 에 따라24. 절차는 공인 된 의학 물리학자, 핵 의학 기술자 및 임상 방사선 사진가의 지도하에 개발되었습니다. 연구원은 인간에 있는 이온화 방사선의 행정을 위한 그들의 현지 전문가 그리고 지침을 참조해야 합니다.

1. 필수 장비 및 인력

  1. 스캐너 룸, 방사성 화학 실험실 및 일반 재료에 대한 재료 표를 참조하십시오. 상용 공급 업체는 방사성 추적기사용되었다.
  2. 동시 MRI-PET 환경에서, 네 명의 인력을 사용: 방사선 사진사 (RG) 스캔을 실행하는, 핵 의학 기술자 (NMT) 방사선 추적기의 관리 및 혈액 샘플의 취득을 감독, 혈액을 회전하는 실험실 조수 (LA), 실험 설계 및 자극 프리젠 테이션을 감독할 책임이 있는 연구 조교(RA).

2. 준비

  1. NMT에 의한 트레이서 투여 준비
    1. 스캔 과정에서 투여될 주입 량을 계산합니다. 이 프로토콜에서 주입 속도는 95 분 이상 0.01 mL / s입니다. 따라서 95분 스캔으로 참가자는 0.01 mL/s x 60s x 95분 = 57mL를 받습니다.
    2. 투여된 식염수 용액으로 희석될 트레이서 용량을 계산합니다. 이 프로토콜에서, 총 260 MBq의 투여량은 95분 이상 참가자에게 투여된다. 이 투여량은 4.9 mSv로 방사선 노출을 제한하기 위해 선택되었으며, 호주 방사선 보호 및 원자력 안전 청 (ARPANSA) 지침에 따라 '낮은 수준의 위험' 분류 내에서 이온화 방사선25에대한 인간의 노출을 유지하도록 선택되었습니다. 부패 올바른 260 MBq 중반 주입 지점에서 (47.5 분) 다시 T0. 방정식 1을 사용하여 A0에 대해 해석

      여기서 A는 주입의 중간 시점에서 방사능(MBq)이고, A0은 초기 방사능이고 λ는 트레이서에 특이적인 방사성 붕괴 상수이다. FDG의 경우, 값은 λ  0.693/T1/2입니다. T1/2는 18F (110 분)의 반감기입니다.
      참고: 이 예제에서A t = 260MBq, λ = 0.693/110 및 t = -47.5, A0 = 350.942 MBq.
    3. 참가자에게 용량을 투여하는 데 사용되는 100 mL 식염수 백에 필요한 방사선 추적기 용량을 계산합니다. 식염수 백에 필요한 방사성 추적기는 총 부피 5 mL까지 희석되어 5 mL 주사기로 작성됩니다. 따라서, 100 mL 식염수 백의 경우, 희석 계수는 방사성 추적기를 사용하여 주사기의 5 mL 부피 외에 식염수(100 mL)의 부피이다. 이 총 부피 105 mL은 57 mL의 주입 부피 (즉, 105 mL / 57 mL = 1.842)로 나뉩니다. 따라서, 100 mL 백에 첨가하기 위해 요구되는 5 mL의 부피에서의 총 방사능은 희석 인자 A0 배(즉, 350.942 MBq x 1.842 = 646.44 MBq)이다. 식염수 백에 방사성 추적기를 추가합니다.
      참고 : 식염수 가방에 추가된 646.44 MBq의 계산 된 활동은 주입 시작시 필요한 활동이라는 점에 유의해야합니다. 일반적으로, 이 프로토콜에 대한 투여량은 투여 전에 15 분 내지 1 시간 사이에 제조된다. 따라서 방사성 동위원소의 붕괴를 고려하는 것이 중요합니다. 2.1.2의 방정식 1. 이를 설명하기 위해 사용될 수 있는데, 여기서 시간(t)은 투여량의 준비로부터 활동이 투여될 때까지의 총 분수, A=646.44 MBq, A0에대해 해결함으로써 사용될 수 있다.
    4. 프라이밍 용량을 준비합니다. 가방에서 20 mL를 주사기에 넣고 캡을 씌울 수 있습니다. 이 20 mL 주사기 및 라벨을 보정하십시오. 주사기는 방사능이 식염수 백 내에 고르게 분산되었는지 확인하기 위해 참조 검사로 보정됩니다.
    5. 복용량을 준비하십시오. 50 mL 주사기를 사용하여 빨간색 콤비 스토퍼가있는 가방과 캡에서 60 mL을 인출하십시오. 이러한 주사기는 식염수 백에 첨가된 때부터 방사능의 농도가 공지됨에 따라 보정되지 않는다(단계 2.1.3). 스캔할 준비가 될 때까지 방사성 화학 실험실에 두 주사기를 보관하십시오.
      참고: 테루모 주사기는 라벨이 붙은 부피보다 20% 높은 것으로 표시되어 있기 때문에 50mL 주사기에서 60mL 볼륨을 그릴 수 있습니다(즉, 50mL 주사기는 60mL로 표시되어 있음).
    6. 기준 용량을 준비합니다. 약 480mL의 증류수로 500mL 의 체적 플라스크를 채웁니다. 18F-FDG의 10MBq를 주사기에 넣고 스캔 시작 시간(수학식 1 사용)에 부패 보정한 다음 플라스크에 추가합니다. 500 mL 마크까지 볼륨을 높이고 증류수를 더 많이 사용하여 완전히 섞어줍니다. 주사기에 대한 사전 및 사후 교정 라벨 부착.
  2. NMT에 의한 스캐너 룸 준비
    1. 참가자가 스캐너에 배치되면 막힘이 발생하면 주입 또는 혈액 샘플에 대한 라인을 조작하거나 회수 할 여지가 거의 없습니다. 스캐너 룸을 준비하여 라인 막힘의 가능성을 최소화합니다.
    2. 모든 혈액 수집 장비가 수집 현장에서 쉽게 접근 할 수 있는지 확인하십시오. 캐뉼라 끝과 혈액 용기를 담을 수 있는 표면에 언더패드를 놓습니다. 일반 폐기물 및 생체 유해 폐기물을 위해 쓰레기통을 혈액 채취 장소에서 쉽게 도착할 수 있습니다.
  3. NMT에 의한 주입 펌프 준비
    1. 참가자와 연결되는 측면의 스캐너 룸에 주입 펌프를 설정합니다. 펌프 의 기지 주위에 리드 벽돌을 구축하고 펌프 앞에 리드 쉴드를 배치합니다. 참가자에게 주입을 제공하는 주입 펌프튜브를 연결하고 올바른 주입 속도가 입력되었는지 확인하십시오. 이 프로토콜의 경우 속도는 0.01 mL/s입니다.
    2. 참가자의 캐뉼라에 연결되기 전에 튜브를 프라임합니다. 주입 펌프에 20 mL 프라이밍 복용량을 연결합니다. 참가자에게 연결될 튜빙의 끝에 3방향 탭과 빈 20mL 주사기를 부착합니다. 18F-FDG 용액이 튜브를 통해 프라이밍 용량에서 흐르고 빈 주사기로만 수집되도록 탭이 배치되었는지 확인합니다.
    3. 주입 펌프를 15 mL의 부피를 프라이밍하도록 미리 설정하십시오. 펌프의 프라임 버튼을 선택하고 프롬프트를 따라 라인을 프라이밍합니다.
    4. 프라이밍 용량 대신 주입 펌프에 50 mL 용량 주사기를 부착하십시오. 참가자가 펌프에 연결할 준비가 될 때까지 3방향 탭의 15mL 프라이밍 용량이 남아 있을 수 있습니다.
  4. NMT, RA 및 RG에 의한 참가자 준비
    1. 참가자들에게 6시간 동안 금식하고 스캔 하기 전에 물(약 2잔)만 섭취하도록 조언하십시오.
    2. RA가 동의 절차를 수행하고 추가 조치(예: 인구 통계학적 조사, 인지 배터리 등)를 획득하도록 합니다. NMT 및 RG가 안전 스크린, PET 스캐닝을 위한 NMT 검토 안전성(예를 들어, 이전 8주 동안의 임신, 당뇨병, 화학요법 또는 방사선 요법 제외, 및 알려진 알레르기) 및 MRI 스캐닝을 위한 RG 검토 참가자 안전(예를 들어, 임신, 의료 또는 비 의료 용 금속 임플란트, 비 이동식 치과 임플란트, 밀실 공포증에 대한 제외).
    3. 참가자를 칸에 다.
      1. 두 개의 캐뉼라를 사용하십시오 : 투여 투여용과 혈액 샘플링을위한 다른 캐뉼라. 가장 적합한 캐뉼라는 참가자마다 다르지만 가장 적합한 정맥은 혈액 수집을 위해 예약해야합니다. 22 G 캐뉼라는 바람직한 최소 크기입니다. 캐뉼링 하는 동안 10 mL 기준선 혈액 샘플을 수집합니다. 라인의 개통을 유지하기 위해 압력하에 모든 식염수 플러시를 분리하십시오.
      2. 참가자의 혈당 수치 및 기타 기준선 혈액 측정(예: 헤모글로빈)을 기준선 샘플에서 테스트합니다.
  5. RG 및 NMT에 의해 스캐너에서 참가자 위치 지정
    1. RG가 스캐너 보어의 참가자를 배치하게 합니다. 긴 스캔의 경우, 참가자가 중퇴하고 불편함으로 인해 운동 유물의 위험을 줄이기 위해 편안함을 보장하는 것이 필수적입니다. 참가자는 편안한 체온을 유지하기 위해 일회용 담요로 덮여 있어야합니다.
    2. 주입 라인을 연결하기 전에 NMT플러를 플러시하여 최소한의 저항으로 특허를 보장하십시오. 연결되면 튜브를 손목 근처에서 가볍게 테이프로 녹화할 수 있습니다. 참가자에게 팔을 곧게 펴지 않도록 지시한다. 편안함을 위해 폼이나 쿠션과 같은 지지대를 사용하십시오. NMT는 또한 최소한의 저항으로 혈액을 철회 할 수 있는지 확인하기 위해 플라즈마 샘플에 사용되는 캐뉼러를 확인해야합니다. 참가자가 스캐너에있는 동안 캐뉼라를 더 쉽게 접근 할 수 있도록 일반 식염수로 프라이밍 된 확장 튜브를 연결해야 할 수도 있습니다. 필요한 경우 누출 여부를 확인해야 합니다.
    3. 피사체가 스캐너 보어에 들어가면 NMT가 두 캐뉼라에 적합한 지 확인하십시오.
    4. NMT는 스캔 중 언제든지 혈액 수집 캐뉼러, 주입 캐뉼러 또는 주입 펌프(예: 폐색, 배터리, 외설)에 문제가 있는 경우 RG 및 RA에 통보합니다.

3. 참가자 스캔

  1. NMT, RG 및 RA로 스캔 시작
    1. 스캔이 시작될 때 스캐너 룸에 NMT를 배치하여 주입 장비를 모니터링합니다. NMT가 청력 보호구를 착용하고 장벽 실드를 사용하여 가능한 경우 선량에서 방사선 노출을 최소화하십시오.
    2. RG가 참가자가 올바른 위치에 있는지 확인하기 위해 지역화 기 스캔을 수행하면서 PET 수집에 대한 세부 정보(예: 스캔 기간, 목록 모드 데이터 수집, 올바른 동위원소)를 확인합니다.
    3. PET 획득이 첫 번째 MRI 서열로 시작되도록 프로토콜을 디자인합니다. RG는 MRI 서열을 준비하고 시작합니다. 95분 PET 획득의 시작 시간은 MRI 서열의 시작까지 시간 잠김된다. 필요한 경우 NMT는 PET 획득 시 볼루스를 제공해야합니다(그림 1).
    4. 주입 펌프를 시작합니다. RG는 PET 획득이 시작된 후 펌프 30s를 시동하기 위해 NMT(예: 엄지손가락 사인을 통해)에 신호를 보내야 합니다. 이 프로토콜은 스캔 실패 시 안전 완충액을 제공하기 위해 스캔 시작 시간 후 주입 펌프 30s를 시작합니다. 이것은 또한 PET 스캔 중에 찍은 첫 번째 이미지가 완전한 시간 활동 곡선 데이터 수집을 위해 방사성 추적기 투여 전에 뇌를 색인화하도록 보장한다. NMT가 펌프를관찰하여 18F-FDG에 주입하기 시작했으며 라인의 즉각적인 폐색이 없는지 확인합니다.
    5. RA가 합의된 시간(즉, 기능적 실행/실험 블록의 시작 시)에 임의의 외부 자극을 개시하고 혈액 샘플에 대한 시간을 계산하게 한다. 예제 레코드 양식은 보충 1에표시됩니다. RA가 각 혈액 샘플의 예측 시간을 계산하고 NMT 및 실험실 도우미(LA)에 사본을 제공하도록 합니다. RA가 NMT가 대략 정확한 시간에 혈액 샘플을 취하고, 장비(예: 주입 펌프, 자극)를 모니터링하여 오류 의 징후를 확인하도록 합니다.
  2. 일정한 시간 간격으로 혈액 샘플을 채취하십시오.
    1. NMT와 RA가 10분마다 1개의 샘플을 채취합니다. 일반적으로 기준선 샘플을 포함하지 않는 총 10개의 샘플이 있습니다.
    2. PET 스캔과 동시에 MRI 스캔을 획득하는 경우 스캐너 실에 들어갈 때 NMT 착용 청력 보호구를 착용하십시오.
    3. NMT가 장갑을 착용하고 캐뉼라 끝을 깨끗하게 면도하십시오. 캐뉼라 부위가 마르는 동안 5 mL및 10 mL 주사기, 혈관및 10 mL 식염수 플러시를 엽니다.
    4. 5 mL 주사기를 사용하여 신선한 혈액 4-5 mL을 철회하고 생물학적 위험 폐기물에 주사기를 버립니다.
    5. 10 mL 주사기를 사용하여 최대 10 mL의 혈액을 인출하십시오. 부피는 혈액이 얼마나 쉽게 철회될 수 있는지에 의해 제한될 수 있습니다. 그것은 어떤 저항을 최소화 하는 것이 중요 하다 이후 hemolyze 수 있는 적혈구에 손상을 일으키는. 중간 수집 지점에서 RA에 NMT 신호를 보내고, 이 시그널은 샘플의 '실제' 시간으로 레코드양식(보충 1)에이 시간을 표시합니다.
    6. 10 mL 주사기를 혈관증에 연결한 다음 관련 혈액 튜브에 혈액을 입금합니다.
    7. 10 mL의 식염수로 캐뉼라를 빠르게 씻어내며, 압력하에서 분리되어 라인 응고의 가능성을 최소화하십시오.
    8. 즉시 분석을 위해 방사선 화학 실험실에 혈액 샘플을 가져 가라.
  3. LA에 의해 혈액을 회전
    1. LA에 모든 장비를 준비하십시오(표 1)장갑을 착용하십시오. 시료에 대해 세 개의 랙을 설정합니다: 혈액 튜브용 랙, 샘플을 파이펫팅하기 위한 랙, 채워진 파이펫샘플용 랙(사전 및 사후 계산).
      1. LA는 특히 카운팅 튜브를 취급할 때 절차 전반에 걸쳐 정기적으로 장갑을 교체하십시오. LA가 장갑에 방사성 플라즈마 오염이있는 경우, 카운팅 튜브로 이송될 수 있으며 샘플의 기록 된 개수를 스퓨리어있게 증가시킬 수 있습니다.
    2. 혈액 샘플은 인력 자원의 가용성이 허용됨에 따라 원심 분리기에 배치 될 수 있습니다, 혈액 샘플을 촬영 한 시간 때문에, 그리고 계산 된 시간이 지적되었다. 724 x g의상대 원심력으로 모든 샘플을 회전합니다. 이 프로토콜에 사용되는 원심분리기 설정은 가속 및 감속 곡선이 8로 설정된 5분 동안 2,000rpm입니다.
    3. 시료가 번지면 튜브를 파이펫팅 랙에 놓습니다. 샘플 분리를 방해하지 않도록 튜브 캡을 제거합니다. 라벨이 부착된 계수 튜브를 랙에 놓습니다. 라벨은 혈액 관에 해당 해야 합니다.
    4. 팁이 파이펫에 단단히 고정되어 있는지 확인합니다. 드립에 대한 조직을 준비하십시오. 꾸준히 혈액 튜브에서 플라즈마의 1,000 μL을 피펫, 계수 튜브로 전송하고, 계수 튜브와 혈액 튜브에 뚜껑을 교체.
    5. 카운트 튜브를 웰 카운터에 넣고 4분 동안 계산합니다. 모든 샘플에 대해 기록 시트에 계수 시작 시간('측정 시간')을 기록합니다. 이는 PET 획득 시작 시간에 대한 후속 수정에 필요합니다. 스캔 중 이후 시점에서 LA가 샘플의 백로그를 피하기 위해 각 단계를 연속해서 수행하도록 합니다.
    6. 혈액 제품 폐기물을 생물학적 위험 봉투에 버리십시오.

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Representative Results

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연구별 방법
여기서, 대표적인 결과에 대한 연구별 세부사항이 보고된다. 이러한 세부 사항은 절차에 중요하지 않으며 연구에 따라 다릅니다.

참가자 및 작업 설계
참가자(n=3, 표 2)는동시BOLD-fMRI/FDG-f PET 연구를 거쳤다. 이 원고는 PET 획득 프로토콜에 중점을 두므로 MRI 결과는 보고되지 않습니다. 참가자들은 95분 동안 18개의F-FDG 중 260MBq를 받았습니다. 참가자 1은 스캔 시작 시 볼루스로서 전체 용량을 받았다. 참가자 2는 주입 전용 프로토콜로 용량을 받았다. 참가자 3 하이브리드와 동일한 복용량을 받았다 50% 볼루스 플러스 50% 주입. 주입 전용 및 볼루스 / 주입 프로토콜 모두, 주입 기간은 50 분이었다.

이 작업은 임베디드 블록설계(그림 2)19에제시되었다. 이 설계는 이전에 작업 유발BOLD-fMRI 및 FDG-f PET 데이터에 대한 동시 대비를 제공하는 것으로 나타났다. 간단히 말해서, 이 작업은 640s의 깜박이는 바둑판 블록과 320개의 나머지 블록 사이에서 번갈아 가며 수행되었습니다. 이 느린 교대는 FDG-f PET 대비를 제공합니다. 이러한 타이밍 매개변수는 해석 중에 1단계 일반 선형 모델에 입력되었습니다. 640s 의 바둑판 블록 내에서, 바둑판과 휴식 기간은 20 s의 비율로 번갈아 가며 20 s/ 20 s off. BOLD-fMRI에 적합한 이 빠른 교대는 미래의 분석 및 재건 진보와 FDG-f PET로 감지할 수 있기를 바랍니다. 이 프로토콜에서는 휴식 기간이 눈을 뜨고 화면에 중앙에 표시되는 십자가에 고정되어 있었습니다.

이미지 수집 및 처리
MR 및 PET 이미지는 지멘스 3T 전기 mMR에서 획득되었습니다. PET 데이터는 목록 모드에서 획득되었습니다. MRI 및 PET 스캔은 다음과 같은 순서로 획득되었습니다 (현재 원고와 관련된 이미지에 대해서만 제공되는 세부 사항): (i) T1 가중치 3D MPRAGE (TA = 7.01 분, TR = 1,640 ms, TE = 2.34 ms, 플립 각도 = 8°, FOV = 256 x 256 mm2,복셀 크기 = 1 x 1 x 1 mm<) 2>3,176슬라이스, 시상 획득; (ii) T2 가중치 FLAIR (TA = 5.52 분); (iii) QSM (TA = 6.86 분); (iv) 그라데이션 필드 맵 TA = 1.03 분; (v) MR 감쇠 보정 딕슨 (TA = 0.39 분, TR = 4.1 ms,TE 단계 = 2.5 ms, TE아웃 단계 = 1.3 ms, 플립 각도 = 10°); (vi) T2*-가중 에코 평면 이미지(EPI) (TA = 90.09분), P-A 상 보정(TA = 0.36분); (vii) UTE (TA = 1.96 분). PET 획득의 발병은 T2* EPI의 개시에 잠겼습니다.

T1 가중치 구조 이미지는 FSL-robustfov26,N427을사용하여 보정된 바이어스, 그리고 ANTs28,29를 사용하여 추출된 OASIS-20 템플릿30,31을사용하여 목을 자른 것이다. T1 가중치 이미지는 antsRegistrationSyN.sh 정의된 기본 파라미터 세트를 사용하여 ANTs32를 사용하여 2mm MNI 템플릿으로 비선형적으로 정규화되었습니다.

이 원고는 빈 크기 16s로 동적 FDG-fPET 결과를 검사했습니다. 모든 데이터는 지멘스 Syngo E11p를 사용하여 오프라인으로 재구성되었으며 의사 CT33을사용하여 감쇠를 위해 수정되었습니다. 일반 푸아송 주문 서브셋 최대화(OP-OSEM) 알고리즘(PSF) 모델링34개는 3개의 반복, 21개의 서브세트 및 344 x 344 x 127(복셀 크기: 2.09 x 2.09 x 2.03 mm3)재구성과 함께 사용되었습니다. 매트릭스 크기. 최종 재구성된 이미지에 5mm 3D 가우시안 포스트 필터링이 적용되었습니다.

공간 재정렬은 FSL MCFLIRT35를사용하여 동적 FDG-fPET 이미지에서 수행되었습니다. 평균 FDG-PET 이미지는 전체 동적 타임시리즈에서 파생되고 고급 정규화 도구(ANT)32를사용하여 개인의 고해상도 T1 가중치 이미지로 엄격하게 정규화되었습니다. 동적 FDG-fPET 이미지는 비선형 T1에서 MNI 워프에 조합된 강성 변환을 사용하여 MNI 공간으로 정규화되었습니다.

1단계 일반 선형 모델은 관심의 효과로 모델링된 이벤트 타임 코스(바둑판 온, 고정)와 함께 SPM12(인간 신경 이미징을 위한 웰컴 센터)를 사용하여 추정되었습니다. 대조군 영역 전반에 걸친 평균 섭취량, 전두엽 피질(좌우 FP1/236)은동변량으로 포함되었다. 모델에는 전역 정규화, 하이패스 필터, 혈역학 응답이 있는 컨볼루션, 자동 회귀 모델 또는 마스킹 임계값이 포함되지 않았습니다. hOC1−5에서 시각적 피질의 명시적 마스크 (왼쪽 및 오른쪽 hOC1,2,3d,3v,3d,4d,4la4lp,4v,537,38,39; SPM 해부학 툴박스 v 2.2b40,41,42)모델 추정을 관심 지역(ROI)으로 제한하는 모델에 포함되었다. 임상 환경에서는 뇌 지도사를 사용하여 여러 영역을 분석합니다. T 대조는 p = 0.1 (수정되지 않음), k = 50 복셀에서 자유롭게 임계 값으로 개별 레벨 활동의 매개 변수 맵을 추정하는 데 사용되었다. 각 개인에 대 한 결과 보충에서여러 임계값에 표시 됩니다 2 .

플라즈마 방사능 농도 결과
각 참가자에 대한 플라즈마 방사능 농도 곡선은 도 3에주어진다. 가장 큰 피크 혈장 방사능 농도(3.67 kBq/mL)는 볼루스 방법을 사용하여 수득하였다. 도 3의 육안 검사는 프로토콜의 처음 10분 이내에 피크가 발생하고 그 후 농도가 감소한다는 것을 나타낸다. 동맥 또는 자동 샘플링을 1분 미만의 속도로 사용하는 프로토콜은 1분 이내에 피크 플라즈마 농도를 찾을 수 있습니다. 여기서 지연은 첫번째 혈액 샘플이 5 분 포스트 볼러스에서 취했기 때문입니다. 기록 기간이 끝날 때까지, 플라즈마 방사능은 피크의 35%(1.28 kBq/mL)였다. 주입 전용 프로토콜은 주입 기간이 끝나는 50 분에서 최대 (2.22 kBq / mL)에 도달했습니다. 기록 기간이 끝날 때까지 농도는 피크의 68 %(1.52 kBq /mL)에서 유지되었습니다. 볼루스 전용 프로토콜과 마찬가지로 볼루스/주입 프로토콜은 처음 5분 이내에 최고 혈장 방사능 농도(2.77 kBq/mL)에 도달했습니다. 기록 기간이 끝날 때까지 볼러스/주입 농도는 피크의 53%(1.49 kBq/mL)였습니다.

정적으로, 플라즈마 방사능 수준은 볼루스/주입 프로토콜에서 가장 긴 기간 동안 지속되었다. 주입 전용 및 볼루스 / 주입 프로토콜은 주입 기간이 끝날 때 방사능의 명백한 감소를 보여줍니다 (50 분). 볼루스 전용 및 볼루스/주입 프로토콜을 시각적으로 비교한 플라즈마 방사능은 주사 후 40분까지 볼루스 전용 대 볼루스/주입에서 더 작아졌습니다. 비판적으로, 플라즈마 방사능은 볼루스/주입 프로토콜에서 약 40분의 기간 동안 최소한으로 변화하였다. 대조적으로, 주입 전용 또는 볼루스 전용 프로토콜은 일관된 활동의 질적으로 지속적인 기간을 전시하지 않습니다.

PET 신호 결과
일반 선형 모델, PET 신호 및 GLM 장착 응답에서 개별 레벨 매개 변수 맵, 및 오류는 그림 4에나와 있습니다. 매개 변수 맵은 보충 2의다른 통계 임계값에도 표시됩니다.

도 4ii는 양측 시각 피질(hOC1−5) 및 대조군 영역(전두엽, FP1/2)에서 3개의 투여 프로토콜에 대한 스캔 기간(즉, 자극 및 휴식 기간에 걸쳐)에 걸쳐 PET 신호를 나타낸다. 질적으로, 볼러스/주입 참가자는 볼러스 전용 및 주입 전용 참가자에 비해 ROI 간의 명확한 차이를 보였습니다. 볼루스/주입 프로토콜의 경우, 전두엽 ROI는 hOC4의 경우 가장 낮은 이미지 강도를 보였습니다. 볼루스 전용 참가자의 경우 hOC5및 FP1/2가 가장 높은 강도를 보이며 hOC4가 가장 낮은 것으로 나타났습니다. 주입 전용 참가자의 경우, FP1/2 및 오른쪽 hOC5는 나머지 ROI 간에 거의 차이가 없는 가장 높은 강도를 보였습니다.

도 4ii의 육안으로 살펴보면 볼루스 전용 프로토콜에서 볼러스 다음에 신호가 급격히 증가한다는 것을 시사한다. 다음 20-30 분 동안 은 상대적으로 빠르지만 측정 기간의 나머지 부분에서는 섭취량이 감소합니다. 볼루스 /주입 프로토콜에서는 볼러스 전용 프로토콜보다 작은 크기의 스캔 시작 시 섭취량이 급격히 증가하고, 섭취는 스캔 기간 동안 비교적 빠른 속도로 계속됩니다. 기록 기간이 끝날 때까지 볼루스/주입 프로토콜은 볼루스 전용 프로토콜보다 더 큰 섭취량을 보여줍니다. 비교하여, 주입 전용 프로토콜은 스캔의 처음 40 분 동안 낮은 신호를 보여주고, 피크 섭취량은 볼루스 전용 또는 볼루스 / 주입 프로토콜보다 실질적으로 낮습니다. 섭취량은 스캔의 첫 번째 ~ 50 분에서 가장 빠르며 기록 기간의 나머지 기간 동안 느려집니다.

매개변수 맵 및 피팅 응답 결과
도 4i는 3개의 투여 프로토콜에 대한 개별 레벨 T 맵을 나타낸다. 도 4iii는 각 피사체에 대한 피크 복셀에서의 일반적인 선형 모델 장착 응답 및 오차를 나타낸다. 주입 전용 프로토콜(그림 4Biii)의경우 배율이 볼루스 전용 및 볼루스/주입 프로토콜보다 큽합니다. 더욱이, 주입 전용 프로토콜의 경우, 첫 번째 휴게블록 동안의 신호는 0에 가까웠고, 그 동안 트레이서가 거의 투여되지 않았고, 이 블록을 고려할 때 일반적인 선형 모델 추정이 실패했습니다. 따라서, 제1 태스크 블록으로부터 시작하여 이 참가자에 대한 일반적인 선형 모델을 추정하고, 1차 바둑판 기간의 시작으로부터 피팅된 응답이 도시된다.

시간 경과에 따른 작업 효과를 시각화하기 위해 각 과목에 대한 시간 코스 데이터가 추출되고(첫 번째 이젠바량) 및 변동 계수의 역(평균/표준 편차)이 각 블록에 대해 계산되었습니다. 변동 계수의 역은 신호 대 잡음 비율에 근접합니다. 도 5에서볼 수 있듯이, 신호는 3개의 프로토콜에 대한 기록 기간에 걸쳐 대략 선형으로 증가한다. 라인의 기울기는 주입 전용 프로토콜(m = 2.794), 볼루스 전용(1.377)의 중간 및 볼루스/주입 프로토콜(1.159)에 대해 가장 높았습니다.

Figure 1
그림 1: FDG-fPET 실험을 위한 절차의 순서도입니다. 상단: 연구 모집 전에 참가자의 사전 심사 절차. 아래쪽: 볼루스 전용(왼쪽), 주입 전용(가운데), 볼러스/주입(오른쪽) 프로토콜에 대한 절차. 각 절차를 담당하는 직원은 괄호 안에 나열됩니다. 단면 식별자는 프로시저가 설명되는 텍스트의 섹션을 참조합니다. *EXCL은 참가자가 MR 또는 PET 스캐닝 비호환성을 위해 제외되거나 연구 진입 요건(예: 인지 및 심리적 요구 사항)을 충족하지 못하는 경우를 나타냅니다. NMT = 핵 의학 기술자, RA = 연구 보조, RG = 방사선 사진사, LA = 실험실 조수. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 2
도 2: 3개의 프로토콜로부터의 타이밍 파라미터 및 예측된 플라즈마 방사능. 빨간색, 녹색 및 파란색 자취는 각각 볼루스, 주입 및 볼루스/주입 프로토콜에 대한 가설된 플라즈마 방사능 곡선을 나타냅니다. 이러한 추적은 설명용으로만 사용됩니다. 얻어진 플라즈마 방사능 곡선은 그림 3을 참조하십시오. 타이밍 파라미터는 예상되는 플라즈마 방사능에 대한 상대적 태스크 타이밍을 표시하기 위해 중첩됩니다. 임베디드 블록 설계(Jamadar et al. 201919)는바둑판 자극과 눈을 뜨는 나머지 사이의 느린 교대(10/5분)를 가합니다. '켜기' 블록 내에 내장된 빠른 교대(20초) 온/오프 설계가 있습니다. 느린 교대는 FDG-fPET 대비를 제공합니다. 빠른 교대는 BOLD-fMRI 대비를 제공합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 3
그림 3: 3명의 참가자를 위한 플라즈마 방사능 곡선. 부패는 혈액을 샘플링한 시간으로 보정되었습니다. 화살표는 주입 전용 및 볼루스 / 주입 프로토콜에 대한 주입중단을 나타냅니다. 시간은 몇 분입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 4
그림 4: 일반 선형 모델, PET 신호 및 GLM 장착 응답 및 오류의 개별 레벨 매개변수 맵입니다. (i)세 과목 각각에 대한 개별 수준의 통계 적 매개 변수 (T) 맵, p (수정되지 않은) 및 lt; 0.1, k = 50 복셀에서 임계 값. (ii)관심 있는 지역에서 시각적 피질을 가로지르는 PET 신호: 5개의 후두 (좌우 hOC1, hOC2, 평균 hOC3d/3v, 평균 4d/4la/4v, hOC5) 및 정면(좌우 평균 FP1/2) 대조군 영역. 왼쪽 영역은 실선, 오른쪽 영역은 점선으로 표시됩니다. (iii)각 피사체의 활동이 최고조에 이르는 시간에 따른 모델 맞춤 및 오류. 화살표는 주입 기간의 끝을 보여줍니다. (Aiii)볼러스 전용 피크 활동 MNI 좌표(-24, -100, 12), T=4.07; 주입 전용(Biii)피크 활성 MNI 좌표 (10, -86, 12), T = 4.25; 볼루스/주입 피크 활동 좌표(26, -65, -10), T = 5.17. 주입 전용 프로토콜의 경우 매우 낮은 신호로 인해 첫 번째 휴식 기간 동안 모델을 추정할 수 없습니다. 또한 볼루스 전용 및 볼루스/주입 프로토콜에 비해 주입 전용 프로토콜에 대한 더 큰 규모를 기록합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 5
그림 5: 기록 기간 동안 신호 대 잡음 비. 플롯은 각 바둑판 블록에서 피크 복셀 내에서 활동의 첫 번째 고유변량의 변동 계수(평균/SD)의 역역을 보여줍니다. SD = 표준 편차. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

참가자 1 참가자 2 참가자 3
관리 프로토콜 볼루스 만 주입만 볼루스/주입
연령(년) 18 19 19
섹스 F M F
Handedness R R R
교육 연도 12 14 14
현재 축 I 정신 질환 없음 없음 없음
심혈관 질환의 역사 없음 없음 없음
일반 약물 치료 없음 없음 없음

표 1: 세 참가자의 인구 통계 정보입니다.

보충 1: 참가자 레코드 양식 예제. 이 프로토콜에서, RA는 볼루스 및 주입 시작 시간을 기록하고 혈액 샘플의 시간을 계산하는 책임이 있다. 그런 다음 RA는 이 양식의 복사본을 NMT 및 LA에 제공합니다. 실험 도중, RA는 후속 부패 보정을 위해 샘플이 취해진 시간을 기록한다. LA는 메모 섹션에 측정 시간과 측정 값을 기록합니다. 이 파일을 보려면 여기를 클릭하십시오 (다운로드 오른쪽 버튼을 클릭하십시오).

보충 2: 통계 임계값이 다른 통계 매개 변수 맵의 가변성입니다. 결과는 p = 1.0에서 FWE p & 0.05까지의 임계값 범위에서 슬라이스로 표시됩니다. 이 파일을 보려면 여기를 클릭하십시오 (다운로드 오른쪽 버튼을 클릭하십시오).

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Discussion

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FDG-PET는 대뇌 포도당 대사 지수인 포도당 섭취를 측정하는 강력한 이미징 기술입니다. 현재까지 FDG-PET를 사용하는 대부분의 신경 과학 연구는 스캔2의과정에 걸쳐 모든 대사 활동의 통합을 나타내는 정적 이미지 해상도와 함께 전통적인 볼루스 투여 접근법을 사용합니다. 이 원고는 두 가지 대체 방사성 추적자 투여 프로토콜을 설명합니다: 주입 전용(예를 들어, 빌리엔 외, 자마다르 외19,21)및 하이브리드 볼루스/주입(예를 들어, Rischka et al.20)프로토콜. 세 프로토콜은 개별 수준에서 자극에 시간 잠김, 16 의 시간 해상도를 보여 주었다.

메서드의 중요한 점은 검색 프로토콜의 시작입니다. 이 시점에서 PET 획득의 시작은 BOLD-fMRI 시퀀스(동시 MR-PET를 사용하는 경우)의 시작 부분과 자극 프리젠테이션의 시작까지 시간 잠겨야 합니다. 자극 발병 및 지속 시간은 첫 번째 수준 모델에 대한 스캔의 발병에 잠글 수 있어야 합니다. 볼루스 전용 프로토콜에서, 볼러스는 피크 신호를 포착하기 위해 PET 획득의 시작 부분에 전달되어야한다(그림 4). 주입 전용 프로토콜에서 주입의 시작은 첫 번째 수준에서 섭취량을 정확하게 모델링하기 위해 PET 획득에 잠겨야합니다. 볼루스 /주입 프로토콜에서 볼러스는 볼러스 후 알려진 짧은 기간에서 시작하여 PET 획득에 시간 잠김이 있어야합니다. 절차가 이 짧은 기간 내에 올바르게 흐르기 위해서는 각 직원(NMT, RG, RA)이 스캔시작 전에 적절하게 준비되어야합니다(그림 1). '드레스 리허설'이 중요한 단계의 타이밍을 안무하는 것이 좋습니다.

현재까지 약 60명의 피험자가 실험실에서 이러한 프로토콜 중 하나를 사용하여 테스트되었습니다(주입 전용 프로토콜을 사용하는 가장 큰 수). 피사체 감소 또는 획득 실패의 두 가지 일반적인 원인이 있습니다. (1) 연구원은 정맥을 찾는 어려움으로 인해 참가자를 할 수 없습니다. 이 문제를 해결하기 위해 모든 참가자는 스캔 전에 적어도 두 잔의 물을 마셔야합니다. 캐뉼라가 하나만 달성될 수 있다면, 그 참가자에 대한 혈액 샘플링은 생략됩니다. (2) 참가자는 스캔을 완료할 수 없습니다. MRI와 달리 PET 획득은 일시 중지하고 다시 시작할 수 없습니다. 스캔 중 참가자 철수의 가장 흔한 원인은 화장실 휴식과 열 조절의 어려움 때문입니다. 참가자들은 검사 전에 물을 섭취해야 하는 요구 사항이 소변을 볼 필요성을 증가시킨다고 보고했습니다. 따라서 모든 참가자는 스캔하기 전에 그렇게해야합니다. 참가자는 또한 추적자의 주입이 그(것)들을 아주 차가운 느끼는 떠나는 것을 보고하고, 떨리는 것은 어떤 사람들에서 시작됩니다. 이전 연구는 주변 온도가 FDG-PET 스캔46의artefactual 활동에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었습니다. 이 문제는 스캔 하는 동안 모든 참가자에 대 한 일회용 퀼트를 사용 하 여 해결 됩니다.

결과는 3개의 투여 프로토콜에 대한 개별 주제 수준에서 도시된다. 예상대로, 혈장 방사능농도(도 3)는볼루스 전용 프로토콜에 대해 가장 큰 피크를 가졌지만, 가장 지속적인 방사능은 볼루스/주입 프로토콜에서 수득되었다. 혈장 농도는 주입 전용 프로토콜에 대해 가장 낮았다. 주입 전용 및 볼루스 / 주입 프로토콜 모두, 주입이 중단 될 때 농도가 감소했습니다. ROI(그림 4Bii)에걸쳐 PET 신호는 볼루스/주입 프로토콜에서 가장 큰 신호를 나타내보였다. 이 참가자는 ROI 간의 가장 명확한 차별화도 보여주었습니다. 질적으로, PET 신호는 주입 전용 프로토콜에서 가장 약했다. 주입 전용 프로토콜이 더 긴 실험 (>50 분)에서 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 그러나, 이것은 가능성이 참가자 감소의 비율을 증가시킬 것이다. 1단계 일반 선형 모델에서, 모델 오차는 볼루스 전용 및 볼루스/주입 프로토콜에 비해 주입 전용 프로토콜에서 훨씬 더 컸다(그림4iii). 작업 기간 동안 신호-잡음 대 잡음(도5)은기록 기간 전반에 걸쳐 가장 안정적인 신호가 볼루스/주입 프로토콜을 사용하여 얻어졌다는 것을 시사한다. 추가 연구는 이러한 효과 더 큰 샘플에서 지속 되는지 확인 하는 데 필요한.

fPET는 비교적 새로운 방법 (Villien et al.21에의해 처음 출판됨)이며 데이터는 정적 PET 및 MRI / fMRI와 같은 전통적인 신경 이미징 접근법에 비해 상대적으로 복잡합니다. 따라서 데이터 수집 프로토콜을 개선할 수 있는 상당한 여지가 있습니다. 이 연구는 세 가지 추적자 투여 프로토콜 (볼루스 전용, 주입 전용 및 볼루스 플러스 주입)에 대한 획득 프로토콜과 각 방법에 대한 개별 피험자의 대표적인 결과를 제시합니다. 이 그룹에서는 절차의 침습성과 현장에서 MD에 대한 요구 사항으로 인해 동맥 샘플링이 수행되지 않았습니다. 따라서 당사의 이미지 분석은 동맥 샘플링에서 제공하는 정량적 정보의 이점을 얻지 못합니다. 한 외17 포도 당의 피 질 대뇌 대사 속도 결정 하기 위한 동맥 및 정 맥 샘플링 사이 우수한 계약을 발견 (CMRGlc) 지속적인 주입 FDG-fPET에 대 한. 다른 출판 작품43,44,45 는 PET에 대한 동맥, 정맥 및 이미지 파생 입력 기능에 대해 자세히 설명합니다.

수동 혈액 샘플링은 동맥검사든 정맥이든 스캔이 진행되는 동안 직원이 스캐너 룸에 들어와야 합니다. 대부분의 스캐너에는 스캐너 룸용 RF 인터록이 있어 직원이 MR 이미지에서 전자기 간섭 아티팩트를 일으키지 않고 스캔 하는 동안 방에 액세스할 수 있습니다. 그러나, 검사 도중 방에 들어가는 직원은 직원에 방사선 노출을 증가시키고, 참가자 불편을 일으키는 원인이 되고, 참가자 운동 및 인지 업무에서 분리를 증가할 수 있습니다. 이러한 요소는 필요에 따라 적은 수의 샘플을 수집하도록 권장합니다. 투여되는 동안 5-10분마다 샘플을 채취하는 것은 여기에서 조사된 3개의 프로토콜로부터 기대되는 저주파 혈액 역학을 관찰하기에 충분하다. 그러나, 이 샘플링 속도는 고주파 시간적 특성, 특히 볼루스 투여 후 피크의 정확한 크기와 모양을 정량화하는 능력을 제한한다. 이러한 특성이 중요한 경우, 자동화 된 혈액 샘플링 장비의 사용은 도움이 될 수 있습니다.

마지막으로, 기존의 PET 모델링 방법은 정적 이미징(예를 들어, 운동, Patlak)을 위해 개발되었다. 응용 프로그램을 fPET 데이터로 업데이트하려면 더 많은 작업이 필요합니다.

요약하면, 이 원고는 16초의 해상도로 고시간 해상도 FDG-PET에 대한 FDG 방사성 추적기 투여의 대체 방법을 제시합니다. 이 현세적 해결은 문헌의 현재 표준과 유리하게 비교됩니다. Hahn et al., Jamadar et al., and Villien et17,18,19,21 보고 FDG-fPET 1 분 해상도, 그리고 Rischka et al.20 12 s의 프레임 지속 시간으로 안정적인 FDG-fPET 결과 달성 20/80% 볼루스 플러스 주입을 사용 하 여. 여기에 제시된 볼루스/주입 프로토콜은 볼루스 전용 및 주입 전용 프로토콜에 비해 가장 긴 기간 동안 가장 안정적인 신호를 제공하는 것으로 보입니다.

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Disclosures

저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다. 자금 출처는 데이터의 연구 설계, 수집, 분석 및 해석에 관여하지 않았습니다.

Acknowledgments

자마다르는 호주 연구위원회(ARC) 발견 초기 경력 연구자 상(DECRA DE150100406)의 지원을 받고 있습니다. 자마다르, 워드, 이건은 통합 뇌 기능에 대한 우수성의 ARC 센터에 의해 지원됩니다 (CE114100007). 첸과 리는 레인우드 문화 재단의 기금으로 지원된다.

자마다르, 워드, 캐리, 매킨타이어는 프로토콜을 설계했다. 캐리, 매킨타이어, 사산, 팰런은 데이터를 수집했다. 자마다르, 워드, 파크스, 사산은 데이터를 분석했다. 자마다르, 워드, 캐리, 매킨타이어는 원고의 첫 번째 초안을 썼다. 모든 작성자는 최종 버전을 검토하고 승인했습니다.

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.

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References

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인간의 뇌의 고시간 해상도 양전자 방출 단층 촬영을위한 방사선 추적기 관리 : FDG-fPET에 응용 프로그램
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Jamadar, S. D., Ward, P. G. D., Carey, A., McIntyre, R., Parkes, L., Sasan, D., Fallon, J., Orchard, E., Li, S., Chen, Z., Egan, G. F. Radiotracer Administration for High Temporal Resolution Positron Emission Tomography of the Human Brain: Application to FDG-fPET. J. Vis. Exp. (152), e60259, doi:10.3791/60259 (2019).More

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

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