Waiting
Login processing...

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

Behavior

Радиотрейск Администрации для высокого временного разрешения позитронно-эмиссионной томографии человеческого мозга: Применение FDG-fPET

doi: 10.3791/60259 Published: October 22, 2019

Summary

Данная рукопись описывает два протокола управления радиотрапом для FDG-PET (постоянный вливание и болюс плюс инфузия) и сравнивает их с болюс-администрацией. Временные резолюции 16 s достижимы с помощью этих протоколов.

Abstract

Функциональная позитронно-эмиссионная томография (fPET) обеспечивает метод отслеживания молекулярных целей в человеческом мозге. С радиоактивно обозначенным аналогом глюкозы, 18F-фтордеоксиглюкозой (FDG-fPET), теперь можно измерить динамику метаболизма глюкозы с временными разрешениями, приближающимися к функциональным магнитно-резонансным томографиям (МРТ). Эта прямая мера поглощения глюкозы имеет огромный потенциал для понимания нормальной и ненормальной функции мозга и зондирования последствий метаболических и нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, новые достижения в гибридном оборудовании MR-PET позволяют фиксировать колебания глюкозы и оксигенации крови одновременно с помощью МРТ и FDG-fPET.

Временное разрешение и сигнал к шуму изображений FDG-fPET критически зависят от администрации радиотрактора. Эта работа представляет два альтернативных протоколов непрерывного вливания и сравнивает их с традиционным подходом bolus. Он представляет собой метод для приобретения образцов крови, блокировки времени ПЭТ, МРТ, экспериментальный стимул, и администрирование нетрадиционных трассировщик доставки. Используя визуальный стимул, результаты протокола показывают корковые карты глюкозы-реакции на внешние раздражители на индивидуальном уровне с временным разрешением 16 с.

Introduction

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

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) является мощным методом молекулярной визуализации, который широко используется как в клинических, так и в исследовательских условиях (см. Heurling et al.1 для недавнего всеобъемлющего обзора). Молекулярные цели, которые могут быть изображены с помощью ПЭТ только ограничены наличием радиотрассеров, и многочисленные трассирующие были разработаны для изображения нервных рецепторов метаболизма, белков и ферментов2,3. В неврологии, один из наиболее часто используемых радиочастот 18F-фтородеоксиглюкоза (FDG-PET), который измеряет поглощение глюкозы, как правило, интерпретируется как индекс метаболизма глюкозы в мозге. Мозг человека требует постоянного и надежного питания глюкозы для удовлетворения своих энергетических потребностей4,5,и 70-80% метаболизма глюкозы в головном мозге используется нейронами во время синаптической передачи6. Изменения метаболизма глюкозы в мозге, как полагают, инициировать и способствовать многочисленным условиям, в том числе психиатрические, нейродегенеративные, и ишемические условия7,8,9. Кроме того, поскольку поглощение FDG пропорционально синаптической активности10,11,12, считается более прямым и менее запутанным индексом нейронной активности по сравнению с более широко используемой кровью кислородно-зависимая от уровня функциональная магнитно-резонансная томография (BOLD-fMRI) ответ. BOLD-fMRI является косвенным индексом нейронной активности и измеряет изменения в дезоксигенированном гемоглобине, которые происходят после каскада нервно-сосудистых изменений после нейронной активности.

Большинство Исследований FDG-PET человеческого мозга приобретают статические изображения поглощения глюкозы в мозге. Участник спокойно отдыхает в течение 10 минут с открытыми глазами в затемненной комнате. Полная доза радиотраиста вводится в виде болюса в течение нескольких секунд, и участник затем отдыхает еще 30 минут. После периода поглощения участники помещаются в центр ПЭТ-сканера, и приобретается ПЭТ-изображение, отражающее совокупное распределение FDG в течение периода поглощения и сканирования. Таким образом, нейронная активность, индексируемая изображением ПЭТ, представляет собой совокупное среднее значение всех когнитивных действий по периодам поглощения и сканирования и не характерно для когнитивной активности во время сканирования. Этот метод дал большое представление о мозговом метаболизме мозга и нейронной функции. Тем не менее, временное разрешение равно продолжительности сканирования (часто 45 мин, эффективно уступая статические измерения поглощения глюкозы; это неблагоприятно сравнивает с нейрональной реакции во время когнитивных процессов и общих экспериментов в нейровизуализации. Из-за ограниченного временного разрешения, метод обеспечивает неспецифический индекс поглощения глюкозы (т.е. не привязан к задаче или когнитивному процессу) и не может обеспечить меры врамках изменчивости, что может привести к ошибочным научным выводам из-за к парадоксу Симпсона13. Парадокс Симпсона — это сценарий, при котором отношения между мозгами и поведением, рассчитанные по всем субъектам, не обязательно свидетельствуют о тех же отношениях, проверенных внутри субъектов. Кроме того, недавние попытки применить функциональные меры подключения к FDG-PET могут измерять только связь между субъектами. Таким образом, различия в подключении можно сравнить только между группами и не могут быть рассчитаны для отдельных субъектов. Хотя это спорно, что именно по субъекту подключения меры14, ясно, что меры, рассчитанные по всей субъектов не могут быть использованы в качестве биомаркера для состояния болезни или используется для изучения источника отдельных вариаций.

За последние пять лет разработка и более широкая доступность одновременных сканеров МРТ-ПЭТ клинического класса вызвали новый интерес к исследованиям в области визуализации FDG-PET2 в когнитивной нейробиологии. С помощью этих событий исследователи сосредоточили свое внимание на улучшении временного разрешения FDG-PET, чтобы приблизиться к стандартам BOLD-fMRI (0,5–2,5 с). Обратите внимание, что пространственное разрешение BOLD-FMRI может приблизиться к субмиллиметровым разрешениям, но пространственное разрешение FDG-PET принципиально ограничено около 0,54 мм полной шириной при половине максимум (FWHM) из-за позитронного диапазона15. Динамические приобретения FDG-PET, которые часто используются клинически, используют метод администрирования болуса и реконструируют данные по режиму списка в ячейки. Болус динамический метод FDG-PET предлагает временное разрешение около 100 с (например, Tomasi et al.16). Это явно гораздо лучше по сравнению со статичной fDG-PET изображения, но не сопоставимы с BOLD-FMRI. Кроме того, окно, в котором функция мозга может быть исследована ограничено, потому что концентрация плазмы крови FDG уменьшается вскоре после того, как болиус вводится.

Чтобы расширить это экспериментальное окно, несколько исследований17,18,19,20,21 адаптировали метод вливания радиотраповского ранее предложенный Карсон22, 23. В этом методе, иногда описываемом как «функциональный FDG-PET» (FDG-fPET, по аналогии с BOLD-fMRI), радиотрактор вводится как постоянный вливание в течение всего ПЭТ-сканирования (90 мин). Целью протокола инфузии является поддержание постоянного питания FDG для отслеживания динамических изменений в поглощении глюкозы во времени. В исследовании, проверенном концепцией, Villien et al.21 использовали постоянный протокол инфузии и одновременные МРТ/FDG-fPET, чтобы показать динамические изменения в поглощении глюкозы в ответ на стимуляцию шашечной доски с временным разрешением 60 с. Последующие исследования использовали этот метод, чтобы показать задачи заблокированы FDG-FPET (т.е., time-locked к внешнему стимулу19)и задачи, связанные FDG-FPET (т.е., не запертый во времени для внешнего стимула17, 18) поглощение глюкозы. Используя эти методы, FDG-fPET временные разрешения 60 s были получены, который существенно улучшение над методами bolus. Предварительные данные показывают, что метод инфузии может обеспечить временное разрешение 20-60 с19.

Несмотря на многообещающие результаты от постоянного метода инфузии, кривые радиоактивности плазмы этих исследований показывают, что метод инфузии не является достаточным для достижения устойчивого состояния в течение срока 90 мин сканирования19,21. В дополнение к постоянной процедуре инфузии, Карсон22 также предложил гибридный болюс / инфузии процедуры, где цель состоит в том, чтобы быстро достичь равновесия в начале сканирования, а затем поддерживать уровень радиоактивности плазмы в равновесии для продолжительность сканирования. Rischka et al.20 недавно применили эту технику, используя 20% болюс плюс 80% инфузии. Как и ожидалось, функция ввода артерий быстро поднялась выше базовых уровней и поддерживалась более высокими темпами в течение более длительного времени, по сравнению с результатами с использованием инфузионной процедуры19,21.

В настоящем документе описаны протоколы приобретения для приобретения высокого временного разрешения FDG-fПЭТ-сканирования с использованием инфузии только и болюс / инфузии radiotracer администрации. Эти протоколы были разработаны для использования в одновременных МРТ-ПЭТ среде с 90-95 мин время приобретения19. В протоколе берутся образцы крови для количественной оценки радиоактивности плазменной сыворотки для последующей количественной оценки ПЭТ-изображений. В то время как в центре внимания протокола является применение методов инфузии для функциональной нейровизуализации с использованием BOLD-fMRI/FDG-fPET, эти методы могут быть применены к любому исследованию FDG-fPET независимо от того, является ли одновременный МРТ, BOLD-f Приобретены МРТ, компьютерная томография (КТ) или другие нейроизображения. На рисунке 1 показана диаграмма процедур в этом протоколе.

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

Этот протокол был рассмотрен и одобрен Комитетом по этике исследований человека Университета Монаша (утвержденный номер CF16/1108 - 2016000590) в соответствии с Национальным заявлением Австралии об этичном поведении в исследованиях человека24. Процедуры были разработаны под руководством аккредитованного медицинского физика, технолога ядерной медицины и клинического рентгенолога. Исследователи должны обратиться к своим местным экспертам и руководящие принципы для введения ионизирующего излучения в организме человека.

1. Необходимое оборудование и персонал

  1. Ознакомьтесь с таблицей материалов для комнаты сканера, лаборатории радиохимии и общих материалов. Для радиотрактора использовался коммерческий поставщик.
  2. В одновременной среде МРТ-ПЭТ, использовать четыре персонала: рентгенолог (RG) для запуска сканирования, технологии ядерной медицины (NMT) для контроля за управлением радиотрейстом и приобретение образцов крови, лабораторный помощник (LA) для спина крови, и научный сотрудник (РА), ответственный за надзор за экспериментальным дизайном и презентацией стимулов.

2. Подготовка

  1. Tracer препарат дозы NMT
    1. Рассчитайте объем инфузии, который будет вводиться в ходе сканирования. В этом протоколе скорость вливания составляет 0,01 мл/с свыше 95 мин. Так, при сканировании за 95 минут участники получают 0,01 мл/с х 60 с х 95 мин и 57 мл.
    2. Рассчитайте дозу трассировщика, которая будет разбавлена в вводимый соленом раствор. В этом протоколе, общая доза 260 MBq вводят сява к участнику над 95 min. Эта доза была выбрана для ограничения радиационного облучения до 4,9 мЗв, чтобы держать в пределах "низкого уровня риска" категоризации в соответствии с Австралийским агентством радиационной защиты и ядерной безопасности (ARPANSA) руководящие принципы для воздействия человека на ионизирующее излучение25. Распад правильно 260 MBq от середины вливания точки (47,5 мин) обратно в T0. Используя уравнение 1, решить для A0

      В тех случаях, когда At является радиоактивностью (MBq) в середине вливания, A0 является начальной радиоактивностью, а q является радиоактивным распадом, постоянным специфическим для трассировщика. Для FDG, значение составляет 0,693/T1/2. T1/2 — это период полураспада 18F (110 мин).
      ПРИМЕЧАНИЕ: В этом примере,Т т 260 MBq, 0,693/110, и т -47,5, так что0 и 350,942 MBq.
    3. Рассчитайте необходимую дозу радиотраиста для соленого мешка 100 мл, который будет использоваться для введения дозы участнику. Необходимый радиотрактор для соленовой мешка разбавляется до общего объема 5 мл и оформляется в шприц 5 мл. Таким образом, для солен-мешка объемом 100 мл фактором разбавления является объем соления (100 мл) в дополнение к объему 5 мл шприца с радиотрестом. Общий объем 105 мл делится на объем инфузии 57 мл (т.е. 105 мл/57 мл и 1,842). Таким образом, общая радиоактивность в объеме 5 мл, необходимая для пополнения мешка 100 мл, составляет0 х коэффициент разбавления (т.е. 350,942 МБК х 1,842 и 646,44 МБК). Асептично добавить радиотрейра в соленую сумку.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Важно отметить, что расчетная активность 646,44 МБК, которая добавляется в солевый мешок, является деятельностью, необходимой в начале вливания. Как правило, дозы для этого протокола готовятся от 15 мин до 1 ч до введения. Поэтому важно учитывать распад радиоизотопа. Уравнение 1 в 2.1.2. может быть использован для учета этого, где время (т) является общее количество минут от подготовки дозы, когда деятельность будет введена,Т т 646,44 MBq, решая для0.
    4. Приготовьте доза грунтовки. Снимите 20 мл из мешка в шприц и заколыруй его. Откалибровать этот шприц 20 мл и этикетку. Шприц откалиброван в качестве эталонной проверки, чтобы гарантировать, что радиоактивность равномерно рассеивается в солевом мешке.
    5. Приготовьте дозу. Используя 50 мл шприца, снять 60 мл из мешка и крышку с красной пробкой Combi. Этот шприц не откалиброван, так как концентрация радиоактивности известна с момента его добавления в соленовый пакет (шаг 2.1.3). Храните оба шприца в лаборатории радиохимии до готовности к сканированию.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Объем 60 мл можно нарисовать в шприче 50 мл, потому что шприцы Terumo отмечены на 20% выше обозначенного объема (т.е. 50 мл шприца отмечены до 60 мл).
    6. Подготовьте эталонную дозу. Заполните 500 мл объемной колбы с примерно 480 мл дистиллированной воды. Нарисуйте 10 MBq 18F-FDG в шприц, разлагающийся, исправленный к времени начала сканирования (с помощью equation 1) и добавьте его в колбу. Топ объем до 500 мл знака с более дистиллированной воды и тщательно перемешать. Affix этикетки до и после калибровки для шприца.
  2. Подготовка комнаты сканера NMT
    1. После того, как участник находится в сканере, есть очень мало места, чтобы манипулировать или спасти линию для инфузии или образцов крови, если блокировка происходит. Подготовьте комнату сканера, чтобы свести к минимуму вероятность блокировки линии.
    2. Убедитесь, что все оборудование для сбора крови находится в пределах легкой досягаемости от места сбора. Место underpads в конце канюли и на любой поверхности, которая будет держать контейнеры крови. Поместите бункеры для регулярных отходов и биоопасных отходов в пределах легкой досягаемости от места сбора крови.
  3. Препарат инфузионного насоса NMT
    1. Настройка инфузионного насоса в комнате сканера на стороне, которая будет подключена к участнику. Построить свинцовые кирпичи вокруг основания насоса и место свинца щит а впереди насоса. Подключите трубку для инфузионного насоса, который доставляет инфузию участнику и убедитесь, что правильная скорость вливания была введена. Для этого протокола скорость составляет 0,01 мл/с.
    2. Прайм трубки, прежде чем он подключен к канюле участника. Подключите дозу грунтовки 20 мл к инфузионному насосу. В конце трубки, которая будет подключена к участнику, прикрепите трехсторонний кран и пустой шприц 20 мл. Убедитесь, что кран расположен, чтобы 18F-FDG решение течь из грунтовки дозы через трубку и собирать только в пустой шприц.
    3. Предварительно установите настой насоса до премьер объем 15 мл. Выберите кнопку Prime на насосе и следуйте подсказкам, чтобы премьер линии.
    4. Прикрепите 50 мл дозы шприца к инфузионному насосу вместо грунтовой дозы. Загрунтованная доза 15 мл на трехстороннем кране может оставаться там до тех пор, пока участник не будет готов к подключению к насосу.
  4. Подготовка участников НМТ, РА и РГ
    1. Советуйте участникам поститься в течение 6 ч, а до сканирования употреблять только воду (примерно два стакана).
    2. Поимеет ра проводить процедуры согласия и приобретать дополнительные меры (например, демографические обследования, когнитивные батареи и т.д.). У NMT и RG провести экраны безопасности, NMT обзор безопасности для ПЭТ-сканирования (например, исключение для беременности, диабета, химиотерапии или лучевой терапии в предыдущие 8 недель, и известных аллергий), и RG обзор безопасности участников Для МРТ сканирования (например, для беременности, медицинских или немедицинских металлических имплантатов, несъемных зубных имплантатов, клаустрофобии).
    3. Канюнтом участника.
      1. Используйте две канюли: один для введения дозы, а другой для взятия проб крови. Наиболее подходящие канюли варьируются в разных участников, но наиболее подходящие вены должны быть зарезервированы для сбора крови. 22 G канюла является предпочтительным минимальным размером. Соберите 10 мл базового образца крови во время канюки. Отключите все соечные флеши под давлением для поддержания прохождения линии.
      2. Проверьте уровень сахара в крови участника и другие базовые показатели крови (например, гемоглобин) из базового образца.
  5. Позиционирование участника в сканере РГ и НМТ
    1. Ите положение RG участник в томпочонке bore. Для длительного сканирования, необходимо обеспечить комфорт для того, чтобы уменьшить риск участника отсева и движения артефакт из-за дискомфорта. Участник должен быть покрыт одноразовым одеялом для поддержания комфортной температуры тела.
    2. Пойте nMT промыть канюли, чтобы убедиться, что это патент с минимальным сопротивлением перед подключением линии инфузии. После подключения трубки можно слегка заклеить слегка рядом с запястьем. Поручить участнику держать руку выпрямленной. Используйте опоры, такие как пена или подушки для комфорта. Ищите NMT также канюли, которые будут использоваться для образцов плазмы, чтобы убедиться, что она способна выводить кровь с минимальным сопротивлением. Это может быть необходимо подключить трубку расширения загрунтовать с нормальным сольник, чтобы сделать канюль более доступным в то время как участник находится в сканере. Если это необходимо, он должен быть проверен на наличие утечек.
    3. После того, как объект находится в сканере родила, есть NMT проверить, что они имеют подходящий доступ к обе канюли.
    4. Поите NMT сообщить RG и RA, если есть какие-либо проблемы с канюлей сбора крови, инфузионной канюли, или инфузионный насос (например, окклюзия, батарея, экстравазация) в любое время во время сканирования.

3. Сканирование участника

  1. Начало сканирования с Помощью NMT, RG и RA
    1. В начале сканирования, поместите NMT в комнату сканера для мониторинга инфузионного оборудования. Убедитесь, что NMT носит защиту слуха и использует барьерный щит, чтобы свести к минимуму облучение от дозы, где это возможно.
    2. По мере того как RG выполняет сканирование локализатора для того чтобы обеспечить что участник находится в правильном положении, проверите детали для приобретения PET (например, продолжительность сканирования, сбор данных списка-режима, правильно изотоп).
    3. Разработать протокол таким образом, чтобы приобретение ПЭТ началось с первой последовательности МРТ. РГ готовит и запускает последовательность МРТ. Время начала приобретения ПЭТ-то 95 мин заблокируется временем для начала последовательности МРТ. При необходимости, NMT должны доставить болюс во время приобретения ПЭТ(рисунок 1).
    4. Запустите инфузионный насос. РГ должна сигнализировать NMT (например, через большой палец вверх знак), чтобы начать насос 30 с после начала приобретения ПЭТ. Этот протокол запускает инфузионный насос 30 s после времени начала сканирования, чтобы обеспечить буфер безопасности в случае отказа сканирования. Это также гарантирует, что первое изображение, сделанное во время ПЭТ-сканирования, индексирует мозг до введения радиотракира для полного сбора данных кривой временной активности. Пойте nMT наблюдать насос для того чтобы обеспечить что он начинал наполнить 18F-FDG и что никакое немедленное occlusion линии.
    5. Попросите РА инициировать любой внешний стимул в согласованное время (т.е. в начале функционального запуска/экспериментального блока) и рассчитать время образцов крови. Пример формы записи отображается в дополнении 1. Поймите РА вычислить прогнозируемое время каждого образца крови и предоставить копии NMT и лаборант (LA). Попросите РА, чтобы NMT взял образцы крови примерно в нужное время, и следит за оборудованием (например, инфузионный насос, стимул) для любых признаков ошибок.
  2. Возьмите образцы крови через регулярные промежутки времени
    1. Поймите NMT и RA принять один образец каждые 10 минут. Есть, как правило, 10 образцов в общей сложности, не включая базовый образец.
    2. При получении МРТ одновременно с ПЭТ-сканированием, итежеn-защита от защиты от слуха при входе в комнату сканера.
    3. Ите NMT носить перчатки и мазок кончик канюли чистой. В то время как канюля сайт высыхает, открыть 5 мл и 10 мл шприц, vacutainer, и 10 мл солей флеш.
    4. Используя шприц 5 мл, вывести 4-5 мл свежей крови и отбросить шприц в биоопасных отходов.
    5. Используя 10 мл шприца, снять до 10 мл крови. Объем может быть ограничен тем, насколько легко может быть изъята кровь. Важно, чтобы свести к минимуму любое сопротивление впоследствии причинение ущерба красных кровяных телец, которые могут гемолизировать. В точке midcollection, есть сигнал NMT к РА, который будет отмечать это время на запись формы (Дополнение 1) как "фактическое" время образца.
    6. Подключите 10 мл шприца к vacutainer, а затем депозит крови в соответствующую трубку крови.
    7. Быстро промыть канюлю с 10 мл солей, отключен ы под давлением, чтобы свести к минимуму любые шансы свертывания линии.
    8. Немедленно возьмите образец крови в радиохимическую лабораторию для анализа.
  3. Спиннинг крови в Лос-Анджелесе
    1. Ите LA получить все оборудование готово (Таблица 1) и носить перчатки. Есть три стойки изложенных для образцов: один для трубок крови, один для трубопроката образца, и один для заполненных трубчатых образцов (до и после подсчета).
      1. У LA регулярно менять перчатки на протяжении всей процедуры, особенно при обработке подсчета трубки. Если в Лос-Анджелесе есть какое-либо радиоактивное заражение плазмой на перчатках, оно может быть перенесено в счетную трубку и ложно увеличить количество зарегистрированных количеств образца.
    2. Образец крови может быть помещен в центрифугу, как наличие кадровых ресурсов позволяет, потому что время, что образец крови был взят, и время, которое было подсчитано было отмечено. Спин все образцы при относительной центробежной силе 724 х г. Параметры центрифуг, используемые для этого протокола, составляют 2000 об/мин в течение 5 минут с кривыми ускорения и замедления, установленными до восьми.
    3. После того, как образец был закручен, поместите трубку в трубчатую стойку. Снимите крышку трубки, чтобы не нарушить разделение образца. Поместите помеченную трубку для подсчета в стойку. Этикетка должна соответствовать кровяной трубке.
    4. Убедитесь, что наконечник надежно крепится к пипетке. Приготовь ткань к любым капельницам. Устойчиво пипетка 1000 л плазмы из трубки крови, передача на счет трубки, и заменить крышки на подсчете трубки и трубки крови.
    5. Поместите трубку для подсчета в счетчик скважины и подсчитайте 4 мин. Запишите время начала подсчета на листе записи ('время измерения') для каждого образца. Это необходимо для последующей коррекции времени начала приобретения ПЭТ. В более поздние моменты времени во время сканирования, имеют LA выполнить каждый шаг в быстрой последовательности, чтобы избежать отставания образцов.
    6. Утилизировать любые отходы продукта крови в мешках биоопасности.

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

Методы, специфичными для изучения
Здесь, изучение конкретных деталей для репрезентативных результатов, сообщается. Эти детали не имеют критического значение для процедуры и будут варьироваться в зависимости от исследований.

Участники и проектирование задач
Участники (n No 3, Таблица 2) прошли одновременный BOLD-fМРТ/FDG-fPET исследование. Поскольку эта рукопись фокусируется на протоколе приобретения ПЭТ, результаты МРТ не сообщаются. Участники получили 260 MBq из 18F-FDG в течение 95 минут сканирования. Участник 1 получил полную дозу в виде болюса в начале сканирования. Участник 2 получил дозу в инфузионном протоколе. Участник 3 получил ту же дозу с гибридной 50% болюса плюс 50% инфузии. Для инфузионных и болюсовых/инфузионных протоколов продолжительность инфузии составила 50 мин.

Задача была представлена в встроенной конструкции блока(рисунок 2)19. Эта конструкция ранее была показана, чтобы обеспечить одновременный контраст для задач, вызванныхBOLD-fМРТ и FDG-fPET данных. Короче говоря, задача чередовалась между 640 s мигающими блоками шашка и 320 s блоками отдыха. Это медленное чередование обеспечивает FDG-fPET контраст. Эти параметры времени были введены в общие линейные модели первого уровня в ходе анализа. В 640 с шашка блоки, шашка и периоды отдыха чередовались со скоростью 20 с на 20 с. Это быстрое чередование, которое подходит дляBOLD-fМРТ, мы надеемся быть обнаружены с FDG-F ПЭТ с будущим анализом и реконструкцией достижений. В этом протоколе периоды отдыха были с открытыми глазами, зацикленные на кресте, централизованно представленном на экране.

Приобретение и обработка изображений
MR и ПЭТ изображения были приобретены на Siemens 3T Биография mMR. Данные ПЭТ были получены в режиме списка. МРТ и ПЭТ-сканирование были приобретены в следующем порядке (детали, предоставленные только для изображений, относящихся к текущей рукописи): (i) T1-взвешенный 3D MPRAGE (TA 7,01 мин, TR - 1,640 мс, TE - 2,34 мс, флип-угол 8", FOV 256 х 256 мм2, размер вокселка 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 х 1 2'3, 176 ломтиков, sagittal приобретение; ii) T2-взвешенный FLAIR (ТА 5,52 мин); iii) ЗСМ (ТА 6,86 мин); iv) градиентная карта поля TA 1,03 мин; v) коррекция затухания МР Диксон (TA 0.39 мин, TR 4.1 мс, TEв фазе 2,5 мс, TEиз фазы 1,3 мс, флип угол 10 "); vi) Т2 -взвешенные эхо-планарные изображения (EPI) (TA 90.09 мин), p-A фазовая коррекция (TA 0.36 мин); (vii) UTE (TA 1.96 мин). Начало приобретения ПЭТ было заблокировано с началом ИПЦ T2.

T1-взвешенные структурные изображения были обрезаны шеи с помощью FSL-robustfov26, смещения исправлены с помощью N427, и мозг, извлеченные с помощью ANTs28,29 с OASIS-20 шаблоны30,31. T1-взвешенные изображения были нелинейно нормализованы к шаблону 2 мм MNI с помощью ANTs32 с параметром по умолчанию, установленным antsRegistrationSyN.sh.

В данной рукописи рассматривались динамические результаты FDG-fPET с размером бен 16 с. Все данные были реконструированы в автономном режиме с использованием Siemens Syngo E11p и исправлены для затухания с помощью псевдоCT33. Обычный Пуассон приказал подмножество ожидания максимизации (OP-OSEM) алгоритм с функцией распределения точек (PSF) моделирования34 был использован с тремя итерациями, 21 подмножества, и 344 х 344 х 127 (размер вокселя: 2,09 х 2,09 х 2,03 мм3) реконструкции размер матрицы. К окончательным реконструированным изображениям была применена 5-мм 3D-послефильтрация.

Пространственная перестройка была выполнена на динамических изображениях FDG-fPET с использованием FSL MCFLIRT35. Среднее изображение FDG-PET было получено из всего динамического таймера и жестко нормализовалось к изображению T1 с высоким разрешением с высоким разрешением с использованием передовых инструментов нормализации (ANT)32. Динамические изображения FDG-fPET затем нормализовались в пространстве MNI, используя жесткую трансформацию в сочетании с нелинейным T1 в Деформацию MNI.

Первые уровни общих линейных моделей были оценены с использованием SPM12 (Wellcome Центр нейровизуализации человека) с событием времени курса (чекерборд на, фиксация) по образцу эффекта интереса. Среднее поглощение через контрольную область, фронтополярная кора (слева и справа FP1/236),была включена в качестве ковариата. Модель не включала глобальную нормализацию, фильтр высокого прохода, свертывание с гемодинамическим ответом, авторегрессивную модель или порог маскировки. Явная маска зрительной коры в hOC1-5 (слева и справа hOC1,2,3d,3v,4d,4la4lp,4v,537,38,39; SPM Анатомия Toolbox V 2.2b40,41,42) был включен в модель, чтобы ограничить оценку модели в регионах интереса (ROI). В клинической среде, несколько регионов анализируются с помощью атласов мозга. T контрасты были использованы для оценки параметрных карт активности индивидуального уровня, либерально пороговых на р 0,1 (неисправленные), k q 50 voxels. Результаты для каждого человека также отображаются на нескольких пороговых значениях в дополнении 2.

Результаты концентрации радиоактивности плазмы
Кривая концентрации радиоактивности плазмы для каждого участника приведена на рисунке 3. Самая большая пиковая концентрация радиоактивности плазмы (3,67 кБК/мл) была получена методом болуса. Визуальный осмотр рисунка 3 показывает, что пик происходит в течение первых 10 минут протокола, и концентрация уменьшается после этого. Обратите внимание, что протоколы, которые используют артериальные или автоматизированные выборки со скоростью менее 1 мин, скорее всего, найти пик концентрации плазмы в течение первой минуты. Задержка здесь потому, что первый образец крови был взят на 5 мин после болиса. К концу периода записи радиоактивность плазмы составляла 35% от пика (1,28 кБК/мл). Протокол только для инфузии достиг максимума (2,22 кБК/мл) на 50 мин, в конце периода инфузии. К концу периода записи концентрация сохранялась на уровне 68% от своего пика (1,52 кБК/мл). Как и протокол только для болюса, протокол bolus/infusion достиг своей пиковой концентрации радиоактивности плазмы (2,77 кБК/мл) в течение первых 5 минут. К концу периода записи концентрация болуса/инфузии составляла 53% от пика (1,49 кБК/мл).

Качественно, уровни радиоактивности плазмы были выдержаны для самой длинней продолжительности в протоколе bolus/вливания. Протоколы винфусов и болюс/инфузия показывают явное снижение радиоактивности по окончании периода инфузии (50 мин). Визуально сравнивая протоколы bolus-only и bolus/infusion, радиоактивность плазмы была меньше в bolus-only против bolus/infusion 40 min столб-инъекцией. Критически, радиоактивность плазмы минимально была varied на период приблизительно 40 минут в протоколе bolus/вливания. В отличие от этого, ни инфузионный, ни только протокол для болюса не демонстрируют качественно устойчивого периода последовательной активности.

Результаты сигнала ПЭТ
Карты параметров индивидуального уровня из общей линейной модели, ПЭТ-сигнала и установленного ответа GLM, а ошибки отображаются на рисунке 4. Карты параметров также отображаются на различных статистических пороговых значениях в дополнении 2.

На рисунке 4ii показан ПЭТ-сигнал в течение периода сканирования (т.е. в периоды стимуляции и отдыха) в двусторонней зрительной коре (hOC1-5) и в области управления (фронтальный полюс, FP1/2) для трех протоколов администрации. Качественно, bolus / инфузии участник показал четкие различия между ROIs, по сравнению с bolus только и инфузии только участников. Для протокола bolus/infusion, frontopolar ROI показал самую высокую интенсивность изображения, с самой низкой для hOC4. Для участника только для болюса была аналогичная тенденция, при этом hOC5 и FP1/2 показывали самую высокую интенсивность, при этом hOC4 показал самую низкую. Для участника, только для инфузии, FP1/2 и правый hOC5 показали самую высокую интенсивность, с небольшой разницей между остальными ROIs.

Визуальный осмотр рисунка 4ii показывает, что в протоколе только для болюса наблюдается резкое увеличение сигнала после болюса. Склон поглощения относительно быстр в течение следующих 20–30 минут, но скорость поглощения уменьшается в оставшуюся часть периода измерения. В протоколе bolus/infusion, есть резкое увеличение поглощения в начале сканирования, что имеет меньшую величину, чем в протоколе только для болюса, и поглощение продолжается сравнительно более быстрыми темпами в течение всего срока сканирования. К концу периода записи, протокол bolus/infusion показывает больше поглощения чем протокол bolus-только. Для сравнения, протокол только для инфузии показывает низкий сигнал в течение первых 40 минут сканирования, а пик поглощения значительно ниже, чем протокол только для болюса или болюса/инфузии. Поглощение является самым быстрым в первые 50 минут сканирования и замедляется до конца периода записи.

Карты параметров и приспотыкаемые результаты реагирования
На рисунке 4я показаны карты T индивидуального уровня для трех протоколов администрирования. На рисунке 4iii показана общая линейная модель, установленная отклики и ошибка на пике вокселя для каждого предмета. Обратите внимание, что для вливания только протокол(Рисунок 4Biii), шкала больше, чем для bolus-только и bolus / вливания протоколов. Кроме того, для протокола, связанного только с настоем, сигнал во время первого блока отдыха был близок к нулю, так как за это время было введено очень мало трассировщика, а общая оценка линейной модели не сработала при рассмотрении этого блока. Таким образом, общая линейная модель была оценена для этого участника, начиная с первого блока задач, и приспособленный ответ отображается с начала первого периода шашкой.

Для визуализации эффектов задач во времени были извлечены данные времени для каждого предмета (первый eigenvariate) и обратный коэффициент вариации (среднее/стандартное отклонение) для каждого блока. Обратный коэффициент вариации приближается к соотношению сигнала к шуму. Как видно из рисунка 5, сигнал увеличился примерно линейно через период записи для трех протоколов. Склон линии был самым высоким для протокола только для инфузии (м 2,794), промежуточный для только для болюса (1,377) и самый маленький для протокола болюса/инфузии (1.159).

Figure 1
Рисунок 1: Flowchart процедур для экспериментов FDG-fPET. Вверху: процедуры предварительного отбора участников перед набором. Внизу: процедуры для протоколов только для болюса (слева), для инфузии (в центре) и протоколов болюса/инфузии (справа). Сотрудник, ответственный за каждую процедуру, указан в скобках. Идентификаторы разделов относятся к разделам в тексте, где описана процедура. «EXCL указывает временные точки, когда участники могут быть исключены, либо для несовместимости MR или ПЭТ-сканирования, либо не отвечают требованиям поступления в исследование (например, когнитивные и психологические требования). НМТ - Технолог ядерной медицины, РА , помощник по исследованиям, RG - радиограф, ЛА-Ла-Би-Си-Лам-ассистент. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 2
Рисунок 2: Параметры синхронизации и прогнозируемая радиоактивность плазмы из трех протоколов. Красные, зеленые и синие следы представляют собой гипотетические кривые радиоактивности плазмы для протоколов болюса, инфузии и болюса/инфузии соответственно. Обратите внимание, что эти следы предназначены только для иллюстративных целей. См Рисунок 3 для полученных кривых радиоактивности плазмы. Параметры времени накладываются, чтобы показать относительное время выполнения задачи относительно ожидаемой радиоактивности плазмы. Встроенный блок дизайн (Jamadar et al. 201919) имеет медленное чередование (10/5 мин) между стимуляцией шашек и открытым для глаз отдыха. Встроенный в "на" блоков является быстрое чередование (20 s) включено / выключение дизайна. Медленное чередование обеспечивает контраст FDG-fPET. Быстрое чередование обеспечивает контраст BOLD-fMRI. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 3
Рисунок 3: Плазменные кривые радиоактивности для трех участников. Распад был исправлен к тому времени, когда была взята проба крови. Стрелка указывает на прекращение инфузии для инфузии только и болюс / инфузии протоколов. Время в минутах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 4
Рисунок 4: Индивидуальные карты параметров от общей линейной модели, ПЭТ-сигнала и glM установлены ответ и ошибка. (i)Индивидуальный уровень статистического параметра (T) карты для каждого из трех субъектов, порогна на р (неисправленные) злт; 0,1, k и 50 вокселей. (ii) ПЭТ-сигнал через зрительную кору в интересных регионах: пять затылочной (левый и правый hOC1, hOC2, средний hOC3d/3v, средний 4d/4la/4lp/4v, hOC5) и лобные (левый и правый средний FP1/2) контрольные области. Обратите внимание, что левые области отображаются в сплошных линиях, правые области показаны в пунктирных линиях. (iii)Модель подходят и ошибки во времени для пика активности в каждом предмете. Стрелка показывает конец периода вливания. (Aiii) bolus-только пиковая активность MNI координирует (-24, -100, 12), T 4.07; инфузия только (Biii) пиковой активности MNI координаты (10, -86, 12), Т 4,25; bolus/infusion пиковая активность координирует (26, -65, -10), Т 5,17. Обратите внимание, что для протокола только для инфузии модель не может быть оценена на первый период отдыха из-за очень низкого сигнала. Также обратите внимание на большую шкалу для инфузионного протокола по сравнению с протоколами только для болюса и болюса/инфузии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 5
Рисунок 5: Соотношение сигнала к шуму в течение периода записи. Сюжет показывает обратный коэффициент вариации (средний/SD) первого эйгенвариата активности в пределах пикового вокселя в каждом блоке шашки. SD - стандартное отклонение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Участник 1 Участник 2 Участник 3
Протокол администрирования только болюс вливание только болюс/инфузия
Возраст (годы) 18 19 19
Секс F М F
Handedness R R R
Годы образования 12 14 14
Текущая ось I Психиатрическая болезнь Ни один Ни один Ни один
История сердечно-сосудистых заболеваний Ни один Ни один Ни один
Регулярные лекарства Ни один Ни один Ни один

Таблица 1: Демографическая информация для трех участников.

Дополнение 1: Пример формы записи участника. В этом протоколе РА отвечает за запись времени начала болюса и инфузии и расчет времени образцов крови. ЗАТЕМ РА предоставляет копии этой формы в НМТ и Лос-Анджелесе. В ходе эксперимента РА записывает время взятия проб для последующей коррекции распада. LA записывает время измерения и значения измерений в разделе Примечания. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть этот файл (Право нажмите, чтобы скачать).

Дополнение 2: Изменчивость статистических параметров карт с различными статистическими порогами. Результаты представлены в ломтиках в диапазоне порогов от р 1,0 до FWE p qlt; 0,05. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть этот файл (Право нажмите, чтобы скачать).

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 является мощной технологией визуализации, которая измеряет поглощение глюкозы, индекс метаболизма глюкозы в мозге. На сегодняшний день, большинство исследований неврологии с использованием FDG-PET использовать традиционный подход к администрированию болуса, со статическим разрешением изображения, которое представляет собой неотъемлемую часть всей метаболической активности в течение сканирования2. Данная рукопись описывает два альтернативных протокола по администрированию радиотрака: протоколы только для инфузии (например, Villien et al., Jamadar et al.19,21)и гибридный болюс/инфузия (например, Rischka et al.20) протоколы. Эти три протокола продемонстрировали временное разрешение в 16 с, заблокированных по времени стимулом, на индивидуальном уровне.

Критическим моментом в методе является начало протокола сканирования. На этом этапе начало приобретения ПЭТ должно быть заблокировано по времени к началу последовательности BOLD-fMRI (при одновременном использовании MR-PET), а также начало презентации стимула. Стимулна начала и длительности должны быть заблокированы к началу сканирования для моделей первого уровня. В протоколе только для болюса, болюс должен быть доставлен в начале приобретения ПЭТ для захвата пикового сигнала(рисунок 4). В протоколе только для инфузии начало вливания должно быть заблокировано приобретением ПЭТ, чтобы обеспечить точное моделирование поглощения на первом уровне. В протоколе bolus/infusion, bolus должен быть time-locked к приобретению PET, при вливание starting at известном, скоро периоде, после bolus. Для того, чтобы процедуры правильно текли в течение этого короткого периода времени, каждый из сотрудников (NMT, RG, RA) должен быть надлежащим образом подготовлен до начала сканирования(рисунок 1). «Дресс-репетиции» рекомендуется хореографии сроки этого критического этапа.

На сегодняшний день с помощью одного из этих протоколов в нашей лаборатории было протестировано около 60 испытуемых (наибольшее число - с использованием протокола только для инфузии). Есть две распространенные причины субъекта истощения или приобретения неудачи. (1) Исследователи не могут cannulate участника из-за трудностей с поиском вен. Чтобы решить эту проблему, все участники должны выпить не менее двух стаканов воды перед сканированием. Если можно достичь только одной канюли, для этого участника не проводится отбор проб крови. (2) Участники не могут завершить сканирование. В отличие от МРТ, приобретение ПЭТ не может быть приостановлено и перезапущено. Наиболее распространенными причинами вывода участников в сканировании являются перерывы в туалете и трудности с термической регуляцией. Участники сообщили, что требование потреблять воду до сканирования увеличивает необходимость мочиться. Таким образом, все участники должны сделать это до сканирования. Участники также сообщили, что вливание трассировщик оставляет их чувство очень холодно, и дрожь срабатывает у некоторых людей. Предыдущие исследования показали, что температура окружающей среды может влиять на артефальную активность при сканировании FDG-PET46. Эта проблема решается с помощью одноразового одеяла для всех участников во время сканирования.

Результаты отображаются на индивидуальном предметном уровне для трех протоколов администрирования. Как и ожидалось, концентрация радиоактивности плазмы крови(рисунок 3)имела самый большой пик для протокола только для болюса, но наиболее устойчивая радиоактивность была получена в протоколе bolus/infusion. Концентрация плазмы была самой низкой для протокола только для инфузии. Для инфузионных и болюс/инфузионных протоколов концентрация снизилась в то время, когда настой прекратился. СИГНАЛ ПЭТ через ROIs(рисунок 4Bii) показал самый большой сигнал в протоколе bolus/infusion. Этот участник также показал наиболее четкую дифференциацию между ROIs. Качественно, ПЭТ-сигнал был самым слабым в вливания только протокол. Вполне возможно, что вливания только протокол даст лучшие результаты в более длительном эксперименте (зgt;50 мин). Однако это, скорее всего, приведет к увеличению коэффициента убывания участников. В общих линейных моделях первого уровня ошибка модели была гораздо больше в протоколе только для инфузии по сравнению с протоколами только для болюса и болюса/инфузии(рисунок 4iii). Сигнал к шуму в периоды выполнения задач(рисунок 5)показал, что наиболее стабильный сигнал в течение периода записи был получен с помощью протокола bolus/infusion. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, если эти эффекты устойчивы в более крупной выборке.

fPET является относительно новым методом (впервые опубликованный Villien et al.21),и данные относительно сложны для приобретения по сравнению с традиционными подходами нейровизуализации, такими как статическое ПЭТ и МРТ/МРТ. Таким образом, имеются значительные возможности для совершенствования протоколов сбора данных. Это исследование представляет протокол приобретения для трех протоколов управления трассировщик (только для болтовни, инфузии только, и болюс плюс инфузии) и репрезентативные результаты от отдельных предметов для каждого метода. В этой группе, не артериальной выборки не было выполнено из-за инвазивности процедуры и требование для MD на месте. Поэтому наш анализ изображений не пользуется количественной информацией, предоставляемой артериальной выборкой. Обратите внимание, что Hahn et al.17 нашли отличное согласие между артериальной и венозной пробы для определения коркового церебрального метаболизма скорости глюкозы (CMRGlc) для постоянного вливания FDG-fPET. Другие опубликованные работы43,44,45 обсудить артериальные, венозные и изображения полученных входных функций для ПЭТ в деталях.

Ручная пробы крови, будь то артериальная или венозная, требует, чтобы персонал вошел в комнату сканера во время сканирования. Большинство сканеров имеют блокировку RF для комнаты сканера, которая позволяет персоналу получить доступ в комнату во время сканирования, не вызывая электромагнитных помех артефактов в ИЗОБРАЖЕНИЯх MR. Тем не менее, персонал, входящий в комнату во время сканирования, может увеличить радиационное облучение персонала, вызвать дискомфорт у участников, а также увеличить движение участников и отмежевание от когнитивных задач. Эти факторы способствуют сбору как немногих образцов по мере необходимости. Взятие проб каждые 5–10 минут во время введения дозы достаточно для наблюдения за низкочастотной динамикой крови, ожидаемой из трех исследуемых здесь протоколов. Однако эта частота выборки ограничивает способность к количественной оценке высокочастотных временных характеристик, в частности точного размера и формы пика после введения болуса. В тех случаях, когда такие характеристики имеют важное значение, использование автоматизированного оборудования для отбора проб крови может быть полезным.

Наконец, были разработаны традиционные методы ПЭТ-моделирования для статического изображения (например, кинетические, патлак). Требуется дополнительная работа по обновлению математических моделей для применения данных fPET.

Таким образом, эта рукопись представляет альтернативные методы управления FDG radiotracer для высокого временного разрешения FDG-PET, с разрешением 16 s. Это временное разрешение выгодно отличается от современных стандартов в литературе. Хан и др., Джамадар и др., и Villien et al.17,18,19,21 доклад FDG-fPET с разрешением 1 мин, и Rischka et al.20 достигли стабильных результатов FDG-fPET с продолжительностью 12 с с помощью 20/80% болюс плюс настой. Протокол bolus/infusion, представленный здесь, как представляется, обеспечивает наиболее стабильный сигнал в течение длительного периода времени по сравнению с протоколами только для болюса и инфузии.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не заявляют о конфликте интересов. Источник финансирования не участвовал в разработке, сборе, анализе и интерпретации данных.

Acknowledgments

Jamadar поддерживается Австралийский совет по исследованиям (ARC) Открытие Ранняя карьера исследователь премии (DECRA DE150100406). Джамадар, Уорд и Иган поддерживаются Центром передового опыта ARC для интегративной функции мозга (CE114100007). Чэнь и Ли поддерживаются финансированием из Reignwood культурного фонда.

Джамадар, Уорд, Кэри и Макинтайр разработали протокол. Кэри, Макинтайр, Сасан и Фэллон собрали данные. Джамадар, Уорд, Паркс и Сасан проанализировали данные. Джамадар, Уорд, Кэри и Макинтайр написали первый черновик рукописи. Все авторы рассмотрели и утвердили окончательный вариант.

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).
Радиотрейск Администрации для высокого временного разрешения позитронно-эмиссионной томографии человеческого мозга: Применение 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