$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Solunan [15O]CO ve [15O]O2 gazları, intravenöz [15O]H2O enjeksiyonu ve intravenöz [18F]FDG enjeksiyonu kullanılarak oksijen ve glikoz metabolizmasının PET görüntülemesi, eski nesil PET tarayıcılarından toplanan görüntülemeye dayalı olarak önemli tarihsel önceliklere sahiptir 14,15,16,17,26,27. Bu veriler genellikle zayıflama haritalaması, lüminesans sınırlı bizmut germanat (BGO) sintilatör dizileri, yüksek aktiviteli dozlama ve sınırlı sintilatör lüminesansı ve hesaplama açısından ucuz olan filtrelenmiş geri projeksiyon rekonstrüksiyonlarını barındırmak için halkalı septa ile 2D edinimler için germanyum / galyum kaynaklarıyla iletim taramasına dayanıyordu. Bu protokolde açıklananlar da dahil olmak üzere daha yeni tarayıcılar, zayıflama düzeltmesi için yüksek çözünürlüklü BT, uzamsal olarak yoğun sintilatör konfigürasyonlarında düzenlenmiş yüksek derecede ışıldayan lutesyum-itriyum oksiortosilikat (LYSO) sintilatör dizileri, foton algılamanın verimliliğini katlayan 3B kazanımlar, yok olma olaylarının uzamsal lokalizasyonunu iyileştiren TOF algılama elektroniği ve 3B sıradan-Poisson sıralı alt kümeleriyle hesaplama açısından gelişmiş yeniden yapılandırma yöntemleri kullanır. beklenti maksimizasyonu (OP-OSEM). Yeni tarayıcılar daha düşük radyasyon dozunda üstün görüntü kalitesi sağlar29,30. Üç nesil PET tarayıcıdan karşılaştırılabilir örnekler Şekil 6'da detaylandırılmıştır.
Bu protokol, daha yeni tarayıcılardan PET taramasından elde edilen bilgilerin kalitesini artırmak için birkaç ek modifikasyondan yararlanır: ayak öncelikli konumlandırma, titizlikle zamanlanmış doz uygulamaları ve otomatik arteriyel giriş fonksiyonu ölçümleri25. Bunlar, 2-3 saatlik bir tarama seansı içinde dört farklı oksijen ve glikoz metabolizması izleyicisi için arteriyel giriş fonksiyonlarının ve beyin emisyon verilerinin toplanmasına izin verir. Bu veriler daha sonra beyin metabolizmasının yüksek çözünürlüklü, yüksek doğruluklu nicel tahminlerini üretmek için geleneksel ve yeni kinetik modelleme yöntemlerine ve kısmi hacim düzeltme algoritmalarına sunulabilir. Daha da önemlisi, bu protokol sadece beyin oksijen ve glikoz metabolizmasının kantitatif ölçümlerine değil, aynı zamanda beyin AG'nin hesaplanmasına da izin verir. Özellikle, son teknoloji tarayıcılardan elde edilen üstün görüntü kalitesi, daha gerçekçi görüntüden türetilmiş arteriyel giriş fonksiyonlarının yanı sıra, daha önce arteriyel örnekleme ve beyin emisyonları arasındaki zamanlama farklılıklarına gürültü veya duyarlılık ile sınırlı olan yeni analitik yaklaşımları mümkün kılar19.
Özellikle, görüntüleme kalitesini 15O radyoizleyici ile iyileştirmek [18F] FDG'den daha zordur. 15 O'luk geçici 122 s yarı ömrü ciddi bilgi kaybına neden olur. Bununla birlikte, katılımcının kafası ile PET-CT'nin algılama halkaları arasındaki ortam boşluğunda gazlar birikebileceğinden, gazlı radyoizleyicilerin kullanılması da uygun olabilir. Orada, radyoizleyici gazlardan kaynaklanan emisyonlar, önemli rastgele ve saçılma kaynakları oluşturabilir, böylece hava olarak tanımlanan bölgelere kıyasla saçılma kaynaklarının göreceli ölçeklendirilmesini kullanan, satıcı tarafından uygulanan saçılma düzeltme yöntemlerini karıştırabilir. İntravenöz olarak enjekte edilen [15O] H2O bile, önemli miktarlar [15O] H2O buharı olarak solunduğunda zorluklar yaratabilir. Gaz halindeki radyoizleyicilerin temizlenmesi için yöntemlerrapor edilmiştir 24 ancak bu çalışmada uygulanmamıştır. Konvansiyonel saçılma düzeltme modelleri, 15O radyoizleyicilerin görüntülenmesi için yetersiz olabilir ve bu izleyiciler için en iyi performans, doğru zayıflama haritalarıyla eşleştirilmiş olarak, yeniden ölçeklendirme olmadan, görüş alanındaki mutlak yok olma fotonları kaynaklarını açıklayan saçılma modellerine bağlıdır. Üzerinde 15O gazlarının yaygın olarak kondensatlar oluşturduğu PET-MR tarayıcılarının kafa bobinlerine takılan aynalar gibi küçük donanım ihmalleri bile, emisyon rekonstrüksiyonlarında önemli eserler üretebilir. Katılımcı hareketini takiben uyumsuz zayıflama haritalarından kaynaklanan ilgili eserler de rapor edilmiştir31. Saçılma modellerinin gaz halindeki radyoizleyicilerin nokta yayılma özellikleri ile etkileşimleri henüz zayıf bir şekilde karakterize edildiğinden, bu çalışma, aksi takdirde yüksek çözünürlüklü PET için gerekli olan nokta yayılma modelleme yöntemlerini atladı. Her izleyici için listmode için yeniden yapılandırma parametrelerinin optimize edilmesi en iyi uygulamadır, ancak bu çalışma, protokol bölüm 9.1'de açıklandığı gibi, mümkün olduğunca tüm izleyicilere aynı şekilde uygulanan basit konsol yeniden yapılandırmalarını kullanarak örnekler sağlar. Örnekler, izleyici-kinetik zaman ölçeklerinin değişkenliğine uyarlanmış kare zamanlama programlarını mutlaka gösterir. Örnekler, basitliği, sayma istatistiklerinin karşılaştırılabilirliğini ve her izleyici için mevcut olan etkili uzamsal çözünürlükleri ve her izleyici için yeniden yapılandırma parametrelerini optimize ederken ortaya çıkabilecek yanlılığı en aza indirmeyi vurgular. 15O'nun mevcut çalışmalarıyla karşılaştırılabilirlik için, bu çalışmanın temsili sonuçları, daha önce uçuş süresikazanımları 30,32 ile modern PET-CT için uygun olduğu bildirilen 5 alt kümenin 8 yinelemesini kullanır. Uçuş süresi, 5 alt kümenin 4 yinelemesiyle gelişmiş görüntüleme çözünürlüğü sağlayabilir ve bu optimizasyonlar, bu çalışmada açıklanan izleyiciler için aktif olarak araştırılmaktadır.
Modern PET-CT tarayıcılarının daha uzun tarayıcı deliği, radyoizleyici gazlar sağlayan araştırmacıları engeller. Kapalı portal geometrileri, gazları uygularken, talimatları katılımcılara iletirken ve gaz uygulama cihazlarının ortam alanına radyoizleyiciler sızdırmamasını sağlarken katılımcının ağzına ulaşma zorluklarını artırır. Bu nedenle, katılımcıların ayaklarının ilk konumlandırılması avantajları gösterir. Çoğu tarayıcı donanımı, tipik olarak katılımcının boynunu çevreleyen ve katılımcının başını vücuttan ayıran kurşun koruma yerleştiren nöro koruma cihazlarının yerleştirilmesiyle uyumlu olmayan ayak öncelikli konumlandırmayı yapar. Nörokalkanlama, vücuttan görüş alanına giren rastgeleleri azaltacaktır. Ortamdaki gaz radyoizleyicilerinden kaçınmaya kıyasla nörokalkanlamanın göreceli faydaları şu anda tam olarak anlaşılamamıştır.
Beyin metabolizmasının ölçülmesi
Bu makale, Raichle ve ark. (CBF)16 ve Martin ve ark. (CBV)17 tarafından tanımlanan hemodinamik için ve Mintun ve ark. (CMRO2)15 ve Huang ve ark. (CMRGlc)14. Bu analizler, bu yazıda açıklanan protokol kullanılarak ölçülen arteriyel giriş fonksiyonlarını ve emisyon verilerini kullanır. Arteriyel giriş fonksiyonunu ölçmek için görüntüden türetilmiş bir yöntem gibi alternatif araçlar aktif olarak takip edilmekte ve invaziv yönteme karşı test edilmektedir. Geleneksel modeller, kinetik model parametrelerini tahmin etmek için dinamik görüntülemeden de tam olarak yararlanır. CBF ve CMRO2 26,27'nin polinom gösterimlerinin kullanımını tercih ettik. CMRGlc'yi tahmin etmek için Huang ve ark.'nın yöntemlerini tercih ettik, ancak Bayes parametre tahminini kullandık28,33. AG daha yakın zamanda glikolitik yollara giren ancak oksidatif fosforilasyon dışındaki hücresel fonksiyonlara katkıda bulunan bir glikoz ölçüsü olarak düşünülmüştür4. Beyin AG'nin hesaplanması daha sonra basitçe CMRGlc ve CMRO2'nin molar eşdeğerlere dönüştürülmesini ve ikincisinin altıda birinin öncekinden çıkarılmasını gerektirir.
Kısmi hacim düzeltmesi
Simetrik geometrik transfer matrisi algoritmasını (sGTM)34 kullanarak SUVR görüntülerinde genellikle bölgesel kısmi hacim düzeltmesi gerçekleştiririz. Bu, MRG ile elde edilen ve yalnızca anatomik dizileri içerebilen yüksek çözünürlüklü verilere dayanır, ancak mevcut protokol aynı zamanda daha kesin bölgesel parselasyon için İnsan Connectome Projesi (HCP) benzeri diziler de elde eder. Hem anatomik (örneğin, Desikan-Killiany35) hem de fonksiyonel (örneğin, Schaeffer36 veya Glasser37) atlasları kullandık. Eski atlaslar genellikle daha düşük çözünürlükte elde edilen PET görüntüleri için daha uygun olan ve önceki PET araştırmalarında daha yaygın olarak kullanılan daha geniş ilgi alanlarına sahiptir. Bununla birlikte, daha yeni atlaslar işlevsel ve sitomimari olarak daha iyi tanımlanmıştır ve artık Siemens Vision tarayıcısı ile elde edilenler gibi daha yüksek çözünürlüklü PET görüntüleme ile daha uygulanabilir olabilir. 15O taraması için SUVR görüntüleri, daha önce tarif edildiği gibi hesaplanır ve tüm beyin değerlerine atıfta bulunulur4. Tüm beyin CMRGlc ve CMRO2 daha sonra SUVR görüntülerini mutlak nicel değerlere dönüştürmek için yukarıdaki gibi kinetik modelleme kullanılarak hesaplanır. Bundan, kısmi hacim düzeltilmiş bölgesel AG daha sonra hesaplanabilir. Dinamik emisyon görüntüleme örneklerimiz, sunumun basitliği için kısmi hacim düzeltmesi göstermese de, dinamik görüntülemeyi hesaba katan kısmi hacim düzeltme yöntemleri şu anda aktif olarak araştırılmaktadır.
Protokolün genelleştirilebilirliği ve uyarlanabilirliği
Bu protokol, insanlarda PET ile oksijen ve glikoz metabolizması ölçümlerinden elde edilebilecek en yüksek doğruluk, kesinlik, tekrarlanabilirlik ve yorumlanabilirliği elde etmekle ilgili metodolojik ayrıntıları açıklar. Ölçümlerin bilinen en yüksek doğruluğu ve hassasiyeti, arteriyel giriş fonksiyonlarının doğrudan ölçümlerini, yüksek çözünürlüklü yapısal MRG ile ortak kayıt yoluyla ilgi alanlarının belirlenmesini ve istatistiksel modeller için hesaplama kaynaklarının son derece zorlu kullanımını içeren izleyici kinetik ilke ve uygulamalarına dayanan analizlere aittir. Özellikle, invaziv radyal arter kanülasyonu ve seri olarak tekrarlanan emisyon taramalarına göre sürdürülmesi maliyetlidir ve klinik olarak deneyimli ekiplerin katılımını gerektiren sınırlı ciddi yaralanma riskleri taşır. 15O'ya dayalı izleyicilerin kullanımı, siklotronlar ve destek ekipleri için bir başka zorluktur. Bunlar, insanlarda tarihsel olarak bildirilen metabolik ölçümlerle yazışma sağlar ve nicel bulguların yorumlarının önceden birikmiş bilgiler üzerine inşa edilmesini sağlar. Bununla birlikte, bu ayrıntılı ve invaziv önlemler, insan metabolizmasının birçok sorusu için yeterli olabilecek daha az invaziv, daha az talepkar yöntemlerin doğrulanması için araçlar da sağlar. Uygun doğrulamayı takiben, radyal arter kanülasyonu, birçok özel çalışma için görüntüden türetilmiş giriş fonksiyonlarıkaynakları 38 ile uygun şekilde değiştirilebilir. Radyal arter kanülasyonundan kaçınmak, [15O]O2'nin birincil metabolik ürününün, yani [15O]H2O'nun, plazmadan metabolizmanın [15O] H2O'sunu ve santrifüjlenmiş kırmızı kan hücrelerinden [15O] O2 'yi tahmin etmek için santrifüjlenmiş radyal arter örneklerinden tahmin edilebilen doğrudan ölçümlerini de engeller. Bununla birlikte, Arteriyel dolaşımda metabolik [15O]H2O'nunortaya çıkışını parametrik olarak çözmek için hesaplamalı olarak yoğun yöntemler kullanılabilir, bunun doğrusal bir modeli Mintun ve ark.15 tarafından önerilmiştir. SUVR kullanan birçok metodoloji, invaziv olarak elde edilen verilerle yapılan karşılaştırmaları takiben doğrulamaya da uygun olabilir. Şu anda, aktif araştırma programları, kan oksijenasyon seviyesine bağlı etkiye dayalı oksijenasyon tahminlerinin doğrulanmasını istemektedir ve 15O ile eş zamanlı ölçümler daha fazla doğrulama sağlayabilir39. Ek olarak, bu protokolde örnekler olmadan sadece bahsedilmiş olsa da, listmode'dan görüntü rekonstrüksiyonlarının ayrıntılı optimizasyonlarının metabolizma ölçümlerinin kalitesini iyileştirmesi muhtemeldir. Ayrıca, listmode verilerinin hareket düzeltmesi ve kısmi hacim düzeltmeleri gibi birçok özel yöntem, çalışma soruları gerektirdiğinde, örneğin ara sıra katılımcıların aşırı baş hareketleri olduğunda veya kortikal atrofi çalışmaları, beyin omurilik sıvısı ile kısmi hacim ortalaması ile karıştırıldığında, çaba sarf etmeyi hak edebilir.
PET taraması için uyarılar
Bu protokol, katılımcıları iyonlaştırıcı gama radyasyonuna maruz bırakır. Burada açıklanan toplam PET seansına (dört ila altı 15O taraması ve bir FDG taraması dahil) maruz kalan katılımcılardaki mevcut radyasyon tahminleri, tüm radyoizleyici uygulamaları dahil olmak üzere yaklaşık 7 mSv'lik (0.7 rem) ortalama bir toplam etkili doz ile sonuçlanır. Bu, araştırma ve klinik uygulamada kullanılan diğer radyoizleyicilerin radyasyon dozu ile karşılaştırılabilir ve bir radyasyon çalışanının bir yıl içinde izin verdiği toplam radyasyon dozunun %14'ünü temsil eder. Tüm katılımcılar (ve/veya yasal olarak kabul edilebilir temsilcileri), çalışmaya kayıt için onaylarını almadan önce potansiyel radyasyon riskleri hakkında hem yazılı hem de sözlü olarak dikkatli bir şekilde bilgilendirilir.
Arteriyel hatlar için uyarılar
Arteriyel kanülasyonun komplikasyonları arasında morarma (yaygın), ağrı, şişme, hematom (nadir), yerleştirme yerinde kanama, vazospazm, tromboz (nadir) ve kullanıldığında heparinize saline reaksiyon (çok nadir) bulunur. Arteriyel hatları yerleştirmek ve ortaya çıkması durumunda herhangi bir komplikasyonu yönetmek için rutin olarak bir girişimsel radyoloji hizmeti kullanıyoruz.
MRG için uyarılar
ABD Gıda ve İlaç İdaresi, bir MRI tarayıcısının manyetik alanına giren tüm tıbbi cihazların standart güvenlik testlerinden geçmesini şart koşuyor. Bir katılımcının cihazı MRI Güvenli olarak etiketlenmişse, katılımcı için ek riskler olmadan standart FDA onaylı tarama koşullarını kullanmaya devam edebiliriz. Bir katılımcının cihazı MRG Koşullu ise, cihazın üreticisini, markasını ve modelini gözden geçirir ve ardından MRI tarama prosedürlerini buna göre ayarlarız. Görüntüleme ayrıca, anksiyete, ek çalışmalardan kaynaklanan mali kayıp ve nadiren sonraki, klinik olarak belirtilen invaziv prosedürlerden kaynaklanan komplikasyonlar gibi ek risklere neden olabilecek tesadüfi bulguları ortaya çıkarma potansiyeline sahiptir.
Sınırlamaların özeti
Oksijen ve glukoz metabolizmasının ölçülmesindeki kaçınılmaz sınırlamalar, radyoizleyicinin kendisine özgüdür. 15O-izleyiciler, son derece uzmanlaşmış ve erişilebilir siklotron tesislerinin varlığı da dahil olmak üzere, bu protokolün en zorlu gereksinimlerinin çoğunu şart koşan kısa yarı ömürlere sahiptir. Gazlı 15O-izleyiciler, süresi dolmuş gazların24 atılması ve saçılma düzeltmeleri için özel yöntemler gibi gaz yönetiminin karmaşıklığını ortaya çıkarır. [18F]FDG, [11C]-glikoz izleyicilerinde metabolitleri izlemenin önemli zorluklarını, toplu-sabit tahminlerle karıştırmak için değiştirir. Bu protokol aynı zamanda entegre PET-CT tarayıcılarının sınırlayıcı geometrisinden kaynaklanan sınırlamalara da sahiptir. Katılımcının ayaklarının ilk konumlandırılması hapsetme problemlerini iyileştirirken, nöro koruma cihazlarının kullanımıyla uyumsuz olabilir. Son olarak, invaziv radial arter kanülasyonunun kullanımı başlı başına önemli bir sınırlamadır. Radyal arter, beynin birincil arteriyel beslemesi için bir vekildir. Bununla birlikte, radyal arter, arteriyel kaynaklardan beyne farklı akış özelliklerine sahip olabilir. Ayrıca, invaziv ve ağrılı prosedürler, çalışma katılımcılarının bilişsel durumunu değiştirerek, bu protokol tarafından izlenebilecek nörogörüntüleme çalışmalarının kapsamını ve genelleştirilebilirliğini sınırlar.