Az emberi barna zsírszövetraktárak, amelyeket a pozitron emissziós tomográfia alapján automatikusan szegmentálunk
Összegzés
Az itt bemutatott módszer 18 F-fluorodeoxi-glükózt (18 F-FDG), pozitron emissziós tomográfiát/komputertomográfiát (PET-CT) és zsír-vizet külön-külön, mágneses rezonancia tomográfiát (MRI), a következő 2 órás expozíciós hőkezelést (24 ° C-os pásztázás) és hideget használ. A barna zsírszövet (BAT) leképezésének körülményei (17 ° C) felnőtt humán betegeknél.
Absztrakt
Bevezetés
Habár egészséges felnőtt embereken növekszik a BAT-vizsgálatok száma, a humán BAT legújabb tanulmányai főként korlátozott retrospektív PET-CT vizsgálatokat végeztek 19,25, emberi csecsemők 26,27 káptalanokat, emberi serdülők más okokból már kórházba kerültek 27-30 és egészséges humán vizsgálatok 31-35. Mind a gyermekgyógyászati, mind a retrospektív vizsgálatok egyik kihívása a megváltozott eredmények lehetősége, ha olyan beteg betegcsoportot vizsgálunk, amely befolyásolhatja a BAT-ot. Ezenkívül, mivel a BAT 36 nem a glükóz az előnyben részesített energiaforrás, a PET-vizsgálatok nem mindig fedezik fel az engedélyezett BAT-t, és ezért alulreprezentálhatják a BAT jelenlétét. A BAT biomedicinális képalkotással történő vizsgálatának másik nehézsége a kép szegmentálódásához vezet, amely összefügg a szövetraktár határaival. Jelenleg a BAT humán vizsgálatokban történő szegmentálása gyakran valamilyen manuális képszegmentációra támaszkodik, ezért hajlamos a BAT depó téves azonosítására és az értékelők közötti változékonyságra.
Az itt bemutatott eljárások mind az MRI, mind a 18 F-FDG-PET-CT vizsgát megszerzik a témában, amelyek mindegyike aktiválódik hideg és termoneutrális körülményeknek való kitettség után. A hidegen aktivált és a termo 18 F-FDG PET-CT vizsgálatokat automatikusan hozzák létre szegmentált BAT-területekhez (ROI-k), amelyek egy adott alanyra jellemzőek. Ezeket a BAT ROI-kat alkalmazzák az együttműködésben regisztrált MRI vizsgálatokra, hogy megmérjék az MRI jellemzőit PET-CT megerősített BAT.
Ennek a protokollnak az egyik korlátja, hogy a meleg vagy a hideg ingernek való kitettség során alkalmazott levegő hőmérséklete minden alany esetében következetes. Ez korlátozás, mivel az egyes tárgyak hőmérséklete vagy hűlése eltérő lehet. Ezért egy tesztfolyamat lefuttatásával, amelynek során a levegő hőmérsékletét az egyén reakciójának megfelelően állítják be, majd ezeket a hőmérsékleteket a hő- és hidegaktiválási protokollokban felhasználva jobb reakciót lehet elérni a barna zsírszövetből.
Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.
Jegyzőkönyv
1. Általános MRI biztonsági és képi aggályok
- Az MRI-gépek fő mágneses tereként mindig ügyelni kell a beteg és az MR-területen dolgozó mindenki biztonságára. Kapcsolja ki az alany összes mágneses tárgyát és a környéken tartózkodókat.
- Kérdezzen meg témákat a toborzás szakaszában, ha a testükben nincs fém. Ezenkívül az alanynak le kell végeznie egy mágneses biztonsági átvilágítási 44 folyamatot annak biztosítására, hogy a testben lévő minden fém jóváhagyásra kerüljön MRI-re. Ez a kezdeti felülvizsgálat segíthet kiküszöbölni annak a lehetőségét, hogy hozzájáruljon az alanyhoz, aki elvégezheti az MRI-vizsgálatot.
- Ezenkívül, ha a tesztalany testében van olyan anyag, amely kompatibilis az MR-vel, győződjön meg arról, hogy a fém nincs a kívánt szövet közelében. A fém ugyanis olyan képtorzulási tárgyakat hoz létre, amelyek megnehezítik, ha nem is lehetetlenné teszik az elemzést.
2. A hozzájárulás megszerzése a tájékoztatás után
- Találkozzon a témával, hogy írásbeli beleegyezést kapjon. Ezen a találkozón térjen ki a tanulmány minden részletére, például: a látogatások számára, a látogatásonként eltöltött időre, milyen követelmények vannak az alany mozgatására a korlátozások és/vagy az ételek szempontjából, mi a téma és mit nem szabad a látogatás során megtenni (mint az alvás) és minden más speciális funkció. Használja ezt a munkamenetet a beolvasás látogatásainak megtervezéséhez, mivel több e-mail helyett általában könnyebb személyesen ütemezni őket.
3. A látogatás előtti eljárás
- Megjegyzések a témához
- A vizsgálathoz való érkezés előtt 24 órán keresztül tartózkodjon az alkoholtól, koffeintől, gyógyszerektől, vagy bármilyen megerőltető testmozgástól vagy tevékenységtől.
- Gyorsan rendelje hozzá az elemet, és kerülje a kalóriabevitelt a vizsga megérkezése előtt 8 órán belül. Az alanyok vizet inhatnak.
- Kapcsolatfelvétel egy önkéntessel
- Emlékeztesse az önkéntest a 24 órás előkészítés megkezdése előtti napon. Ez egyszerre szolgál a beolvasás emlékeztetőjeként, valamint abban is, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az alany emlékszik-e korlátaikra (azaz nem eszik, nem mozog, nincs alkohol stb.).
4. Tanulmányi nap eljárása - MRI esetén
5. Tanulmányi nap eljárása - PET-CT esetén
- Mentse a valós és képzeletbeli MR képeket off-line feldolgozásra: Az MRI által mért jel mind méretben, mind irányban egy vektormennyiség, amely valós és képzelt részekkel komplex számként ábrázolható. Klinikai körülmények között a képek mennyisége általában megjelenik. A feldolgozáshoz azonban összetett információra van szükség a zsír- és vízképekben.
- Hajtson végre háromdimenziós víz/zsír szétválasztást és R2 * becslést egy több léptékű keretoptimalizálás 45 algoritmus alapján, amelyet C ++ formában valósítottak meg az egyes réteghalmokhoz. A zsírt 9 tipp segítségével modellezik, legfeljebb 46-ig.
- Dobja el minden 4 visszhangos vonat első visszhangját, hogy elkerülje az örvényáram szennyeződését a komplex víz-zsír jelmodellben.
- Töltse be a CT DICOM-adatokat a MATLAB-ba, és konvertálja azokat Hounsfield-egységekké (HU) a szkenner által biztosított átméretezési érték felhasználásával az adatértékeken.
- Töltse be a PET DICOM-adatokat a MATLAB-ba, és alakítsa azokat szabványosított felvételi értékekké (SUV) a következő képlettel:
ahol a "pixel value" a DICOM fájlban tárolt érték ehhez a pixelhelyhez.
MEGJEGYZÉS: A PET nyomjelző aktivitás a teljes radionuklid dózis, és leolvasható a kép metaadatából (DICOM fejléc fájl).
.jpg "/> - Interpolálja a PET-adatokat, hogy a CT-adatokkal megegyezzenek.
- Mivel a PET és a CT képeket azonos szeletvastagsággal állítják elő, végezzen interpolációt kétdimenziós spline függvény segítségével az XY síkban.
Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.
Reprezentatív eredmények
Az MRI és a PET-CT felvételek megszerzése ugyanazon a témán, valamint az összes vizsgálat együttes regisztrációjának elvégzése lehetővé teszi a BAT kvantitatív MRI mutatóinak megbízható mérését. 1. ábra mutatja az alany feldolgozatlan meleg (TN) és hideg (CA) PET-CT és MRI vizsgálatát. Mind a TN, mind a CA PET-CT adatok összegyűjtésével egyértelműen meg lehet különböztetni a hidegen aktivált BAT raktárakat a megnövekedett 18 F-FDG felvétel révén. Miután mind a négy mintát regisztráltuk (2. ábra és 3), témakör-specifikus BAT maszkot lehet létrehozni a PET-CT képekből levezetett kritériumok segítségével, amint az 4. ábra látni. Ezt a maszkot ezután a négy társregisztrált vizsgálattal együtt lehet alkalmazni, hogy képet kapjunk a BVT raktárakból. A téma reprezentatív értékei benne vannak Asztal 1 Látható.
| Képalkotó módszer | Érték: |
| Átlagos ± 95% CI | |
| Thermo CT [HU] | -68,62 ± 9,35 |
| Hideg aktív CT [HU] | -55,04 ± 7,72 |
| Thermo PET [SUV] | 0,52 ± 0,05 |
| Hidegen aktív PET [SUV] | 7,15 ± 1,16 |
| Thermo FSF [%] | 41,62 ± 5,04 |
| Hideg aktív FSF [%] | 47,76 ± 5,15 |
| Thermo R2 * [1/s] | 128,22 ± 19,48 |
| Hideg aktív R2 * [1/s] | 101,27 ± 24,92 |
1. táblázat: A két hidegindítású és termo szkennelés numerikus értékei (átlagosan 95% -os megbízhatósági intervallum) egy alany esetében.
| paraméter | ajánlást | |||
| Tábornok | Szekvencia típus | Multi-Echo gyorsmezős visszhang (MFFE) | ||
| RF adótekercs | Négyzet alakú test | |||
| Fogadó tekercs | SENSE-XL törzs | |||
| A vizsga teljes időtartama (perc: mp) | 00.25 (asztali állomásonként) | |||
| geometria | Több küldés | Igen | ||
| Anatómiai sík | Kereszt | |||
| Szeletek száma | 20 | |||
| Rétegvastagság (mm) | 7.5 | |||
| Rétegek távolsága (mm) | 0 | |||
| Megszerzett mátrix | 260 x 204 | |||
| Újjáépítési mátrix | 288 | |||
| Látómező (mm) | 520 x 408 | |||
| Rekonstruált voxel méret (mm) | 1,81 x 1,82 x 7,5 | |||
| ÉRZÉK | Igen | |||
| P csökkentés (AP) | 3 | |||
| Lemez beolvasási sorrend | Mászik | |||
| Hajtsa át az irányt | Előre hátra- | |||
| Zsír kapcsolási irány | Bal | |||
| kontraszt | Beolvasási mód | Többrétegű- | ||
| Ismétlés (ms) | 83. | |||
| Visszhangok | 4 | |||
| Átlapolt MFFE | Igen | |||
| Átlapolt szám | 2 | |||
| Visszhang ideje (első) (ms) | 1.023 | |||
| Visszhang időintervallum (ms) | 1.559 | |||
| Tényleges beágyazott visszhangidő (ms) | 0,7793 | |||
| Gerjesztési flip szög (°) | 12. | |||
| RF alátét | Alkalmazkodó | |||
| Jelszerzés | Párhuzamos képalkotás | ÉRZÉK faktor = 3 | ||
| Részleges Fourier- | Egyik sem | |||
| Sávszélesség/pixel (Hz/pixel) | 1346.1 | |||
2. táblázat: A zsír-víz MRI (FWMRI) felvételéhez használt paraméterek.
| paraméter | ajánlást |
| Beszerzési mód | Spirálos |
| Adatgyűjtési átmérő (mm) | 500 |
| Újjáépítési átmérő (mm) | 700 |
| Expozíciós idő (másodperc) | 873 |
| Konvolúciós mag | alapértelmezett |
| Forgási idő (mp) | 0.8 |
| Egyetlen kollimációs szélesség (mm) | 1.25 |
| Spirálmagasság tényező | 1.675 |
| Látómező - CT | 512 x 512 |
| Látómező - PET | 128 x 128 |
| Rétegvastagság (mm) | 3.75 |
| Rekonstruált voxelméret (mm) - CT | 1,37 x 1,37 x 3,75 |
| Rekonstruált voxel méret (mm) - PET | 5,47 x 5,47 x 3,75 |
| A szeletek teljes száma | 299-335 |
3. táblázat: A PET-CT képalkotáshoz használt paraméterek.
Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.
Vita
Ennek a kutatási protokollnak az egyik hátránya az "egy méret mindenkinek" megközelítés mind a rekeszek fűtésére, mind hűtésére. A jövőbeni munkának előnye lenne, ha egyénre szabottabb megközelítést alkalmazna a nem hidegrázás termogenezisének maximalizálására, és ezáltal a BAT-aktiváció maximalizálására minden alany esetében. Ezenkívül a termikus állapot alanyának felmelegedése előnyös lehet az alanyra jellemző hőmérséklet alkalmazásával annak biztosítására, hogy a BAT már ne legyen aktív, individualizált állapotban. Van der Lans és mtsai közelmúltbeli publikációjában hangsúlyozták az egyedi hűtési protokollok használatának előnyeit. 52, és jelentős potenciális változás ennek a protokollnak a fejlesztésében. Ebből a protokollból hiányzik az is, hogy az önkéntes nőknél nem próbálták meghatározni a menstruációs ciklus állapotát. Ez könnyen korrigálható a jövőbeni tanulmányokhoz.
Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.