Depozite de țesut adipos brun uman segmentate automat prin tomografie cu emisie de pozitroni Calculat
rezumat
Metoda prezentată aici folosește 18 F-fluorodeoxiglucoză (18 F-FDG), tomografie cu emisie de pozitroni/tomografie computerizată (PET-CT) și apă grasă separat, tomografie cu rezonanță magnetică (RMN), următoarele 2 h de expunere termică (24 ° C scanate) și rece Condiții (17 ° C) pentru imagistica țesutului adipos maro (BAT) la pacienții adulți umani.
Abstract
Introducere
Deși numărul studiilor BAT asupra oamenilor sănătoși adulți este în creștere, studiile recente asupra BAT umane au limitat în principal studiile retrospective PET-CT 19.25, cadavere 26.27 sugari umani, adolescenți umani deja internați în spitale din alte motive 27-30, și unele studii umane la adulți sănătoși 31-35. Una dintre provocările atât cu studii pediatrice, cât și cu studii retrospective este posibilitatea unor rezultate modificate atunci când se examinează o populație de pacienți bolnavi care poate afecta BAT. În plus, întrucât glucoza nu este sursa de energie preferată a BAT 36, studiile PET nu detectează întotdeauna BAT activate și, prin urmare, pot subreprezenta prezența BAT. O altă dificultate în investigarea BAT cu imagistică biomedicală duce la segmentarea imaginii, care este legată de limitele depozitelor de țesuturi. În prezent, segmentarea BAT în studiile la om se bazează adesea pe o anumită segmentare manuală a imaginii și, prin urmare, este predispusă la identificarea greșită a depozitelor BAT și la variabilitatea între evaluatori.
Procedurile prezentate aici obțin atât RMN, cât și 18 examene F-FDG-PET-CT pe acest subiect, fiecare activat după expunerea atât la condiții reci, cât și la condiții termoneutrale. Scanările PET-CT activate la rece și termo 18 F-FDG sunt utilizate pentru a crea automat zone segmentate BAT (ROI), specifice unui subiect. Aceste ROI BAT sunt apoi aplicate scanărilor RMN înregistrate în colaborare pentru a măsura caracteristicile RMN în BAT confirmate PET-CT.
O limitare a acestui protocol este că temperatura aerului utilizată la expunerea subiecților la stimulul fierbinte sau rece este consecventă pentru fiecare subiect. Aceasta este o limitare deoarece temperatura la care fiecare obiect experimentează căldură sau răcire poate fi diferită. Prin urmare, efectuând o sesiune de test în timpul căreia temperatura aerului este ajustată pentru a se potrivi răspunsului individului și apoi folosind aceste temperaturi în protocoalele de activare termică și rece, ar putea fi posibil să obțineți un răspuns mai bun din țesutul adipos maro.
Abonament necesar. Vă rugăm să recomandați JoVE bibliotecarului dvs.
Protocol
1. Preocupări generale privind imaginea și siguranța RMN
- Fiind principalul câmp magnetic al aparatelor RMN, trebuie să se acorde întotdeauna grijă pentru a asigura siguranța pacientului și a tuturor celor care lucrează în zona MR. Opriți toate obiectele magnetice de pe subiect și pe oricine din zonă.
- Întrebați subiecte în faza de recrutare dacă nu au metal în corpul lor 43. În plus, subiectul va trebui să finalizeze un proces de screening magnetic de siguranță 44 pentru a se asigura că fiecare metal din corp este aprobat pentru RMN. Această revizuire inițială poate ajuta la eliminarea posibilității consimțământului unui subiect care poate efectua scanarea RMN.
- În plus, dacă există un metal în corpul subiectului testat care este compatibil cu MR, asigurați-vă că metalul nu este aproape de țesutul de interes. Acest lucru se datorează faptului că metalul creează artefacte de distorsiune a imaginii care îngreunează analiza, dacă nu chiar imposibilă.
2. Obținerea consimțământului după ce a fost informat
- Întâlniți-vă cu subiectul pentru a obține consimțământul informat în scris. La această întâlnire, acoperiți toate detaliile studiului, de exemplu: numărul de vizite, timpul petrecut pe vizită, care sunt cerințele pentru mutarea subiectului în ceea ce privește restricțiile și/sau mâncarea, ce este subiectul și ce nu trebuie făcut în timpul vizitei (cum ar fi somnul) și toate celelalte caracteristici speciale. Utilizați această sesiune pentru a planifica vizitele pentru scanare, deoarece este de obicei mai ușor să le programați personal, mai degrabă decât mai multe e-mailuri.
3. Procedura înainte de vizită
- Note pentru subiect
- Cu 24 de ore înainte de sosirea la studiu, faceți subiectul să se abțină de la alcool, cofeină, medicamente sau orice exercițiu sau activitate intensă.
- Alocați rapid elementul și evitați orice aport caloric timp de 8 ore înainte de sosirea la examen. Subiecților li se permite să bea apă.
- Contactarea unui voluntar
- Amintiți-i voluntarului instrucțiunile cu o zi înainte de începerea pregătirii lor de 24 de ore. Acest lucru servește atât ca un memento al scanării, cât și ajută la asigurarea faptului că subiectul își amintește limitările lor (adică, fără mâncare, fără exerciții fizice, fără alcool etc.).
4. Procedura zilei de studiu - pentru RMN
5. Procedura zilei de studiu - pentru PET-CT
- Salvați imagini MR reale și imaginare pentru procesare off-line. Semnalul măsurat prin RMN este o cantitate vectorială atât în dimensiune cât și în direcție, care poate fi reprezentată ca un număr complex cu părți reale și imaginare. În cadrul clinic, de obicei sunt afișate cantitatea de imagini. Cu toate acestea, pentru procesare sunt necesare informații complexe din imaginile de grăsime și apă.
- Efectuați separarea tridimensională apă/grăsime și estimarea R 2 * pe baza unui algoritm 45 de optimizare a cadrelor multidimensionale implementat în C ++ pentru stivele individuale de strat. Grăsimea este modelată cu 9 vârfuri până la> 46.
- Aruncați primul ecou al fiecărui tren cu 4 ecouri pentru a evita contaminarea curentului turbionar în modelul complex de semnal de apă-grăsime.
- Încărcați datele CT DICOM în MATLAB și convertiți-le în unități Hounsfield (HU) utilizând valoarea de redescalare furnizată de scaner pe valorile datelor.
- Încărcați datele PET DICOM în MATLAB și convertiți-le în valori standardizate de absorbție (SUV) cu următoarea formulă:
unde „valoarea pixelului” este valoarea stocată în fișierul DICOM pentru locația respectivă a pixelilor.
NOTĂ: Activitatea trasorului PET este doza totală de radionuclizi și poate fi citită din metadatele imaginii (fișierul antet DICOM).
.jpg "/> - Interpolați datele PET pentru a avea aceleași dimensiuni ca și datele CT.
- Deoarece imaginile PET și CT sunt obținute cu aceeași grosime a feliei, efectuați o interpolare utilizând o funcție spline bidimensională în planul XY.
Abonament necesar. Vă rugăm să recomandați JoVE bibliotecarului dvs.
Rezultate reprezentative
Achiziționarea atât a scanărilor RMN, cât și a scanărilor PET-CT pe același subiect și efectuarea co-înregistrării pentru toate scanările permite măsurarea fiabilă a valorilor cantitative ale RMN ale BAT. ilustrația 1 prezintă scanările PET-CT și RMN neprelucrate la cald (TN) și la rece (CA) ale unui subiect. Odată cu achiziționarea atât a datelor TN-CA, cât și a CA PET-CT, este posibil să se distingă în mod clar depozitele BAT activate la rece prin absorbția crescută de 18 F-FDG. După co-înregistrarea tuturor celor patru probe (Figura 2 și 3), este posibil să se genereze o mască BAT tematică specifică cu ajutorul criteriilor derivate din imaginile PET-CT, ca în Figura 4 a vedea. Această mască poate fi apoi aplicată împreună cu cele patru scanări co-înregistrate pentru a obține valori de imagine în depozitele BVT. Valorile reprezentative ale unui subiect se află în tabelul 1 afișate.
| Metoda imagistică | Valoare: |
| Media ± IC 95% | |
| Thermo CT [HU] | -68,62 ± 9,35 |
| CT activ la rece [HU] | -55,04 ± 7,72 |
| Thermo PET [SUV] | 0,52 ± 0,05 |
| PET activ la rece [SUV] | 7,15 ± 1,16 |
| Thermo FSF [%] | 41,62 ± 5,04 |
| FSF activ la rece [%] | 47,76 ± 5,15 |
| Thermo R2 * [1/s] | 128,22 ± 19,48 |
| R2 activ la rece * [1/s] | 101,27 ± 24,92 |
Tabelul 1 Valori numerice (interval mediu de încredere de 95%) din cele două scanări activate la rece și termografice pentru un subiect.
| parametru | recomandare | |||
| general | Tipul secvenței | Multi-Echo Fast Field Echo (MFFE) | ||
| Transmițător RF bobină | Corpul în cuadratură | |||
| Recepție bobină | Trunchi SENSE-XL | |||
| Durata totală a examinării (min: sec) | 00.25 (pe stație de masă) | |||
| geometrie | Trimitere multiplă | da | ||
| Planul anatomic | Cruce | |||
| Numărul de felii | 20 | |||
| Grosimea stratului (mm) | 7.5 | |||
| Distanța între straturi (mm) | 0 | |||
| Matricea dobândită | 260 x 204 | |||
| Matricea Reconstrucției | 288 | |||
| Câmp vizual (mm) | 520 x 408 | |||
| Dimensiunea voxelului reconstruit (mm) | 1,81 x 1,82 x 7,5 | |||
| SENS | da | |||
| Reducerea P (AP) | 3 | |||
| Ordinea scanării discului | A urca | |||
| Direcție de rabatare | Înainte înapoi- | |||
| Direcția de comutare a grăsimii | Stânga | |||
| contrast | Mod scanare | Multistrat- | ||
| Repetare (ms) | 83 | |||
| Ecouri | Al 4-lea | |||
| MFFE intercalat | da | |||
| Număr intercalat | 2 | |||
| Timp de ecou (primul) (ms) | 1,023 | |||
| Interval de timp ecou (ms) | 1,559 | |||
| Timp de ecou imbricat eficient (ms) | 0,7793 | |||
| Unghi de rotație de excitație (°) | Al 12-lea | |||
| Shim RF | Adaptive | |||
| Achiziționarea semnalului | Imagistica paralelă | Factor SENSE = 3 | ||
| Fourier parțial- | Nici unul | |||
| Lățime de bandă/Pixel (Hz/Pixel) | 1346.1 | |||
Tabelul 2. Parametrii utilizați pentru achiziționarea RMN-grăsime-apă (FWMRI).
| parametru | recomandare |
| Modul de achiziție | Elicoidale |
| Diametru colectare date (mm) | 500 |
| Diametru reconstrucție (mm) | 700 |
| Timp de expunere (secunde) | 873 |
| Miezul convoluției | Mod implicit |
| Timp de rotație (sec) | 0,8 |
| Lățime de colimare simplă (mm) | 1,25 |
| Factor de pas spiralat | 1.675 |
| Câmp vizual - CT | 512 x 512 |
| Câmp vizual - PET | 128 x 128 |
| Grosimea stratului (mm) | 3,75 |
| Dimensiunea voxelului reconstruit (mm) - CT | 1,37 x 1,37 x 3,75 |
| Dimensiunea voxelului reconstruit (mm) - PET | 5,47 x 5,47 x 3,75 |
| Numărul total de felii | 299-335 |
Tabelul 3. Parametrii utilizați pentru imagistica PET-CT.
Abonament necesar. Vă rugăm să recomandați JoVE bibliotecarului dvs.
Discuţie
Unul dintre dezavantajele acestui protocol de cercetare este abordarea „unică pentru toți” atât pentru încălzirea, cât și pentru răcirea compartimentelor. Munca viitoare ar beneficia de utilizarea unei abordări mai individualizate pentru a maximiza termogeneza non-frisoane și, astfel, pentru a maximiza activarea BAT, pentru fiecare subiect. În plus, încălzirea subiectului unei condiții termice ar putea beneficia de utilizarea unei temperaturi specifice subiectului pentru a se asigura că BAT nu mai este într-o stare activă individualizată. Beneficiul utilizării protocoalelor individuale de răcire a fost subliniat în publicația recentă de van der Lans și colab. 52, și reprezintă o schimbare majoră potențială pentru îmbunătățirea acestui protocol. În plus, lipsește din acest protocol că nu au existat încercări de a determina starea ciclului menstrual la femeile voluntare. Acest lucru ar putea fi ușor corectat pentru studii viitoare.
Abonament necesar. Vă rugăm să recomandați JoVE bibliotecarului dvs.