Склади жирових тканин коричневої людини, що автоматично сегментуються позитронно-емісійною томографією
Резюме
Представлений тут метод використовує 18 F-фтородезоксиглюкозу (18 F-FDG), позитронно-емісійну томографію/комп’ютерну томографію (PET-CT) та окремо жирову воду, магнітно-резонансну томографію (МРТ), наступну 2-годинну термоекспозицію (скановано 24 ° C) та холод Умови (17 ° C) для зображення бурої жирової тканини (BAT) у дорослих пацієнтів.
Анотація
Вступ
Хоча кількість досліджень НДТ у здорових дорослих людей збільшується, останні дослідження БАТ людини переважно обмежили ретроспективні дослідження ПЕТ-КТ 19.25, людські немовлята 26.27 трупів, підлітки-люди вже потрапили до лікарень з інших причин 27-30, а деякі дослідження людей на здорових дорослих 31-35. Однією з проблем, як при педіатричних, так і при ретроспективних дослідженнях, є можливість зміни результатів при обстеженні пацієнтів, які хворіють, що може вплинути на НДТ. Крім того, оскільки глюкоза не є найкращим джерелом енергії для BAT 36, дослідження ПЕТ не завжди виявляють увімкнену BAT, а тому можуть недостатньо відображати присутність BAT. Інша складність у дослідженні НДТ за допомогою біомедичної візуалізації призводить до сегментації зображень, яка пов'язана з межами депо тканин. В даний час сегментація НДТ в дослідженнях на людях часто покладається на деяку ручну сегментацію зображень і тому схильна до помилкової ідентифікації депо БАТ та мінливості.
Представлені тут процедури включають як МРТ, так і 18 обстежень F-FDG-PET-CT з цього питання, кожен з яких активується після впливу як холоду, так і термонейтральних умов. Холодоактивоване та термо 18 F-FDG сканування ПЕТ-КТ використовуються для автоматичного створення сегментованих областей НДТ (ROI), специфічних для суб’єкта. Потім ці показники рентабельності інвестицій НДТ застосовуються до зареєстрованих МРТ сканувань для вимірювання характеристик МРТ у підтвердженому ПЕТ-КТ.
Одне обмеження цього протоколу полягає в тому, що температура повітря, яка використовується при впливі на обстежуваних як гарячого, так і холодного подразника, є однаковою для кожного суб’єкта. Це обмеження, оскільки температура, при якій кожен предмет відчуває тепло або охолодження, може бути різною. Отже, виконавши тест-сесію, під час якої температуру повітря регулюють відповідно до реакції людини, а потім використовуючи ці температури в протоколах термо- та холодової активації, можливо, можна отримати кращу реакцію коричневої жирової тканини.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.
Протокол
1. Загальні проблеми МРТ щодо безпеки та зображення
- Як головне магнітне поле в апаратах для МРТ, завжди слід подбати про безпеку пацієнта та всіх, хто працює в зоні МРТ. Вимкніть усі магнітні об'єкти, що знаходяться на об'єкті та на будь-якій людині, що знаходиться в районі.
- Запитуйте теми на етапі набору, якщо в їхньому тілі немає металу 43. Крім того, суб'єкт повинен пройти процес магнітного екранування 44, щоб гарантувати, що кожен метал в організмі схвалений для проведення МРТ. Цей первинний огляд може допомогти виключити можливість згоди на тему, яка може провести МРТ-сканування.
- Крім того, якщо в тілі випробуваного є який-небудь метал, сумісний з МР, переконайтеся, що цей метал не знаходиться поблизу тканини, що представляє інтерес. Це пов’язано з тим, що метал створює артефакти, що спотворюють зображення, що робить аналіз складним, а то й неможливим.
2. Отримання згоди після інформування
- Зустріньтесь з випробуваним, щоб отримати письмову інформовану згоду. На цій зустрічі висвітліть усі деталі дослідження, наприклад: кількість відвідувань, час, витрачений на відвідування, які вимоги є для переміщення предмета з точки зору обмежень та/або харчування, що є предметом та чого не слід робити під час відвідування (як сон) та всі інші особливі функції. Використовуйте цей сеанс для планування відвідувань для сканування, оскільки зазвичай легше планувати їх особисто, а не кілька електронних листів.
3. Процедура перед візитом
- Примітки до предмета
- За 24 години до прибуття на дослідження попросіть обстежуваного утримуватися від алкоголю, кофеїну, ліків або будь-яких важких фізичних вправ чи активності.
- Призначте предмет швидко і уникайте споживання калорій протягом 8 годин до прибуття на іспит. Випробовуваним дозволяється пити воду.
- Зв’язок з волонтером
- Нагадуйте волонтеру про вказівки за день до початку їх цілодобової підготовки. Це одночасно нагадує про сканування, а також допомагає переконатись, що суб’єкт пам’ятає свої обмеження (тобто, не їсти, не робити вправи, не вживати алкоголю тощо).
4. Процедура навчального дня - для МРТ
5. Процедура навчального дня - для ПЕТ-КТ
- Збережіть реальні та уявні МР-зображення для офлайн-обробки. Сигнал, виміряний за допомогою МРТ, являє собою векторну величину як у розмірі, так і в напрямку, яку можна представити у вигляді комплексного числа з дійсними та уявними частинами. У клінічних умовах зазвичай відображається кількість зображень. Однак для обробки потрібна складна інформація на зображеннях жиру та води.
- Виконайте тривимірне розділення води/жиру та оцінку R 2 * на основі багатомасштабного алгоритму 45 оптимізації кадру, реалізованого в C ++ для окремих стеків шарів. Жир моделюється з 9 підказок до> 46.
- Відкиньте перше відлуння кожного 4-лунного поїзда, щоб уникнути забруднення вихрового струму в складній водно-жировій моделі сигналу.
- Завантажте дані CT DICOM у MATLAB та перетворіть їх у одиниці Hounsfield (HU), використовуючи надане сканером значення масштабування на значення даних.
- Завантажте дані PET DICOM у MATLAB і перетворіть їх у стандартизовані значення поглинання (SUV) за такою формулою:
де "значення пікселя" - це значення, що зберігається у файлі DICOM для цього розташування пікселя.
ПРИМІТКА: Діяльність ПЕТ-індикатора - це загальна доза радіонукліду, і його можна прочитати з метаданих зображення (файл заголовка DICOM).
.jpg "/> - Інтерполюйте дані ПЕТ, щоб мати ті самі розміри, що й дані КТ.
- Оскільки зображення ПЕТ та КТ, отримані з однаковою товщиною зрізу, виконують інтерполяцію за допомогою двовимірної сплайн-функції в площині XY.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.
Репрезентативні результати
Отримання як МРТ, так і ПЕТ-КТ з одного і того ж предмету, та проведення спільної реєстрації всіх сканувань дозволяє надійно вимірювати кількісні показники МРТ БАТ. ілюстрація 1 показує необроблені теплі (TN) та холодні (CA) ПЕТ-КТ та МРТ-дослідження. Отримавши дані TN і CA PET-CT, можна чітко розрізнити депозити НДТ, що активуються холодом, за збільшеного поглинання 18 F-FDG. Після спільної реєстрації всіх чотирьох зразків (Малюнок 2 і 3), можна генерувати специфічну маску BAT за допомогою критеріїв, отриманих із зображень PET-CT, як у Малюнок 4 бачити. Потім цю маску можна застосувати до чотирьох спільно зареєстрованих сканів для отримання метрик зображень у складах BVT. Репрезентативні цінності теми в Таблиця 1 показано.
| Метод візуалізації | Значення: |
| Середнє значення ± 95% ДІ | |
| Термо КТ [HU] | -68,62 ± 9,35 |
| Активна холодна КТ [HU] | -55,04 ± 7,72 |
| Термо ПЕТ [позашляховик] | 0,52 ± 0,05 |
| Активний холодний ПЕТ [позашляховик] | 7,15 ± 1,16 |
| Термо FSF [%] | 41,62 ± 5,04 |
| Активний холодний FSF [%] | 47,76 ± 5,15 |
| Thermo R2 * [1/с] | 128,22 ± 19,48 |
| Активний холод R2 * [1/с] | 101,27 ± 24,92 |
Таблиця 1 Числові значення (середній довірчий інтервал 95%) від двох активованих холодом та термосканувань об'єкта.
| параметр | рекомендація | |||
| загальний | Тип послідовності | Multi-Echo Fast Field Echo (MFFE) | ||
| Котушка радіочастотного передавача | Квадратне тіло | |||
| Приймальна котушка | Тулуб SENSE-XL | |||
| Загальна тривалість обстеження (хв: с) | 00.25 (на настільну станцію) | |||
| геометрія | Мульти-надсилання | Так | ||
| Анатомічна площина | Хрест | |||
| Кількість скибочок | 20-го | |||
| Товщина шару (мм) | 7.5 | |||
| Міжшарова відстань (мм) | 0 | |||
| Придбана матриця | 260 х 204 | |||
| Матриця реконструкції | 288 | |||
| Поле зору (мм) | 520 х 408 | |||
| Відновлений розмір вокселя (мм) | 1,81 х 1,82 х 7,5 | |||
| ЧУВСТВО | Так | |||
| Зниження P (AP) | 3 | |||
| Порядок сканування диска | Підйом | |||
| Перекидання в напрямку | Вперед назад- | |||
| Напрямок перемикання жиру | Ліворуч | |||
| контраст | Режим сканування | Багатошарова- | ||
| Повторення (мс) | 83 | |||
| Відлуння | 4-й | |||
| Змінна MFFE | Так | |||
| Переміжене число | 2 | |||
| Час відлуння (перший) (мс) | 1,023 | |||
| Інтервал часу відлуння (мс) | 1,559 | |||
| Ефективний час вкладеного відлуння (мс) | 0,7793 | |||
| Кут перекидання збудження (°) | 12-й | |||
| ВЧ-прокладка | Адаптивний | |||
| Придбання сигналу | Паралельне зображення | ЧУТЛІВНИЙ коефіцієнт = 3 | ||
| Частковий Фур'є- | Жоден | |||
| Пропускна здатність/піксель (Гц/піксель) | 1346.1 | |||
Таблиця 2. Параметри, що використовуються для отримання МРТ жирної води (FWMRI).
| параметр | рекомендація |
| Режим придбання | Гвинтові |
| Діаметр збору даних (мм) | 500 |
| Діаметр реконструкції (мм) | 700 |
| Час витримки (секунди) | 873 |
| Ядро згортки | за замовчуванням |
| Час обертання (сек) | 0,8 |
| Одинарна колімаційна ширина (мм) | 1,25 |
| Коефіцієнт кроку спіралі | 1,675 |
| Поле зору - КТ | 512 x 512 |
| Поле зору - ПЕТ | 128 х 128 |
| Товщина шару (мм) | 3.75 |
| Відновлений розмір вокселя (мм) - КТ | 1,37 x 1,37 x 3,75 |
| Відновлений розмір вокселя (мм) - ПЕТ | 5,47 х 5,47 х 3,75 |
| Загальна кількість скибочок | 299-335 |
Таблиця 3. Параметри, що використовуються для візуалізації ПЕТ-КТ.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.
Обговорення
Одним з недоліків цього дослідницького протоколу є «універсальний» підхід як до нагрівання, так і до охолодження відсіків. У майбутній роботі було б корисно використовувати більш індивідуалізований підхід для максимізації термогенезу, що не охолоджує, і, отже, максимізації активації НДТ для кожного суб'єкта. Крім того, зігрівання суб'єкта в термостаті може отримати користь від використання індивідуалізованої температури для забезпечення того, щоб НДТ більше не знаходився в активному стані. Перевага використання індивідуальних протоколів охолодження наголошується в недавній публікації Ван дер Ланса та співавт. 52, і є серйозною потенційною зміною для вдосконалення цього протоколу. Крім того, у цьому протоколі відсутнє те, що у жінок-добровольців не було спроб визначити стан менструального циклу. Це можна легко виправити для подальших досліджень.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.