Le tecniche di imaging che riflettono il turnover dinamico osseo possono aiutare a caratterizzare un’ampia gamma di patologie ossee. Presentiamo metodologie dettagliate per l’esecuzione e l’analisi di dati dinamici [18F]-NaF-PET-MRI in un paziente con lombalgia tonogenica utilizzando le articolazioni sfaccettate lombare come regione prototipo di interesse.
Le tecniche di imaging che riflettono il turnover dinamico osseo possono aiutare a caratterizzare un’ampia gamma di patologie ossee. L’osso è un tessuto dinamico sottoposto a continuo rimodellamento con l’attività concorrente degli osteoblasti, che producono la nuova matrice ossea, e gli osteoclasti, la cui funzione è quella di eliminare l’osso mineralizzato. [18F]-NaF è un radiotracer a emissione di positroni (PET) che consente la visualizzazione del metabolismo osseo. [18F]-NaF viene assorbito chimicamente nell’idrossiapatite nella matrice ossea dagli osteoblasti e può quindi rilevare in modo non invasivo l’attività osteoblastica, che è occulta alle tecniche di imaging convenzionali. La modellazione cinetica dei dati dinamici [18F]-NaF-PET fornisce misure quantitative dettagliate del metabolismo osseo. I dati PET semi-quantitativi convenzionali, che utilizzano valori di assorbimento standardizzati (SUV) come misura dell’attività del radiotracciante, sono indicati come una tecnica statica a causa della sua istantanea dell’assorbimento del tracciante nel tempo. La modellazione cinetica, tuttavia, utilizza dati di immagine dinamici in cui i livelli di tracciante vengono continuamente acquisiti fornendo una risoluzione temporale di acquisizione tracciante. Dalla modellazione cinetica dei dati dinamici, è possibile estrarre valori quantitativi come il flusso sanguigno e il tasso metabolico (cioè metriche potenzialmente informative delle dinamiche traccianti), il tutto rispetto all’attività misurata nei dati immagine. In combinazione con la DOPPIA modalità PET-MRI, i dati cinetici specifici della regione possono essere correlati con informazioni strutturali e patologiche ad alta risoluzione registrate anatomicamente offerte dalla risonanza magnetica. L’obiettivo di questo manoscritto metodologico è quello di delineare tecniche dettagliate per l’esecuzione e l’analisi dei dati dinamici[18F]-NaF-PET-MRI. L’articolazione sfaccettata lombare è un sito comune di malattia degenerativa dell’artrite e una causa comune per il mal di schiena assiale. Studi recenti suggeriscono che [18F]-NaF-PET può servire come biomarcatore utile della dolorosa malattia facetogenica. L’articolazione della sfaccettatura lombare umana sarà quindi utilizzata come regione prototipo di interesse per l’analisi dinamica[18F]-NaF-PET-MRI in questo manoscritto.
Le tecniche di imaging clinico standard della patologia ossea sono principalmente limitate alla caratterizzazione dei cambiamenti strutturali, che possono essere non specifici. Ad esempio, anomalie morfologiche asintomatiche legate al normale invecchiamento possono essere indistinguibili dalle alterazioni degenerative che sono responsabili di forti dolori e disabilità1. L’osso è un tessuto dinamico sottoposto a continuo rimodellamento con l’attività concorrente degli osteoblasti, che producono la nuova matrice ossea, e gli osteoclasti, la cui funzione è quella di eliminare l’osso mineralizzato2. [18F]-NaF è un radiotracciatore a emissione di positroni (PET) che consente la visualizzazione del metabolismo dei tessuti ossei. [18F]-NaF viene assorbito chimicamente nell’idrossiapatite nella matrice ossea dagli osteoblasti e può quindi rilevare in modo non invasivo l’attività osteoblastica, rilevando così un processo metabolico occulto alle tecniche di imaging convenzionali. Di conseguenza, [18F]-NaF è stato utilizzato per caratterizzare la patologia ossea in un numero crescente di disturbi ossei tra cui neoplasmi, malattie infiammatorie e degenerative dell’osso e delle articolazioni3,4,5 .
I dati PET sono più comunemente analizzati in modo semi-quantitativo, che può essere facilmente eseguito nella pratica clinica di routine con valori di assorbimento standardizzati (SUV). Come metrica, i SUV sono utili ai medici in quanto rappresentano l’assorbimento dei tessuti rispetto al resto del corpo6. I valori delle scansioni successive possono essere utilizzati per osservare cambiamenti nell’assorbimento a seguito del trattamento o della progressione della malattia. La natura numerica dei SUV aiuta anche a confrontare tra i pazienti e tra scansioni successive nello stesso paziente. L’algoritmo utilizzato per calcolare i SUV, Equation 1, presuppone che il tracciante sia equamente distribuito in tutto il corpo e che la massa magra del corpo rappresenti accuratamente l’intero volume del corpo. Di conseguenza, i SUV sono una misura semi-quantitativa. Per una determinata regione di interesse (ROI), SUVmax (il valore massimo di SUV all’interno di un ROI) e lamedia SUV (la media di tutti i SUV campionati all’interno di un ROI) sono comunemente utilizzati metriche SUV nella pratica clinica6.
La modellazione cinetica dei dati PET dinamici può essere eseguita anche per un’analisi quantitativa più dettagliata. Mentre l’acquisizione dei dati SUV è statica, la modellazione cinetica utilizza dati di immagine dinamici in cui i livelli di tracciante vengono continuamente acquisiti fornendo una dimensione temporale. Dalla modellazione cinetica più complessa dei dati dinamici, i valori quantitativi e le metriche informative delle dinamiche di tracciamento possono essere estratti rispetto all’attività misurata nei dati immagine. Un modello di compartimento a due tessuti di esempio impiegato per la modellazione cinetica dinamica è illustrato nella figura 17. Cp è la concentrazione di tracciante nel plasma sanguigno, mentre Ce t rappresentano la concentrazione nello spazio interstiziale non legato e nel tracciante legato rispettivamente nella matrice ossea bersaglio. K1, k2, k3, k4sono 4 parametri di velocità che descrivono il modello cinetico per il lavaggio e l’attacco tracciativi. K1 descrive il tracciante prelevato dal plasma arterioso nello spazio interstiziale (Ct), k2 descrive la frazione di tracciante che si diffonde dallo spazio interstiziale al plasma k3 descrive il tracciante che si sposta da interstiziale (Ce) spazio all’osso (Ct) e k4 descrive il tracciante che si sposta dall’osso (Ct) allo spazio interstiziale (Ce).
Figura 1 . Un modello di scomparto a due tessuti campione per la modellazione cinetica dinamica. Cp è la concentrazione del tracciante nel compartimento del plasma sanguigno,la concentrazione di tracciari libera e non specificamente legata nel tessuto e la concentrazione del tracciante Ct specificamente legata nel tessuto. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Il modello cinetico Patlak produce Ki_Patlak come misura del tasso di afflusso del radiotracer (mL/ccm/min, cm cubico e ccm) dalla pozza sanguigna alla matrice ossea. Il tasso di afflusso tracciante dalla pozza sanguigna alla matrice ossea può quindi essere calcolato utilizzando l’equazione 2 e l’equazione 3 per Ki_Patlak e Ki_NonLinear rispettivamente. Ki_Patlak e Ki_NonLinear sono le velocità con cui [18F]-NaF lascia la pozza di sangue arterioso e si lega in modo irreversibile a una matrice ossea del sito secondario, utilizzando rispettivamente i due modelli. Una differenza tra il modello cinetico Patlak e quello non lineare consiste nell’utilizzo dei dati dinamici. Il modello Patlak richiede che l’equilibrio sia raggiunto e quindi calcola il tasso di afflusso dalla pendenza lineare stabilita. Il modello cinetico Patlak produce velocità di afflusso Ki_Patlak, utilizzando un tempo di 24 minuti per l’equilibrato del pool di plasma, Cp, alla piscina non associata, Cu. Il tempo di 24 minuti può cambiare a seconda del tempo trovato per tutti i siti secondari per raggiungere con il pool di plasma nel campione. Il modello non lineare più rigoroso dal punto di vista computazionale utilizza l’intero dato temporale per adattarsi a una curva.
L’obiettivo di questo manoscritto metodologico è quello di delineare tecniche dettagliate per l’esecuzione dinamica [18F]-NaF-PET-MRI. L’articolazione sfaccettata lombare è un sito comune di malattia degenerativa dell’artrite e una causa comune per il mal di schiena assiale8. Studi recenti suggeriscono che [18F]-NaF-PET-MRI può servire come biomarcatore utile della malattia facetogenica dolorosa9. Le articolazioni della sfaccettatura lombare umana di un singolo paziente con mal di schiena facetogenico saranno quindi analizzate come un ROI prototipo per l’analisi dinamica [18F]-NaF-PET-MRI.
In questo manoscritto metodologico, abbiamo fornito informazioni sulla potenziale utilità della dinamica [18F]-NaF-PET-MRI per la valutazione di una vasta gamma di patologie ossee e abbiamo delineato le tecniche per l’immagine dinamica[18F]-NaF-PET-MRI l’acquisizione e l’analisi utilizzando le articolazioni sfaccettate lombare umane come regioni prototipiche di interesse. La doppia modalità PET-MRI consente l’acquisizione di dati PET dinamici in un periodo di tempo simile a quello richiesto solo p…
The authors have nothing to disclose.
Il sostegno alla ricerca è stato fornito da NIH P50AR060752 e GE Healthcare. Vorremmo riconoscere il sostegno di Vahid Ravanfar.
Gadolinium Contrast agent (Gadovist) | Bayer | na | 1.0mmol/ml solution for IV injection. |
[18F]-NaF Radiotracer | na | na | 2.96 MBq/kg |
GE Signa PET-MRI Scanner | General Electric | na | 3.0Tesla 60cm Bore PET-MRI scanner |
PMOD Kinetic Modeling Software | PMOD Technologies, LLC | na | Version 3.8 |