मुक्त, खुला स्रोत सॉफ्टवेयर का उपयोग कर, हम एक विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण विकसित किया है कुल और क्षेत्रीय ब्राउन वसा ऊतक (बैट) की मात्रा और बल्ले की चयापचय गतिविधि का उपयोग कर 18एफ FDG पीईटी/
ऊष्माशोषी जानवरों में, ब्राउन वसा ऊतक (बैट) ठंड के जवाब में शरीर के तापमान की रक्षा के लिए गर्मी का उत्पादन करने के लिए सक्रिय है । है बैट ऊर्जा व्यय करने की क्षमता यह उपंयास उपचारों के लिए एक संभावित लक्ष्य के लिए मोटापा और जुड़े मनुष्यों में चयापचय विकारों सुधार किया है । हालांकि इस ऊतक अच्छी तरह से छोटे जानवरों में अध्ययन किया गया है, चमगादड़ मानव में thermogenic क्षमता काफी हद तक इसकी मात्रा, गतिविधि, और वितरण को मापने की कठिनाइयों के कारण अज्ञात रहता है । सक्रिय मानव बैट की पहचान और मात्रा का निर्धारण सामान्यतः 18एफ-फ्लोरोडिऑक्सीग्लूकोज (18एफ-एफडीजी) पोजीट्रान उत्सर्जन टोमोग्राफी और कम्प्यूट टोमोग्राफी (पीईटी/सीटी) स्कैन के बाद कोल्ड-एक्सपोजर या औषधीय सक्रियण के उपयोग से किया जाता है । यहाँ हम एक विस्तृत छवि विश्लेषण दृष्टिकोण का वर्णन करने के लिए कुल-शरीर मानव बल्ले से 18एफ FDG पीईटी/सीटी स्कैन एक मुक्त स्रोत सॉफ्टवेयर का उपयोग कर. हम आम गैर बल्ले ऊतकों से परहेज करते हुए, बल्ले की मात्रा और गतिविधि को मापने के लिए, और आगे अपनी संरचनात्मक वितरण की विशेषता करने के लिए metabolically सक्रिय वसा ऊतक की पहचान करने के लिए ब्याज के उपयोगकर्ता-निर्दिष्ट क्षेत्रों की ड्राइंग का प्रदर्शन. हालांकि इस कठोर दृष्टिकोण समय लेने वाला है, हमारा मानना है कि यह अंततः एक नींव भविष्य स्वचालित बैट परिमाणन एल्गोरिदम विकसित करने के लिए प्रदान करेगा ।
दुनिया भर में मोटापे की बढ़ती व्यापकता1 उपंयास चिकित्सा विज्ञान में एक जांच करने को रोकने और मोटापा और उसके जुड़े जटिलताओं को सुधारने के लिए प्रेरित किया है । मोटापा भाग में अतिरिक्त ऊर्जा सफेद वसा ऊतक (वाट) में संग्रहीत करने के लिए ट्राइग्लिसराइड्स2के रूप में कारण है । ब्राउन वसा ऊतक (बैट) सबसे विशेष रूप से अपने उच्च mitochondrial सामग्री के कारण वाट से अलग है, छोटे और बहुकोष् ठकी लिपिड बूंदों, अलग संरचनात्मक वितरण, अधिक सहानुभूति innervation, और गर्मी पैदा करने की क्षमता । हालांकि बल्ला एक बार केवल छोटे स्तनधारियों और नवजात शिशुओं में मौजूद सोचा था, कार्यात्मक बल्ले की उपस्थिति २००९3,4,5में वयस्क मनुष्यों में पुष्टि की थी । मानव बल्ले की thermogenic क्षमता अभी तक नहीं जाना जाता है, लेकिन छोटे जानवरों में व्यापक अध्ययन से पता चला है कि गैर-शिवरिंग thermogenic ठंड के दौरान अपने चयापचय का ६०% तक का गठन कर सकते है जोखिम6। नतीजतन, मानव बल्ले अब मोटापा और संबंधित विकारों के उपचार और रोकथाम के लिए एक लक्ष्य के रूप में पता लगाया जा रहा है7. कई नैदानिक अध्ययनों से पता चला है कि चमगादड़ thermogenesis हल्के ठंड जोखिम8,9,10द्वारा सक्रियण पर वृद्धि ग्लूकोज और ऊर्जा व्यय के साथ संबद्ध है । फिर भी, बल्ले है ठंड प्रेरित thermogenesis के लिए योगदान विवादास्पद11,12,13,14, बहुत कैसे मानव चमगादड़15यों तो के आसपास केंद्रित बहस के साथ रहता है । बेहतर अगर बैट thermogenesis मोटापे से निपटने के लिए दोहन किया जा सकता है समझने के लिए, यह अपनी मात्रा और चयापचय गतिविधि का एक सटीक माप के लिए महत्वपूर्ण है ।
बल्ले की सटीक माप प्राप्त करना मनुष्यों में बल्ले के अनूठे संरचनात्मक वितरण के कारण चुनौतीपूर्ण होता है । बैट गर्दन, छाती में सफेद वसा डिपो के भीतर वितरित किया जाता है, और साइटों में पेट कि सीधी बायोप्सी14के लिए दुर्गम हैं । ऑटोप्सी का प्रयोग शारीरिक रूप से बल्ले की विशेषता केलिए किया गया है, लेकिन अधिकांश शोध प्रयोगशालाओं के लिए अव्यवहार्य हैं जो बड़े अध्ययन कर रहे हैं और अनुदैर्ध्य या कार्यात्मक जानकारी प्रदान नहीं कर सकते हैं । चूंकि बैट वाट के लिए एक समान घनत्व है और संकीर्ण fascial परतों में हो सकता है या छोटे जेब में16वाट के साथ interspersed, यह एक एकल, पारंपरिक इमेजिंग तकनीक का उपयोग कर की पहचान करने के लिए मुश्किल है । इस विविधता भी बल्ले का स्वत: परिमाणन अधिक कठिन समरूप संरचनाओं के परिमाणन की तुलना में ऐसे जिगर17के रूप में बनाता है ।
इन चुनौतियों को दूर करने के लिए, बल्ले की मात्रा और गतिविधि का अभिकलन टोमोग्राफी (सीटी) और पॉजिट्रान उत्सर्जन टोमोग्राफी (पीईटी) द्वारा सामान्यतः मात्रा निर्धारित किया जाता है । रेडियोलाबेलेड ग्लूकोज एनालॉग 18f-Fluourodeoxyglucose (18एफ-fdg) सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया अनुरेखक बल्ले चयापचय गतिविधि18अध्ययन करने के लिए है । वसा ऊतक अन्य ऊतक और हवा Hounsfield इकाइयों (हू) में सीटी छवि द्वारा प्रदान की घनत्व जानकारी के आधार पर अलग किया जा सकता है । पीईटी छवियां मानकीकृत तेज मूल्यों (एसयूवी) की इकाइयों में ऊतक की एक मात्रा में लिया 18एफ fdg की राशि दिखाओ । सक्रिय बैट को संगत सीटी स्कैन के साथ पालतू छवियों को सह-पंजीकृत करके और एक उपयुक्त एसयूवी दहलीज का चयन करके, वाट और निष्क्रिय बल्ले सहित तुच्छ अनुरेखक के साथ ऊतक से अलग किया जा सकता है ।
इस पत्र के माध्यम से, हम एक अनुदेशात्मक वीडियो है कि नैदानिक शोधकर्ताओं द्वारा इस्तेमाल किया जा सकता है 18एफ fdg पीईटी/सीटी स्कैन का उपयोग कर मानव बल्ले यों तो के साथ एक कदम दर कदम दृष्टिकोण प्रदान करने का लक्ष्य है । इस छवि विश्लेषण तकनीक आदर्श के बाद प्रयोग किया जाता है (s) ठंडा करने के लिए या औषधीय बल्ले उत्तेजक के साथ इलाज के लिए संपर्क किया गया है । विशेष रूप से, हम कैसे ब्याज के क्षेत्रों का निर्माण करने के लिए पर उपयोगकर्ताओं को प्रदर्शित (rois), जबकि एक विशेष प्लग के साथ एक मुक्त, खुला स्रोत छवि प्रसंस्करण सॉफ्टवेयर (imagej) का उपयोग कर झूठी सकारात्मक ंयूनतम (petctviewer.org) । इस दृष्टिकोण के परिणाम के लिए बैट की मात्रा, गतिविधि (ग्लूकोज ऊपर उठाना), और व्यक्तिगत अध्ययन विषयों में शारीरिक वितरण का अध्ययन किया जा सकता है ।
वयस्क मनुष्यों में कार्यात्मक बल्ले की पुष्टि के बाद से, मानव शरीर विज्ञान में बल्लेबाजी की भूमिका को समझने में काफी रुचि रही है । हालांकि, क्योंकि यह thermogenic ऊतक अक्सर संकीर्ण fascial विमानों में पाया जाता है, सफेद वसा के भीतर interspersed, और आसपास के अन्य अंगों, यह मात्रा निर्धारित करने के लिए चुनौतीपूर्ण है. २०१६ में, एक अंतर्राष्ट्रीय बैट विशेषज्ञ पैनल द्वारा एक आम सहमति दस्तावेज प्रकाशित किया गया था जिसमें प्रासंगिक प्रतिभागी विशेषताओं, विषय तैयारी के लिए मानदंड और पीईटी/सीटी इमेजेज प्राप्त करने केलिए एक प्रोटोकॉल की रिपोर्ट करने के लिए सिफारिशें की गई थीं । इस पैनल ने बैट परिमाणन के लिए पीईटी/सीटी के प्रसंस्करण में और अधिक निरंतरता की आवश्यकता की भी पहचान की है, यह देखते हुए कि बैट की पहचान करने के तरीके व्यापक रूप से भिन्न हैं और अधिकांश मामलों में, बैट परिमाणन प्रक्रिया का केवल सीमित विस्तार ही प्रदान किया जाता है । नतीजतन, जबकि अध्ययन के भीतर की रिपोर्ट reproducibility उच्च22,23,24, सराहनीय अलग बल्ले की मात्रा और गतिविधि अलग परिमाणन तरीकों का उपयोग कर समूहों द्वारा सूचित किया गया है, यहां तक कि जब प्रतिभागियों को समान आयु, लिंग, और बीएमआई25,26के हैं । इन विसंगतियों निष्कर्षों मुश्किल तुलना करते हैं, और वयस्क मानव15में बल्ले की राशि पर एक विवाद के लिए नेतृत्व किया है ।
पीईटी/सीटी छवि प्रसंस्करण की एक अंतर्निहित सीमा है कि पालतू और सीटी दोनों मानदंडों को पूरा voxels के शामिल है, लेकिन संरचनात्मक स्थानों है कि बल्ले के अलावा अंय संरचनाओं के अनुरूप में हैं । पीईटी और सीटी छवियों का सही सह पंजीकरण लगभग स्कैन के दौरान संकल्प और विषय गति में मतभेद के कारण असंभव है । एक परिणाम के रूप में, हवा या हड्डी और उच्च अनुरेखक के क्षेत्रों से सटे संरचनाओं अक्सर गलत रूप से सक्रिय बल्ले के रूप में पहचान कर रहे हैं । झूठी सकारात्मक voxels के शामिल किए जाने को सीमित करने के लिए, एक पालतू और सीटी मापदंड केवल ROIs है कि उपयोगकर्ताओं के निर्माण के भीतर लागू करना चाहिए । लेकिन वर्तमान दृष्टिकोण उपयोगकर्ता के साथ बल्लेबाजी यों तो करने के लिए निर्दिष्ट रोइस या स्वचालित विश्लेषण उपयोगकर्ता की भागीदारी और वे आवश्यकता ज्ञान की राशि में अलग है । हमें पता चला है कि एक एकल, दो आयामी उपयोगकर्ता परिभाषित कोरोनल रॉय छवियों के पूरे ढेर पर लागू का उपयोग कर अधिक झूठी सकारात्मक क्षेत्रों19सहित करने के लिए प्रवण हो सकता है । कई समूहों स्वचालित तरीके से अधिक उपयोगकर्ता इनपुट के बिना तेजी से बड़े डेटासेट प्रसंस्करण करने में सक्षम हैं कि बल्ले मात्रा निर्धारित करने के लिए विकसित किया है. हालांकि, इन विधियों या तो सभी संभावित बल्ले से युक्त क्षेत्रों को शामिल करने में विफल, विशेष रूप से कम27शरीर में, या झूठी सकारात्मक28 और झूठी नकारात्मक26के अपेक्षाकृत उच्च दरों झेलना । के बाद से मानव बल्ले की मात्रा आम तौर पर कम है (< 600 मिलीलीटर, या < कुल शरीर द्रव्यमान का 2%), परिमाणन में छोटे निरपेक्ष त्रुटियों के बड़े रिश्तेदार मतभेदों को जंम दे सकता है ।
अधिक कठोर प्रत्येक अक्षीय पीईटी-सीटी स्लाइस पर rois ड्राइंग के इस अध्ययन से वर्णित दृष्टिकोण संकीर्ण fascial परतों में बल्ले का पता लगाने की अनुमति देता है, जबकि अधिक विश्वास है कि झूठी सकारात्मक बाहर कर दिया गया है प्रदान करते हैं । यह एक इंडिवीडियल में एक विस्तृत मात्रा की पैदावार, बजाय बल्ले की उपस्थिति या29अनुपस्थिति का एक द्विआधारी आकलन से । इसलिए, यह छोटे नमूने के लिए बल्ले शरीर विज्ञान और/या हस्तक्षेप से प्रभाव का अध्ययन करने के लिए इरादा में नियंत्रित प्रयोगों के लिए और अधिक उपयुक्त हो सकता है । इसके अलावा, क्षेत्र विशिष्ट बैट डिपो को परिभाषित करने की क्षमता है बल्लेबाजी कार्यात्मक प्रासंगिकता और विकासात्मक मूल में और अधिक अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं । हमारा मानना है कि इन मात्रात्मक उपायों न केवल क्षेत्र भर में तुलना के लिए महत्वपूर्ण हैं, लेकिन यह भी बेहतर ऊर्जा चयापचय और वयस्क मनुष्यों में थर्मोरेग्युलेशन के लिए बल्ले के योगदान का अनुमान है ।
बल्ले के कई संरचनात्मक विशेषताएं झूठी सकारात्मक voxels के हमारे विधि सीमा शामिल किए जाने के उपयोगकर्ताओं को मदद मिलेगी । बल्ले आमतौर पर सतत और सममित fascial परतों में पाया जाता है । इस प्रकार, जबकि ड्राइंग और एक रॉय को परिष्कृत, निरंतरता और चयनित वसा ऊतक के समरूपता के लिए बेहतर और अवर अक्षीय स्लाइस की जांच में मदद कर सकते है उपयोगकर्ताओं को वसा ऊतक के शामिल होने को अधिकतम जबकि कंकाल की मांसपेशी, हड्डी का समावेश ंयूनतम, और अंय स्पष्ट गैर बल्ले संरचनाओं । सक्रिय बैट भी शायद ही कभी चमड़े के नीचे वसा डिपो में मौजूद है, तो हम उपयोगकर्ताओं को सलाह इन क्षेत्रों से बचने के लिए जब रोइस का निर्माण । के रूप में प्रोटोकॉल में वर्णित है, बल्ले कई अलग संरचनात्मक क्षेत्रों में वितरित किया जाता है, गर्भाशय ग्रीवा, dorsocervical, सुपर्वाकुलर, कक्षीय, mediastinal, परापिनल, और उदर डिपो सहित । इन डिपुओं को इस प्रकार वितरित किया जाता है कि एक अक्षीय स्लाइस में कई डिपुओं से अधिक बैट हो सकते हैं । उदाहरण के लिए, वक्ष क्षेत्र में एक अक्षीय स्लाइस mediastinal डिपो से बल्ले को नियंत्रित कर सकते है (समीपस् थ और कीमोथैरेपी), paraspinal डिपो (समीपवर्ती और पीछे रीढ़ के साथ), और कक्षीय डिपो (पार्श्व और मध्य-antero-पीछे की रेखा के पास) । इन डिपो का ज्ञान उपयोगकर्ताओं को शरीर के विभिंन क्षेत्रों में रोइस बनाने में मदद कर सकते हैं, क्योंकि वे पूर्व में घटित-वर्णित स्थानों में बड़े पैमाने पर सटे हुए हैं, जैसा कि हमारे प्रोटोकॉल में वर्णित है । हालांकि, क्योंकि हम उपयोगकर्ताओं को केवल एक ROI प्रति स्लाइस आकर्षित करने के लिए रॉय ओवरलैप से बचने के लिए प्रोत्साहित करते हैं, एक बल्ला मुखौटा पैदा करने के अतिरिक्त कदम और सात्तल ROIs ड्राइंग अलग करने के लिए आवश्यक है पहले से पहचान की बल्ले voxels विशिष्ट क्षेत्रीय डिपो में यदि बैट वितरण की सूचना वांछित है, यानी, mediastinal, पैरापीनल, और कक्षीय बल्ले को अलग करने के लिए एक ही axial रॉय में पाया के आधार पर डिपो में sagital स्थान (चित्रा 3) ।
पीईटी/सीटी दर्शक सॉफ्टवेयर भी बल्ले के अलावा अन्य ऊतकों की गतिविधि को निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, उदाहरण के लिए कांप कंकाल मांसपेशी, जो भी प्रमुख एक भूमिका ठंड प्रेरित thermogenesis निभाता है19, या मस्तिष्क या जिगर के विभिन्न क्षेत्रों है कि पीईटी/सीटी एनालिसिस के लिए संदर्भ ऊतकों के रूप में सुझाए गए21। हालांकि, इन ऊतकों घनत्व और संरचनात्मक वितरण कि बल्ले से अलग है और हमारे वर्तमान प्रोटोकॉल के ध्यान से बाहर हैं । हम21इन विषयों पर अधिक से अधिक विस्तार के लिए आम सहमति दस्तावेज के लिए पाठकों को निर्देशित । अंत में, हम सभी उपयोगकर्ताओं की सलाह लगातार ImageJ अद्यतन और प्लग के लिए यात्रा petctviewer.org में अद्यतन और सॉफ्टवेयर सहायता ।
हालांकि हम मानते है कि इस कठोर विधि स्वचालित तरीके26,28 और विधियों कि एक सरलीकृत, एकल रॉय का उपयोग करने के लिए कुल बल्ले खंड9,30का अनुमान से अधिक सटीक है, यह सीमाओं के बिना नहीं है । वहां गैर के लिए कोई आदर्श विधि है मानव में आक्रामक मात्रा यों तो, और 18एफ fdg केवल ग्लूकोज uptake, जो ग्लूकोज चयापचय11के रूप में ही नहीं है का प्रतिनिधित्व करता है । हालांकि, भले ही अन्य रेडियोधर्मी tracers इस्तेमाल किया गया है31,३२,३३, 18एफ fdg मानव बल्ले का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल सबसे प्रमुख अनुरेखक है. इस प्रकार, मानकीकृत तरीकों के विकास के लिए 18एफ FDG पीईटी/सीटी छवियों का विश्लेषण करने के लिए निकट भविष्य के लिए मानव बल्ले शरीर विज्ञान के अध्ययन में impactful जारी रहेगा ।
विधि हम प्रस्ताव, प्रत्येक बल्ले-अक्षीय टुकड़ा युक्त पर एक रॉय बनाने जबकि आम समस्या क्षेत्रों से परहेज है, गहन श्रम है और उपयोगकर्ता की आवश्यकता अंतर्निहित शरीर रचना विज्ञान के कुछ ज्ञान है । यह भी संभव है कि कठोर आरओआई चयन गलत नकारात्मकता का परिचय दे, क्योंकि कुछ बैट-युक्त डिपो से बचा जा सकता है । संगलित पीईटी/CT छवि के हर अक्षीय स्लाइस पर ड्राइंग रोइस के लिए अनुमति देता है वसा ऊतक और पड़ोसी metabolically सक्रिय ऊतकों और/या फैल और आंशिक मात्रा प्रभाव३४से प्रभावित क्षेत्रों के बीच सावधान भेदभाव के लिए । हालांकि, समय यह एक एकल स्कैन का विश्लेषण पूरा करने के लिए लेता है तीन से आठ घंटे के अभ्यास और अनुभव के साथ समय सीमा छोटा करने की संभावना के साथ, रेंज कर सकते हैं । विभिन्न मशीन सीखने के दृष्टिकोण श्रम और इस कार्य को पूरा करने के लिए आवश्यक विशेषज्ञता को कम करने में सक्षम हो सकता है । हालांकि, एक और अधिक स्वचालित तरीका है कि सही बल्ले का पता लगाने और झूठी सकारात्मक वर्तमान इमेजिंग सीमाओं के द्वारा बनाई गई विभिंन शरीर संरचना और बल्ले वितरण के व्यक्तियों के साथ एक बड़े डेटासेट की आवश्यकता होगी बनाने के लिए मजबूत कर सकते हैं । हमें उंमीद है कि इस विधि के लिए एक विस्तृत चमगादड़ एटलस है कि और अधिक परिष्कृत बड़े डेटा दृष्टिकोण के लिए एक टेंपलेट के रूप में सेवा कर सकते है उत्पादन किया जा सकता है ।
अंत में, हम एक कदम दर कदम छवि विश्लेषण दृष्टिकोण मानव भूरे रंग वसा ऊतक की मात्रा, गतिविधि, और ठंड का उपयोग कर वितरण FDG पीईटी/ महत्वपूर्ण चरणों में शामिल हैं 1) लगातार और क्रमिक रूप से अक्षीय रोइस का विश्लेषण और 2) अन्य metabolically सक्रिय ऊतकों से परहेज करते हुए उनके संरचनात्मक स्थान द्वारा प्रासंगिक बल्ले डिपो का आकलन. इस कठोर मात्रा दृष्टिकोण क्षेत्र में जांचकर्ताओं द्वारा इस्तेमाल किया जा सकता है बल्ले शरीर विज्ञान का अध्ययन और भविष्य में स्वचालित मानव बल्ले परिमाणन दृष्टिकोण विकसित करने के लिए संदर्भ मानक के रूप में सेवा करते हैं ।
The authors have nothing to disclose.
हम अध्ययन के स्वयंसेवकों, नर्सिंग और नैदानिक स्टाफ के सभी धंयवाद करना चाहते हैं, और हमारे ठंड जोखिम अध्ययन और देखभाल में उनकी भागीदारी के लिए nih नैदानिक केंद्र के आहार विशेषज्ञों inpatient रहता है के दौरान प्रदान की । हम भी अधिग्रहण और हमारे अध्ययन के लिए पीईटी-सीटी छवियों के वितरण के साथ अपनी सहायता के सभी के लिए डॉ बिल Dieckmann शुक्रिया अदा करना चाहते हैं । यह काम राष्ट्रीय मधुमेह और पाचन और गुर्दे की बीमारियों के संस्थान के Intramural अनुसंधान कार्यक्रम का समर्थन किया गया अनुदान Z01 DK071014 (K.Y.C. के लिए) और DK075116-02 (A.M.C. के लिए) ।
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