Kwantitatief [18F]-NAF-Pet-MRI-analyse voor de evaluatie van dynamische botomzet bij een patiënt met Facetogenic lage rugpijn

Summary

Beeldvormingstechnieken die dynamische botomzet weerspiegelen, kunnen helpen bij het karakteriseren van een breed scala aan botpathologieën. We presenteren gedetailleerde methodologieën voor het uitvoeren en analyseren van dynamische [¹⁸F]-NAF-Pet-MRI-gegevens bij een patiënt met facetogenic lage rugpijn met behulp van de lumbale facetgewrichten als een prototypische regio van belang.

Abstract

Beeldvormingstechnieken die dynamische botomzet weerspiegelen, kunnen helpen bij het karakteriseren van een breed scala aan botpathologieën. Bone is een dynamisch weefsel dat voortdurend wordt verbouwd met de concurrerende activiteit van osteoblasten, die de nieuwe botmatrix produceren, en osteoclasten, waarvan de functie is het elimineren van gemineraliseerd bot. [¹⁸F]-NAF is een positron emissie tomografie (PET) radio Tracer die visualisatie van botmetabolisme mogelijk maakt. [¹⁸F]-NAF wordt chemisch geabsorbeerd in hydroxyapatiet in de botmatrix door osteoblasten en kan dus niet-invasief osteoblastische activiteit detecteren, wat occulte is voor conventionele beeldvormingstechnieken. Kinetische modellering van dynamische [¹⁸F]-NAF-Pet-gegevens biedt gedetailleerde kwantitatieve maatregelen voor het botmetabolisme. Conventionele semi-kwantitatieve huisdieren gegevens, die gebruik maken van gestandaardiseerde opname waarden (Suv’s) als maatstaf voor radio Tracer activiteit, wordt een statische techniek genoemd vanwege de momentopname van de Tracer opname in de tijd.  Kinetische modellering, echter, maakt gebruik van dynamische beeldgegevens waar Tracer niveaus worden continu verworven verstrekken Tracer opname temporele resolutie. Van de kinetische modellering van dynamische gegevens kunnen kwantitatieve waarden zoals de bloedstroom en de metabolische snelheid (d.w.z. mogelijk informatieve Metrics van de Tracer dynamiek) worden geëxtraheerd, allemaal met betrekking tot de gemeten activiteit in de beeldgegevens. In combinatie met dubbele modaliteit PET-MRI kunnen regiospecifieke kinetische gegevens worden gecorreleerd met anatomisch geregistreerde hoge-resolutie structurele en pathologische informatie die wordt geboden door MRI. Het doel van dit methodologisch manuscript is om gedetailleerde technieken te schetsen voor het uitvoeren en analyseren van dynamische [¹⁸F]-NAF-Pet-MRI-gegevens. Het lumbale facet gewricht is een gemeenschappelijke plaats van ziekte van degeneratieve artritis en een veelvoorkomende oorzaak voor axiale lage rugpijn.  Recente studies suggereren [¹⁸F]-NAF-Pet kan dienen als een nuttige biomarker van pijnlijke facetogenic ziekte.  Het menselijk lumbale facet gewricht zal daarom worden gebruikt als een prototypische regio van belang voor dynamische [¹⁸F]-NAF-Pet-MRI-analyse in dit manuscript.

Introduction

Standaard klinische beeldvormingstechnieken van botpathologie zijn voornamelijk beperkt tot het karakteriseren van structurele veranderingen, die niet-specifiek kunnen zijn. Asymptomatische morfologische afwijkingen gerelateerd aan de normale veroudering kunnen bijvoorbeeld niet te onderscheiden zijn van degeneratieve veranderingen die verantwoordelijk zijn voor ernstige pijn en invaliditeit¹. Bone is een dynamisch weefsel dat voortdurend wordt verbouwd met de concurrerende activiteit van osteoblasten, die de nieuwe botmatrix produceren, en osteoclasten, waarvan de functie is het elimineren van gemineraliseerd bot². [¹⁸F]-NAF is een positron emissie tomografie (PET) radio Tracer die visualisatie van botweefsel metabolisme mogelijk maakt. [¹⁸F]-NAF wordt chemisch geabsorbeerd in hydroxyapatiet in de botmatrix door osteoblasten en kan dus niet-invasief osteoblastische activiteit detecteren, waardoor een metabolisch proces wordt gedetecteerd dat occulte is voor conventionele beeldvormingstechnieken. Dientengevolge, [¹⁸F]-NAF is gebruikt voor het karakteriseren van botpathologie in een toenemend aantal botaandoeningen, waaronder Neoplasmata, inflammatoire, en degeneratieve ziekte van het bot en gewrichten^3,4,5 .

PET-gegevens worden meestal op semi-kwantitatieve wijze geanalyseerd, wat gemakkelijk kan worden uitgevoerd in routinematige klinische praktijk met gestandaardiseerde opname waarden (Suv’s). Als een metriek, Suv’s zijn nuttig voor clinici als ze vertegenwoordigen weefsel opname ten opzichte van de rest van het lichaam⁶. Waarden van latere scans kunnen worden gebruikt om veranderingen in de opname te observeren als gevolg van behandeling of ziekteprogressie. De numerieke aard van Suv’s helpt ook in vergelijking tussen patiënten en tussen opeenvolgende scans in dezelfde patiënt. Het algoritme dat wordt gebruikt om Suv’s, vergelijking 1, te berekenen, maakt de veronderstelling dat de Tracer gelijkelijk verdeeld is door het hele lichaam en dat de vetvrije massa nauwkeurig het hele lichaams volume vertegenwoordigt. Zo zijn Suv’s een semi-kwantitatieve meting. Voor een bepaalde regio van belang (ROI), SUV_Max (de maximale SUV-waarde binnen een ROI), en SUV_mean (het gemiddelde van alle bemonsterde SUV’S binnen een ROI) worden vaak gebruikt SUV-statistieken in de klinische praktijk⁶.

Kinetische modellering van dynamische PET-gegevens kan ook worden uitgevoerd voor een gedetailleerdere kwantitatieve analyse. Hoewel SUV-gegevensverzameling statisch is, maakt Kinetic Modeling gebruik van dynamische beeldgegevens waarbij Tracer-niveaus continu worden verworven en een tijdelijke dimensie krijgen.  Van de complexere kinetische modellering van dynamische gegevens, kunnen kwantitatieve waarden en informatieve Metrics van Tracer dynamiek worden geëxtraheerd met betrekking tot de gemeten activiteit in de beeldgegevens. In Figuur 1⁷wordt een monster met twee weefsel compartimenten gebruikt voor dynamische kinetische modellering.  C_p is de concentratie van Tracer in het bloed plasma, terwijl c_e en c_t de concentratie in de ongebonden interstitiële ruimte en de gebonden Tracer in de doelbotmatrix vertegenwoordigen. K_1, k₂, k₃, k₄, zijn 4 rate parameters die het kinetische model beschrijven voor Tracer Wash in/out en binding. K₁ beschrijft de Tracer genomen uit arteriële plasma in interstitiële ruimte (C_t), k₂ beschrijft de Fractie van de Tracer die van de interstitiële ruimte naar het plasma verspreidt, k₃ beschrijft de Tracer die beweegt van interstitiële (C_e) ruimte naar Bone (c_t) en k₄ beschrijft de Tracer die van Bone (c_t) terugkeert naar de interstitiële ruimte (c_e).

Figuur 1 . Een monster twee-weefsel compartiment model voor dynamische kinetische modellering. C_p de Tracer concentratie in het bloed plasma compartiment, c_e vrije en niet-specifiek gebonden Tracer concentratie in weefsel, en c_t specifiek gebonden Tracer concentratie in het weefsel. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Het Patlak Kinetic-model produceert K_{i_Patlak} als maatstaf voor de radiotracer toestroom (ml/CCM/min, kubieke cm = CCM) uit de bloed pool in de botmatrix. De indicatorinstroom snelheid van de bloed pool naar de botmatrix kan vervolgens worden berekend met behulp van vergelijking 2 en vergelijking 3 voor respectievelijk k_{i_Patlak} en k_{i_NonLinear} . K_{i_Patlak} en k_{i_NonLinear} zijn de tarieven waartegen [¹⁸F]-NAF verlaat de arteriële bloed pool en onherroepelijk bindt aan een subsite bot matrix, met behulp van de twee modellen respectievelijk. Een verschil tussen het Patlak en het niet-lineaire kinetische model is het gebruik van de dynamische data. Het model Patlak vereist een evenwicht en berekent vervolgens de instroom snelheid van de vastgestelde lineaire helling. Het Patlak Kinetic-model produceert K_{i_Patlak} -toestroom snelheden, door gebruik te maken van een tijd van 24 minuten voor de equilibratie van de plasmapool, c_p, aan het ongebonden zwembad, c_u.  De tijd van 24 minuten kan veranderen afhankelijk van de tijd die voor alle subsites is gevonden om een equilibratie te bereiken met de plasmapool in het monster. Het meer computationeel rigoureuze niet-lineaire model gebruikt het geheel van de tijdelijke gegevens om te passen in een curve.

Het doel van dit methodologisch manuscript is om gedetailleerde technieken te schetsen voor het uitvoeren van dynamische [¹⁸F]-NAF-Pet-MRI.  Het lumbale facet gewricht is een gemeenschappelijke plaats van ziekte van degeneratieve artritis en een veelvoorkomende oorzaak voor axiale lage rugpijn⁸.  Recente studies suggereren [¹⁸F]-NAF-Pet-MRI kan dienen als een nuttige biomarker van pijnlijke facetogenic ziekte⁹.  De menselijke lumbale facetgewrichten van een enkele patiënt met facetogenic lage rugpijn zullen dus worden geanalyseerd als een prototypische ROI voor dynamische [¹⁸F]-NAF-Pet-MRI-analyse.

Protocol

Deze prospectieve haalbaarheidsstudie heeft patiënten gerekruteerd na het behalen van de IRB-goedkeuring van menselijke studie en het naleven van de HIPAA 1. Phantom Vul een holle cilindrische Phantom met een insert met holle cilinders met een bereik van diameters (5-38 mm) met 185 MBq van [18F]-NAF. Genereer een dempings kaart van de Phantom met CT of een sjabloon die eerder voor deze Phantom is gegenereerd. Plaats de Phantom in het midden van huisdie…

Representative Results

18 NaF-PET opname waarden worden gemeten in de bilaterale facetgewrichten op de L1-L2 tot en met L5-S1 Vertebrale niveaus voor een totaal van 10 ROIs in een enkele representatieve patiënt met axiale lage rugpijn. Representatief [18F]-NAF-Pet, axiaal T2-vet onderdrukt, en axiaal T1-post-contrast vet onderdrukt Mr-beelden door het niveau van de L3-L4 facetgewrichten worden weergegeven in Figuur 2.  De Ki_Patlak, SUVmean, SUVMax, en MRI f…

Discussion

In dit methodologisch manuscript hebben we achtergrond gegeven over het potentiële nut van Dynamic [¹⁸f]-NAF-Pet-MRI voor het evalueren van een breed scala aan botpathologieën en hebben de technieken voor Dynamic [¹⁸f]-NAF-Pet-MRI-beeld geschetst acquisitie en analyse met behulp van de menselijke lumbale facetgewrichten als prototypische gebieden van belang. Dubbele modaliteit PET-MRI maakt het mogelijk om dynamische PET-gegevens te verwerven over een periode die vergelijkbaar is met die van de he…

Materials

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