כמותי [18F]-NAF-PET-MRI ניתוח להערכת מחזור עצם דינמי במטופל עם Facetogenic כאבי גב תחתון
Summary
טכניקות הדמיה המשקפים מחזור עצם דינמי עשוי לסייע באפיון מגוון רחב של הפתווגיות העצם. אנו מציגים מתודולוגיות מפורטות לביצוע וניתוח דינאמי [18F]-NAF-PET-MRI הנתונים בחולה עם כאבי גב האחורי התחתון באמצעות המפרקים ההיבט המותני כאזור מאוד אופייני של עניין.
Abstract
טכניקות הדמיה המשקפים מחזור עצם דינמי עשוי לסייע באפיון מגוון רחב של הפתווגיות העצם. העצם היא רקמה דינמית שעברו שיפוץ רציפה עם הפעילות המתחרה של אוסטאוקיים, אשר מייצרים את מטריצת העצם החדשה, ו osteoclasts אשר תפקידו לחסל עצם מינרליזציה. [18F]-naf הוא פליטת פוזיטרונים טומוגרפיה (PET) מעקב המאפשר ויזואליזציה של חילוף החומרים בעצם. [18F]-naf נספג כימית לתוך הידרוקסיטיט במטריצת העצם על ידי האוסטאופי והוא יכול לזהות באופן בלתי פולשני osteoblastic פעילות, אשר מגיה לטכניקות הדמיה קונבנציונאלי. הדוגמנות הקינטית של דינמי [18F]-naf-מחמד נתונים מספק אמצעים כמותיים מפורטים של חילוף החומרים בעצם. קונבנציונאלי למחצה כמותי נתונים PET, אשר מנצל ערכי ספיגה סטנדרטית (רכבי השטח) כאמצעי למדידת פעילות רדיומעקב, המכונה טכניקה סטטית בשל התמונה שלה של ספיגת מעקב בזמן. מידול קינטי, עם זאת, מנצל נתוני תמונה דינמי שבו רמות מעקב ברציפות רכשה מתן רזולוציה הזמני ספיגה מעקב. מתוך מידול קינטי של נתונים דינאמיים, ערכים כמותיים כמו זרימת הדם ואת קצב חילוף החומרים (כלומר, מדדים אינפורמטיביים פוטנציאלי של מעקב דינמיקה) ניתן לחילוץ, כל ביחס לפעילות נמדד נתוני התמונה. בשילוב עם מודאליות כפולה PET-MRI, אזור ספציפי הנתונים הקינטית יכול להיות מתואם עם רישום מבחינה אנטומית מבנית ברזולוציה גבוהה מבנה הפתולוגי המוענקת על ידי MRI. המטרה של כתב יד מתודולוגי זה היא לתאר את הטכניקות המפורטות לביצוע ולניתוח של נתונים דינאמיים [18f]-NAF-PET-MRI. משותפת ההיבט המותני הוא אתר משותף של דלקת מפרקים ניווניות וגורם משותף לכאבים בגב התחתון צירית. מחקרים שנעשו לאחרונה מראים [18F]-NAF-PET עשוי לשמש ביואריקר שימושי של מחלה הפנים כואבת. לפיכך, משותפת של ההיבט המותני האנושי ישמש כאזור מעניין ביותר עבור ניתוח דינאמי [18f]-NAF-PET-MRI בכתב היד הזה.
Introduction
טכניקת הדימות הקליני הסטנדרטי של פתולוגיה של עצם מוגבלת בעיקר לאפיון שינויים מבניים, שיכולים להיות לא ספציפיים. לדוגמה, ליקויים מורפולוגיים אסימפטומטיים הקשורים ההזדקנות נורמלי יכול להיות לא ניתן להבחין בין שינויים ניווניות אשר אחראים כאב חמור נכות1. עצם היא רקמה דינמית שעברו שיפוץ רציף עם פעילות מתחרה של אוסטאופתיים, אשר מייצרים את מטריצת העצם החדשה, ו osteoclasts אשר תפקידו לחסל עצם מינרליזציה2. [18F]-naf הוא פליטת פוזיטרונים טומוגרפיה (PET) מעקב המאפשר ויזואליזציה של מטבוליזם רקמת העצם. [18F]-naf נספג כימית לתוך הידרוקסיטיט במטריצת העצם על ידי האוסטאופי והוא יכול באופן לא פולשני לזהות osteoblastic פעילות, ובכך לזהות תהליך חילוף חומרים אשר מגיה טכניקות הדמיה קונבנציונאלי. כתוצאה מכך, [18F]-naf שימש לאפיון מחלת העצם במספר גדל והולך של הפרעות עצם, כולל מחלות ננייליאמים, דלקתיות, וניווניות של העצם והמפרקים3,4,5 .
הנתונים PET מנותח בדרך כלל בצורה חצי כמותית, אשר ניתן לבצע בקלות בפרקטיקה קלינית שגרתית עם ערכי ספיגה סטנדרטית (רכבי השטח). כמדד, רכבי השטח שימושיים לרופאים כפי שהם מייצגים ספיגת רקמות ביחס לשאר הגוף6. ערכים מסריקות עוקבות עשוי לשמש כדי להתבונן שינויים ספיגת כתוצאה של טיפול או מחלות התקדמות. הטבע המספרי של רכבי השטח גם מסייע בהשוואה בין מטופלים ובין סריקות רצופות באותו החולה. האלגוריתם המשמש לחישוב רכבי השטח, משוואה 1, עושה את ההנחה כי מעקב מופץ באותה מידה ברחבי הגוף וכי מסת הגוף רזה מייצג את נפח הגוף כולו. ככזה, רכבי השטח הם מדידה חצי כמותית. עבור אזור נתון של עניין (ROI), רכבמקסימום (הערך המירבי של רכב שטח בתוך roi), ו ממוצע רכב שטח (הממוצע של כל רכבי הקרב שנדגמו בתוך roi) הם מדדי רכב שטח נפוץ בתחום הקליני6.
מידול קינטי של נתונים דינמיים PET יכול להתבצע גם עבור ניתוח כמותי מפורט יותר. בעוד רכישת נתונים רכב סטטי, מידול קינטי מנצל נתוני תמונה דינמי שבו רמות מעקב הנרכשים ברציפות מתן ממד זמני. ממידול קינטי מורכב יותר של נתונים דינאמיים, ערכים כמותיים ומדדים אינפורמטיביים של דינמיקת מעקב ניתן לחלץ ביחס לפעילות נמדד בנתוני התמונה. דגם שתי רקמות תא מועסק עבור מידול קינטי דינמי מוצג באיור 17. Cp הוא ריכוז של מעקב ב פלזמה בדם בעוד Ce ו-c לאמייצגים את הריכוז במרחב ביניים לא מאוגד מעקב מאוגד במטריצה עצם היעד בהתאמה. K1, k2, k3, k4, הם 4 שיעור פרמטרים המתארים את המודל קינטי עבור מעקב לשטוף פנימה/החוצה ומחייב. K1 מתאר את מעקב נלקח מתוך פלזמה העורקים לחלל ביניים (Ct), k2 מתאר את שבריר של מעקב כי מפזרת חזרה מן החלל ביניים כדי פלזמה, k3 מתאר את מעקב העובר מ ביניים (ce) שטח לעצם (גt), ו k4 מתאר את המעקב כי נע מן העצם (ct) בחזרה למרחב ביניים (ce).
איור 1 . דגם שתי רקמה תא מודל עבור מידול קינטי דינמי. Cp הוא ריכוז מעקב בתוך תא פלזמה בדם, ce חינם ולא במיוחד מנותב מעקב הריכוז ברקמות, ו-ct במפורש ריכוז מעקב ברקמות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
המודל הקינטי של פאלק מייצרת Ki_Patlak כאמצעי למדידת שיעור הזרימה (mL/ccm/min, סמ ק = ccm) מבריכת הדם לתוך מטריצת העצם. שיעור זרם מעקב מתוך בריכת הדם אל מטריצת העצם ניתן לחשב באמצעות משוואה 2 ומשוואה 3 עבור Ki_Patlak ו-ki_NonLinear בהתאמה. Ki_Patlak ו-ki_NonLinear הם התעריפים בהם [18F]-naf עוזב את בריכת הדם העורקי ומאגד הפיך מטריצה עצם אתר המשנה, באמצעות שני דגמים בהתאמה. ההבדל בין המודל הקינטי לבין הדגם הקינטית הבלתי-ליניארי הוא בניצול הנתונים הדינאמיים. מודל Patlak דורש שיווי משקל מתקיים ולאחר מכן מחשב את קצב הזרימה מהשיפוע הליניארי הנוצר. המודל הקינטי של פאטלק מייצר את התעריפים של Ki_Patlak , באמצעות זמן של 24 דקות לשפה של בריכת הפלזמה, cp, לבריכה הלא מאוגדת, cu. הזמן הפועל 24 דקות יכול להשתנות בהתאם לזמן שנמצא עבור כל אתרי המידע כדי להגיע לשפה עם בריכת הפלזמה במדגם. המודל הלא-ליניארי הקפדני יותר מבחינה חישובית משתמש בשלמותו של הנתונים הטמפורלית כדי להתאים לעקומה.
המטרה של כתב יד מתודולוגי זה היא לתאר טכניקות מפורטות לביצוע דינאמי [18F]-NAF-PET-MRI. משותפת ההיבט המותני הוא אתר משותף של דלקת מפרקים ניווניות וגורם משותף לכאבי הגב התחתון צירית8. מחקרים שנעשו לאחרונה מראים [18F]-NAF-PET-MRI עשוי לשמש ביוארקר שימושי של מחלה מכאיבה הפנים9. המפרקים את ההיבט המותני האנושי מחולה יחיד עם כאבי גב בחזרה נמוכה ולכן יהיה מנותח כמו ROI אופייני עבור דינאמי [18F]-NAF-PET-MRI ניתוח.
Protocol
Representative Results
Discussion
בכתב יד מתודולוגי זה, סיפקנו את הרקע על התועלת הפוטנציאלית של דינאמי [18F]-NAF-PET-MRI להערכת מגוון רחב של הפתווגיות עצם והתווה את הטכניקות עבור דינאמי [18F]-NAF-PET-MRI תמונה רכישה וניתוח באמצעות המפרקים האנושיים המותני כאזורי עניין. מודאליות כפולה PET-MRI מאפשר רכישת נתונים דינמיים PET במשך תק?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
תמיכה במחקר סופק על ידי NIH P50AR060752 ו GE הבריאות. אנחנו רוצים להכיר בתמיכה. של ווחיד רבנפאר
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 |
References
- Brinjikji, W., et al. Systematic literature review of imaging features of spinal degeneration in asymptomatic populations. AJNR American Journal of Neuroradiology. 36 (4), 811-816 (2015).
- Binder, D. S., Nampiaparampil, D. E. The provocative lumbar facet joint. Current Reviews in Musculoskeletal Medicine. 2 (1), 15-24 (2009).
- Spick, C., et al. Detection of Bone Metastases Using 11C-Acetate PET in Patients with Prostate Cancer with Biochemical Recurrence. Anticancer Research. 35 (12), 6787-6791 (2015).
- Brans, B., et al. Assessment of bone graft incorporation by 18 F-fluoride positron-emission tomography/computed tomography in patients with persisting symptoms after posterior lumbar interbody fusion. EJNMMI Research. 2 (1), 42 (2012).
- Jadvar, H., et al. Prospective evaluation of 18F-NaF and 18F-FDG PET/CT in detection of occult metastatic disease in biochemical recurrence of prostate cancer. Clinical Nuclear Medicine. 37 (7), 637-643 (2012).
- Kinahan, P. E., Fletcher, J. W. Positron emission tomography-computed tomography standardized uptake values in clinical practice and assessing response to therapy. Seminars in Ultrasound, CT, and MR. 31 (6), 496-505 (2010).
- Hawkins, R. A., et al. Evaluation of the skeletal kinetics of fluorine-18-fluoride ion with PET. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 33 (5), 633-642 (1992).
- Hancock, M. J., et al. Systematic review of tests to identify the disc, SIJ or facet joint as the source of low back pain. European Spine Journal: Official Publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 16 (10), 1539-1550 (2007).
- Jenkins, N. W., et al. [18)F]-Sodium Fluoride PET MR-Based Localization and Quantification of Bone Turnover as a Biomarker for Facet Joint-Induced Disability. AJNR American Journal of Neuroradiology. 38 (10), 2028-2031 (2017).
- Czervionke, L. F., Fenton, D. S. Fat-saturated MR imaging in the detection of inflammatory facet arthropathy (facet synovitis) in the lumbar spine. Pain Medicine. 9 (4), 400-406 (2008).
- Phelps, M. E., et al. Tomographic measurement of local cerebral glucose metabolic rate in humans with (F-18)2-fluoro-2-deoxy-D-glucose: validation of method. Annals of Neurology. 6 (5), 371-388 (1979).
- Brenner, W., et al. Comparison of different quantitative approaches to 18F-fluoride PET scans. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 45 (9), 1493-1500 (2004).
- Schellinger, D., et al. Facet joint disorders and their role in the production of back pain and sciatica. Radiographics: A Review Publication of the Radiological Society of North America, Inc. 7 (5), 923-944 (1987).
- Schett, G. Joint remodelling in inflammatory disease. Annals of the Rheumatic Diseases. 66, 42-44 (2007).
- Baum, R., Gravallese, E. M. Impact of inflammation on the osteoblast in rheumatic diseases. Current Osteoporosis Reports. 12 (1), 9-16 (2014).
