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Medicina

인간의 갈색 지방 조직의 종점은 자동으로 양전자 방출 단층 촬영 / 전산화 단층 촬영 분단과 자기 공명 이미지 등록

Published: February 18, 2015
doi:
10.3791/52415
, , , ,
1Chemical and Physical Biology Program,Vanderbilt University, 2Department of Physical Medicine and Rehabilitation,Vanderbilt University School of Medicine, 3Radiology & Radiological Sciences,Vanderbilt University Medical Center, 4Department of Pharmacology,Vanderbilt University

Summary

여기에 제시된 방법은 18 F-Fluorodeoxyglucose를 사용 (18 F-FDG) 양전자 방출 단층 촬영 / 전산화 단층 촬영 (PET-CT) 및 지방 물 분리 자기 공명 영상 (MRI), 각각 thermoneutral에 2 시간 노출 (24 ° C 다음 스캔 ) 및 성인 인간을 대상으로 갈색 지방 조직 (BAT)을지도하기 위해 추운 환경 (17 ° C).

Abstract

확실히 비 침습적 영상 법을 사용하는 다른 조직으로부터 갈색 지방 조직 (BAT)를 구별하는 것은 인간의 BAT를 연구하기위한 중요한 공정이다. 냉 자극에 피사체를 노광 후 양전자 방출 단층 촬영 / 전산화 단층 촬영 (PET-CT) 스캔을 측정 BAT는 일반적으로 지방 조직 저장소에 주입 된 방사성 추적자 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG)의 흡수에 의해 확인된다 검출하는 . 지방 – 물 분리 자기 공명 영상 (MRI)은 방사성 트레이서를 사용하지 않고 BAT를 구별하는 기능을 갖는다. 지금까지 성인 인간의 BAT의 MRI는 차가운 활성화 PET-CT와 공동 등록되지 않았습니다. 따라서,이 프로토콜은 자동으로 다음 동일한 주제의 MRI 스캔을 등록 공동에 적용되는 BAT 마스크를 생성하는 18 F-FDG PET-CT 스캔을 사용합니다. 이 방법은 설명서를 분할하지 않고 BAT의 정량적 MRI 특성의 측정을 가능하게한다. BAT 마스크는 두 PE에서 만든T-CT 검사 : 2 시간에 하나 (TN) thermoneutral (24 ° C) 또는 저온 활성화 (CA) (17 ° C) 조건에 노출 된 후. TN 및 CA PET-CT 검사는 등록 및 PET 표준화 흡수 및 CT 하운 스 필드 값은 BAT가 포함 된 마스크를 만드는 데 사용됩니다. CA와 TN MRI 스캔은 같은 주제에 인수 자동으로 정의 BAT 마스크 내에서 정량적 MRI 속성을 설정하기 위해 PET-CT 검사에 등록되어 있습니다. 이 방법의 장점은 세그먼트가 완전히 자동화되어 활성화 BAT (PET-CT)의 식별을 위해 널리 사용 방법에 기반한다는 것이다. BAT의 정량적 MRI 속성은 PET-CT와 관련된 방사선을 방지 MRI 전용 BAT 시험을위한 기초 역할을 할 수이 프로토콜을 사용하여 설정.

Introduction

세계적으로 인해 비만 현저한 상승, 에너지 균형을 이해 겨냥한 연구 분야에서 관심이 증가가있다. 비만은 공중 보건의 1에 대한 관심의 중요한 지역 만들기, 당뇨병, 간 질환, 심혈관 질환 및 암과 같은 비용이 많이 들고 파괴적인 질환이 발생할 수 있습니다. 에너지 소비에 비해 에너지 섭취의 균형을 이해하기위한 연구 영역 중 하나는 갈색 지방 조직 또는 BAT의 연구이다. 지방 조직이라하더라도, BAT는 여러 가지 방법으로 2 일반적인 흰색 지방 조직 (WAT)과 다르다. 백색 지방 세포의 기능은 셀 당 하나의 큰 지질 액포 트리글리세리드를 저장하고, 필요시 혈액 스트림으로 에너지 원으로서 이러한 트리글리세리드를 발표한다. 매우 다른 방법으로, 갈색 지방 세포의 기능은 열을 발생한다. 이런 일이 발생하는 하나의 메커니즘은 추위에 노출하는 것입니다. 이것은 sympatheti의 증가를 초래다시 BAT를 활성화 C 신경계 활동. 활성화되면 갈색 지방 세포는 열을 발생시킨다. 이렇게하기 위해, 그들은 세포 당 많은 작은 지질 액포에 함유 트리글리 세라이드를 사용하여 풍부 미토콘드리아의 언 커플 링 단백질의 존재하에 1 (UCP1)를 통하여, 엔트로피 손실의 결과로, ATP의 생산없이 대사 기판에 트리글리세리드 변환 발열 등. 작은 지질 액포에 저장 트리글리세리드가 고갈됨에 따라, 지방 세포는 혈류 3 본 포도당과 트리글리 세라이드 모두를 차지한다.

9 – 공부 BAT에 대한 관심이 극적으로 인한 비 오한 열 발생, 신체의 에너지 소비를 조절에서의 역할, 그리고 BAT 비만 (3) 사이의 잠재적 인 역의 관계에 기여에 최근 몇 년 동안 증가했다. 또한, 최근의 연구는 동물 BAT가 클리어 트리글리세리드 및 글루코스 F에 중요한 역할을 나타낸다특히 고지방 식사 섭취 10,11 다음, 혈류 ROM. 15 – 그러나, 우리는 BAT에 대한 지식의 대부분은 BAT 4,9,12의 많은 저장소를 포함하는 작은 포유 동물, 연구의 결과입니다. 몇 초 16 연구에도 불구하고 – (18), 인간의 BAT의 존재는 널리 인간 BAT 공부에 대한 관심이 갱신 된 경우 최근까지 나이와 함께 감소하는 것으로 생각되었다. (24) – 최근의 연구는 BAT의 상대적으로 적은 양이 성인이 19로 유지하는 것이 좋습니다. BAT 공부에 추가적인 제한 요소가 이격 생검 조직 학적 염색로부터, BAT를 검출하는 현재 수락 명백한 방법 F-18 fluorodeoxyglucose (F-18 FDG) 양전자 방출 단층 촬영 (PET)이다. 현대 PET 스캐너는 일반적으로 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 스캐너와 함께 결합됩니다. 추위 노출에 의해 활성화되면, BAT는 18을 차지 </s> 업 BAT가 비활성 인 경우 20,21,23,25 18 F-FDG 흡수에 훨씬 낮은 수준에 비해 글루코스 대사 유사체이며, PET 이미지에서 보일 때 F-FDG 추적자. PET-CT 스캐너의 도움에 PET 시험 동안 획득 한 CT 영상은 해부학 적 정보를 제공하여 높은 18 F-FDG의 섭취와 조직을 구별합니다. PET-CT 영상의 사용은 (CT 스캔에서 투여 량은 무시할 아니지만, PET에서 우세) 전리 방사선에 노출 될, 따라서 BAT 검출을위한 바람직하지 않은 방법이다.

건강한 성인 인간의 BAT에 대한 연구의 수는 증가하고 있지만, 인간의 BAT의 최근의 연구는 주로 후 향적 PET-CT로 제한 한 인간의 유아 시체 26, 27, 벌써 병원에 입원 한 인간의 청소년, 19,25 연구 다른 이유 27-30, 건강한 성인의 몇 사람의 연구를31-35. BAT에 영향을 미칠 수 있습니다 아픈 환자 집단을 공부할 때 어린이와 후 향적 연구의 두 연구와 과제 중 하나는 변경된 결과의 가능성이다. 글루코오스 BAT (36)의 바람직한 연료 원이 아니기 때문에 또한, PET 연구는 항상 활성화 BAT를 감지 할 수 있으며, 따라서, BAT의 존재를 underrepresent있다. 바이오 메디컬 이미징 BAT 공부의 또 다른 어려움은 조직 저장소의 경계를 정의하는 이미지 분할을 수행에 관한 것이다. 현재까지의 연구에서 BAT의 분할은 종종 수동 이미지 분할 어느 정도에 의존하고 BAT 저장소의 오인뿐만 아니라 간 레이터 변화에 취약하다.

때문에, 자동 분할 방법과 함께, WAT 분포에서 BAT를 구별 할 수있는 강력한 새와 연구자를 제공 할 것이다 이러한 도전, 안정적인 공간 매핑 기술와 올 BAT를 연구한다. 자기 공명 영상 (MRI)은 확인, 공간 매핑 및 BAT의 체적 정량 기능을 갖고, 이미지화 된 피사체에 대한 방사성 도즈를 포함 기존 하이브리드 PET-CT 촬상 방법과 달리, MRI에는 이온화 방사선을 수반하지 않고 안전하게 사용할 수 반복. 식별 및 임상 내분비학에 큰 긍정적 인 영향과 비만 연구의 새로운 길을 추구 할 수 있습니다 MRI를 사용하여 BAT를 정량화 할 수있는 능력. 이전 지방 물 MRI (FWMRI) 생쥐와 인간 모두에서 BAT의 연구는 WAT이 90 % 지방 15,26 위에 반면 지방 신호 비율 (FSF)은 BAT의 40~80 %의 지방의 범위에있는 것을 보여 27. 따라서 우리는이 양적 FWMRI 메트릭, 다른 정량적 MRI 측정과 함께, 시각화 및 인간 BAT 저장소를 정량화하기 위해 향후 연구에 사용될 수 있다는 가설을 세웠다. 충족에이 BAT의 영향을 연구하는 강력한 도구를 사용하여 연구 커뮤니티를 제공 할 것이다이온화 방사선을 사용하지 않고, 에너지 비용 abolism.

우리의 연구 그룹은 지난 3 년 동안 성인 인간의 BAT를 공부하고있다. 성인 피험자에서 의심 BAT를 조사하기 위해 MRI의 사용에 대한 우리의 첫 번째 공개 발표는 롱 비치, 캘리포니아 (37) 의학 (ISMRM) 지방 물 분리 워크숍에서 자기 공명에 대한 국제 사회에서 2012 년 2 월 발생했습니다. 두 달 후, 우리 그룹은 멜버른, 호주 (38)에서 2012 년 4 월 ISMRM의 20 번째 연례 회의에서 두 성인 의심 BAT에 FSF 값을 제시했다. 일년 후 솔트 레이크 시티, 유타 년 4 월 2013 년 ISMRM의 21 연례 회의에서,이 원고에 기술 된 프로토콜은 PET-확인의 MRI 정량의 공개 프리젠 테이션 (우리가 아는 한에) 처음 사용되었다 성인 인간의 BAT는 39 과목. 특히, 우리는 previousl 것을 보여주는 증거를 제시Y 의심 BAT 활성화 냉간 thermoneutral 18 F-FDG PET-CT 영상을 모두 사용하여, 기동 BAT 인 것으로 확인되었다. 2013 년 이후, 건강한 성인 피험자의 우리의 코호트 thermoneutral 차가운 활성화 조건에서 MRI와 PET / CT 두 군데는 갈색 지방의 역할을 탐색 "최근 워크숍에서 2014 년 2 월 발표 결과와 함께 20 개 이상의 과목을 확대하고있다 인간의 "NIH NIDDK (40)에 의해 후원했다. 특히, 우리는 FWMRI의 FSF와 R을보고 2 * BAT의 ROI를 가진 성인 인간의 18 F-FDG PET-CT에 의해 확인 쇄골 BAT의 지역에서 휴식 속성 활성화-추위와 thermoneutral PET-CT를 기반으로 자동 분할 알고리즘을 사용하여 묘사 검색합니다. 가장 최근에 우리는 F-FDG PET-CT 고급 FWMRI의 thermometry (41, 42)를 사용하여 성인 인간 BAT 확인 18 온도 매핑의 결과를 발표했다.

절차는 여기에 제시된 취득의 MRI와 같은 주제에 대한 18 F-FDG PET-CT 스캔, 모두 각각의 차가운 활성화 thermoneutral 조건 모두에 노출 된 후. 활성화 된-추위와 thermoneutral 18 F-FDG PET-CT 스캔은 주제 특정 기준에 관심을 자동으로 분할 BAT 지역 (로아)를 만드는 데 사용됩니다. 이러한 BAT의 로아는 PET-CT에서 MRI 속성 BAT 확인 측정 할 수있는 공동 등록 MRI 검사에 적용됩니다.

이 프로토콜의 제한은 따뜻하거나 차가운 자극 하나에 주제를 노출 할 때 사용되는 공기 온도가 모든 과목에 대한 일관성이 있다는 것입니다. 각 주제 경험 따뜻한 느낌 또는 냉각되는 온도가 상이 할 수 있기 때문에 제한된다. 따라서, 공기 온도가 개인의 반응에 맞게 조정되는 동안의 시험 세션을 실행하고 thermoneutral 냉간 활성화 프로토콜 동안 이러한 고온을 사용함으로써, 개선 응답을 획득하는 것이 가능할 수도갈색 지방 조직에서.

Protocol

참고 :이 연구소의 로컬 윤리위원회는이 연구를 승인하고, 제공하는 모든 주제는 참여에 앞서 동의를 통보하여 작성. 연구을 받기 위해서는 대상은 다음과 같은 요구 사항을 충족해야합니다 알려진 당뇨병; 베타 차단제 또는 불안 약물, 현재 또는 과거에 전혀 사용하지; 담배 또는 담배 제품, 현재 또는 과거에 씹어하지 않는다; 더 이상 카페인 하루 4 잔 이상 없다 더 이상 알코올 하루 2 잔 이상 ?…

Representative Results

동일한 주제에 MRI 및 PET-CT를 모두 검사를 취득하고, 모든 검사에 공동 등록을 수행하는 BAT의 정량적 MRI 측정의 신뢰성있는 측정을 가능하게한다. (1) 처리되지 않은 (TN) 따뜻하고 차가운 (CA) PET-CT와 MRI를 보여줍니다 하나의 주제에서 검색합니다. TN과 CA PET-CT 데이터 모두를 취득함으로써, 분명히 증가 18 F-FDG 흡수함으로써 초기 활성화 BAT 저장소를 구별하는 것이 ?…

Discussion

기술 연구 프로토콜은 thermoneutral 차가운 활성화 PET / CT를 모두 사용하도록 설계되었습니다 특정 주제에 기초하여 자동으로 세그먼트 BAT 저장소에. 관심이 자동으로 생성 지역은 동일한 주제의 PET / CT 검사에 공동으로 등록 된 모두 thermoneutral 차가운 활성화 MRI 검사에 적용 할 수 있습니다. 우리가 아는 한,이 같은 건강한 성인의 자원 봉사에 thermoneutral 차가운 활성화 조건 후 MRI 및 PET / CT를 모두 ?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We would like to thank the Vanderbilt University Institute of Imaging Science MRI technologists David Pennell, Leslie McIntosh, and Kristen George-Durrett, and the team of Vanderbilt University Medical Center PET/CT technologists led by Martha D. Shone. This work was supported by the following grants from the NIH: NCATS/NIH UL1 RR024975, NIDDK/NIH R21DK096282, NCI/NIH R25CA136440, and NIBIB/NIH T32EB014841.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number
MRI Philips Achieva 3T
MRI Torso-XL coil Philips Philips SENSE XL Torso coil 16-elements
MRI X-tend Table X-Tend X-tend table, Acieva 3T compatible
X-tend armsupport X-Tend X-tend, accessories
X-tend fabricsling X-Tend X-tend, accessories
PET/CT GE Discovery STE
Portable A/C Unit Soleus Air XL-140, 14000 BTU
Floor fan Lasko Pedestal Fan 2527
Portable Heater Lasko Ceramic Air 5536
Chair Winco Lifecare Recliner 585
Sublingual Thermometer WelchAllyn SureTemp Plus 690
Cold vest Polar Products Cool58 #PCVZ
Thermal IR Camera FLUKE TIR-125
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Referências

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Gifford, A., Towse, T. F., Walker, R. C., Avison, M. J., Welch, E. B. Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images. J. Vis. Exp. (96), e52415, doi:10.3791/52415 (2015).
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