Человек бурой жировой ткани склады Автоматически Географическая позитронно-эмиссионной томографии / компьютерной томографии и регистрации Магнитно-резонансная Изображения

Summary

Метод, представленный здесь использует ¹⁸ F-Фтордезоксиглюкозой ⁽¹⁸ F-ФДГ) позитронно-эмиссионная томография / компьютерная томография (ПЭТ-КТ) и жира вода, отделенная магнитно-резонансная томография (МРТ), найденный после 2 ч воздействия термонейтральных (24 ° C ) и холодных условиях (17 ° C) в целях картографирования бурой жировой ткани (BAT) у взрослых людях.

Abstract

Надежно дифференциации бурой жировой ткани (BAT) от других тканей с использованием метода неинвазивной визуализации является важным шагом на пути изучения НИМ в организме человека. Detecting ВАТ, как правило, подтверждается поглощения впрыскиваемого радиоактивного индикатора ¹⁸ F-фтордезоксиглюкозы ⁽¹⁸ F-ФДГ) в жировой ткани депо, как измерено с помощью позитронно-эмиссионной томографии / компьютерной томографии (ПЭТ-КТ) после воздействия на предмет в холодной стимул , Жир-вода, отделенная магнитно-резонансная томография (МРТ) обладает способностью различать НИМ без использования радиоактивного индикатора. На сегодняшний день МРТ ВАТ у взрослых людей не была зарегистрирована совместно с холодной активированного ПЭТ-КТ. Таким образом, этот протокол использует ¹⁸ F-ФДГ ПЭТ-КТ автоматически генерировать BAT маску, которая затем применяется к совмещались МРТ одного и того же предмета. Такой подход позволяет измерять количественные характеристики МРТ НИМ без ручного сегментации. BAT маски создаются из двух ПЭТ-КТ: после контакта в течение 2 часов до или термонейтральным (TN) (24 ° C) или холодным активирована (CA) (17 ° C) условий. Тп и CA ПЭТ-КТ зарегистрированы, и ПЭТ стандартизированный поглощения и КТ Хаунсфилда значения используются для создания маски, содержащий только НИМ. CA и TN МРТ также приобрели на том же предмете и зарегистрирован в сканирований ПЭТ-КТ, чтобы установить количественные свойства МРТ в автоматически определяется BAT маски. Преимущество этого подхода состоит в том, что сегментирование полностью автоматизирован и основан на общепризнанных методов идентификации активированного BAT (ПЭТ-КТ). Количественные свойства МРТ НДТ создана с использованием этого протокола может служить в качестве основы для МРТ-только BAT экспертизы, что позволяет избежать излучения, связанные с ПЭТ-КТ.

Introduction

В связи с отмеченной ростом ожирения во всем мире, есть повышенный интерес в научных областях, направленных на понимание энергетического баланса. Ожирение может привести к дорогостоящим и разрушительным заболеваниями, такими как диабет, болезни печени, сердечно-сосудистых заболеваний и рака, что делает его значимым предметом озабоченности для общественного здравоохранения ^1. Одним из направлений исследований, направленных на понимание баланса потребления энергии по сравнению с расходом энергии является изучение бурой жировой ткани или BAT. Хотя назвать жировой ткани, BAT отличается от более общей белой жировой ткани (WAT) во многом ^2. Функция белых адипоцитов для хранения триглицеридов в одном большом липидов вакуоли в клетке, и освободить эти триглицеридов в качестве источника энергии в поток крови, когда это необходимо. В совершенно ином порядке, функция коричневых жировых клеток, чтобы производить тепло. Одним из механизмов, посредством которого это происходит через переохлаждения. Это приводит к увеличению sympathetiС деятельность нервной системы, которая в свою очередь, активирует НИМ. При активации, коричневый адипоциты тепла. Для этого они используют триглицериды, содержащиеся во многих небольших липидов вакуолей в клетку, и через присутствие расцепления белка 1 (UCP1) в обильной митохондрий, конвертировать триглицеридов в метаболических субстратов без производства АТФ, что приводит к потере энтропийной в тепловой энергии. Как триглицериды, хранящиеся в небольших вакуолей липидов истощены, адипоцитов занимает как глюкоза и триглицеридов в крови ^3.

Интерес к изучению BAT резко возросло в последние годы из-за его вклад в не-дрожа термогенеза, его роль в модуляции расход энергии в организме, и потенциальный обратной связи между НИМ и ожирения ^{3 – 9.} Кроме того, недавние исследования на животных указывают БАТ играет важную роль в расчистке триглицеридов и глюкозы Fрум поток крови, особенно после приема высоким жира еды ^10,11. Однако, большинство из того, что мы знаем о НДТ результат исследования мелких млекопитающих, которые содержат много складов НДТ ^{4,9,12 – 15.} Несмотря на некоторые ранние исследования ^{16 – 18,} наличие НДТ людей было широко распространено мнение, не уменьшается с возрастом до недавнего времени, когда интерес к изучению человека НИМ был возобновлен. Последние исследования показывают, что относительно небольшие суммы НДТ сохраняются в зрелом возрасте ^{19 – 24.} Дополнительная фактором, ограничивающим изучение НИМ является то, что помимо биопсии и гистологического окрашивания, в настоящее время приняты однозначно метод для обнаружения битой ¹⁸ F-фтордезоксиглюкозы ⁽¹⁸ F-ФДГ) позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Современные ПЭТ-сканеры, как правило, в сочетании с компьютерной томографии (КТ) сканера. При активации холодового воздействия, BAT занимает ¹⁸ </sдо> F-ФДГ радиотрейсера, который является метаболическим аналог глюкозы, и становится видимым на ПЭТ изображений, по сравнению с гораздо более низком уровне ¹⁸ F-ФДГ поглощения при НДТ является неактивным ^20,21,23,25. КТ изображений, полученных во время ПЭТ экзамена по сканера помощью ПЭТ-КТ, чтобы дифференцировать между тканями с высокой ¹⁸ F-ФДГ поглощения путем предоставления анатомическую информацию. Это использование ПЭТ-КТ подвергает подлежащего ионизирующей радиации (преимущественно из полиэтилентерефталата, хотя доза от КТ не является незначительным), и, следовательно, нежелательны метод обнаружения ВАТ.

Хотя ряд исследований, касающихся НИМ у здоровых взрослых людей растет, недавние исследования человеческого BAT в основном были ограничены ретроспективной ПЭТ-КТ исследования ^19,25, человеческий ребенок трупы ^26,27, человеческие подростки, которые уже были допущены в больницы для другие причины ^{27 – 30,} и несколько исследований на людях здоровых взрослых31 ^{– 35.} Одна из проблем, с обоих исследованиях детей и ретроспективных исследований является возможность изменение результатов при изучении популяции пациентов, кто болен, которые могут повлиять НИМ. Кроме того, поскольку глюкоза не является предпочтительным источником топлива НДТ ^36, ПЭТ исследования не всегда может обнаружить активированный BAT, и, следовательно, может укрывают присутствие НДТ. Другая трудность в изучении БАТ с биомедицинской визуализации связан с выполнением сегментации изображения, чтобы определить границы тканей депо. В настоящее время, сегментация BAT в клинических исследованиях зачастую зависит от некоторой степени ручной сегментации изображения и, следовательно, уязвимы для неверной идентификации НДТ депо, а также изменчивости между оценщик.

Из-за этих проблем, надежных методов пространственных сопоставления, которые можно выделить НИМ из распределений Ват, наряду с автоматизированных методов сегментации, могли бы обеспечить следователям новый мощный дляола для изучения НИМ. Магнитно-резонансная томография (МРТ) имеет возможность для идентификации, пространственного отображения и объемной количественного НДТ, и в отличие от существующих гибридных ПЭТ-КТ подходов изображений, которые включают радиоактивные дозы для отображаемого предмета, МРТ не влечет ионизирующее излучение, и может быть использован безопасно и неоднократно. Способность идентифицировать и количественно НИМ помощью МРТ может иметь драматические положительное влияние на клинической эндокринологии и поиск новых направлений исследований ожирения. Предыдущее МРТ жира, воды (FWMRI) исследования ВАТ у мышей и человека показывают, что жир сигнал фракцию (ФФС) НДТ находится в диапазоне 40-80% жира, тогда как ВАТ выше 90% жира ^{15,26 , 27.} Таким образом, мы предполагаем, что это количественное FWMRI метрики, в сочетании с другими количественных показателей МРТ, могут быть использованы в дальнейшей работе для визуализации и количественного BAT депо в организме человека. Это позволит обеспечить научное сообщество мощным инструментом, с помощью которого изучить влияние БАТ на встретилсяabolism и расход энергии без использования ионизирующей радиации.

Наша исследовательская группа изучала НИМ у взрослых людей в течение последних трех лет. Наша первая публичная презентация об использовании МРТ расследования подозрительных НИМ одного взрослого человека-субъекта произошло в феврале 2012 года в Международного общества по магнитному резонансу в медицине (ISMRM) Fat-Water Separation семинаре в Лонг-Бич, Калифорния ^37. Два месяца спустя, наша группа внесла значения FSF при подозрении на НДТ двух взрослых на ^20-й ежегодной встрече ISMRM в апреле 2012 года в Мельбурне, Австралия ^38. Через год на ^21-м ежегодном заседании ISMRM в апреле 2013 года в Солт-Лейк-Сити, штат Юта, протокол, описанный в этой рукописи был использован для первой (в меру наших знаний) публичной презентации МРТ количественного ПЭТ-подтверждены BAT взрослого человека в подчиняет ^39. В частности, мы представили доказательства того, что previouslу подозреваемых ВАТ было подтверждено, что активируемый BAT с использованием как холодного активируется и равновесного температурного изображений ¹⁸ F-ФДГ ПЭТ-КТ. С 2013 года наша когорта здоровых взрослых людях, полученную с обеих МРТ и ПЭТ / КТ под термонейтральных и холодных активирована условиях расширилась до более чем 20 субъектов с результатами недавно представлен в феврале 2014 года семинара "Изучение роли бурого жира у людей "под эгидой NIH NIDDK ^40. В частности, мы сообщили FWMRI ФФС и R ₂ * релаксационные свойства в регионах надключичной BAT подтвержденных ¹⁸ F-ФДГ ПЭТ-КТ у взрослых людей, с битой трансформирования очерченной с использованием автоматизированных алгоритмов сегментации на основе холодного активируется и термонейтральной ПЭТ-КТ Фильмография. Совсем недавно мы представили результаты картирования температуры в ¹⁸ F-ФДГ ПЭТ-КТ подтвердил НИМ у взрослых людей с использованием передовых FWMRI термометрии ^41,42.

Изложенная здесь приобрестис как МРТ и ¹⁸ F-ФДГ ПЭТ-КТ на ту же тему, каждый после воздействия обоих холодных активированных термонейтральных условиях. Холодные активирована и термонейтральных ¹⁸ F-ФДГ ПЭТ-КТ используются для создания автоматически сегментированных НИМ регионах, представляющих интерес (трансформирования), касающихся конкретной теме. Эти НИМ трансформирования затем применяются к товарищескому зарегистрировано МРТ для измерения свойства МРТ в ПЭТ-КТ подтвердил НИМ.

Ограничение этого протокола является то, что температура воздуха используется, когда подвергая предметы либо теплой или холодной стимул согласуется по каждому предмету. Это ограничение, потому что температура, при которой каждый субъект переживания ощущение тепла или охлажденные могут быть разными. Таким образом, выполнив пробный сеанс, во время которого температура воздуха может регулироваться, чтобы соответствовать индивидуальной реакции, а затем с помощью этих температур в течение термонейтральных и холодной активации протоколов, это может быть возможным, чтобы получить лучшие ответовиз бурой жировой ткани.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: локальная Этическая комиссия этого института одобрил это исследование, и все пациенты дали письменное информированное согласие до участия. Чтобы иметь право на исследования, субъекты должны соответствовать следующим требованиям: никакой известной сахарный диабет; нет ис…

Representative Results

Приобретение и МРТ и ПЭТ-КТ на ту же тему, а также выполнение корегистрацию на всех сканирований обеспечивает надежную измерения количественных показателей МРТ НДТ. Рисунок 1 показывает необработанные теплый (TN) и холодной (ЦС) ПЭТ-КТ и МРТ сканы из одного предмета. Приобретая и…

Discussion

Описанный протокол исследования, предназначенные для использования как равновесного температурного и холодной активирована ПЭТ / КТ для автоматического сегмента НИМ склады на основе конкретных теме. Эти автоматически генерируемые области интереса, то могут быть применены как к терм…

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