Analyse quantitative [18F]-Naf-PET-MRI pour l'évaluation du chiffre d'affaires dynamique d'os dans un patient présentant la douleur lombaire facetogenic
Summary
Les techniques d’imagerie qui reflètent le renouvellement dynamique des os peuvent aider à caractériser un large éventail de pathologies osseuses. Nous présentons des méthodologies détaillées pour effectuer et analyser les données dynamiques [18F]-NaF-PET-MRI chez un patient présentant la lombalgie facetogénique utilisant les joints de facette lombaire comme région prototypique d’intérêt.
Abstract
Les techniques d’imagerie qui reflètent le renouvellement dynamique des os peuvent aider à caractériser un large éventail de pathologies osseuses. L’os est un tissu dynamique subissant un remodelage continu avec l’activité concurrente des ostéoblastes, qui produisent la nouvelle matrice osseuse, et des ostéoclastes, dont la fonction est d’éliminer les os minéralisés. [18F]-NaF est un radiotracer de tomographie par émission de positons (PET) qui permet la visualisation du métabolisme osseux. [18F]-NaF est chimiquement absorbé dans l’hydroxyapatite dans la matrice osseuse par les ostéoblastes et peut ainsi détecter non invasivement l’activité ostéoblastique, qui est occulte aux techniques conventionnelles d’imagerie. La modélisation cinétique des données dynamiques [18F]-NaF-PET fournit des mesures quantitatives détaillées du métabolisme osseux. Les données tep semi-quantitatives conventionnelles, qui utilisent des valeurs d’utilisation normalisées (VUS) comme mesure de l’activité des radiotraceurs, sont appelées une technique statique en raison de son instantané de l’utilisation des traceurs dans le temps. La modélisation cinétique, cependant, utilise des données d’image dynamiques où les niveaux de traceur sont continuellement acquis fournissant la résolution temporelle d’adoption de traceur. À partir de la modélisation cinétique des données dynamiques, des valeurs quantitatives comme le flux sanguin et le taux métabolique (c.-à-d., des mesures potentiellement informatives de la dynamique des traceurs) peuvent être extraites, le tout en ce qui concerne l’activité mesurée dans les données d’image. Lorsqu’elles sont combinées avec la double modalité PET-MRI, les données cinétiques spécifiques à la région peuvent être corrélées avec les informations structurelles et pathologiques à haute résolution enregistrées anatomiquement offertes par MRI. L’objectif de ce manuscrit méthodologique est de décrire des techniques détaillées d’exécution et d’analyse des données dynamiques [18F]-NaF-PET-MRI. L’articulation de facette lombaire est un site commun de la maladie dégénérative d’arthrite et une cause commune pour la douleur lombaire axiale. Des études récentes suggèrent [18F]-NaF-PET peut servir de biomarqueur utile de la maladie facetogénique douloureuse. L’articulation de la facette lombaire humaine sera donc utilisée comme une région d’intérêt prototypique pour l’analyse dynamique [18F]-NaF-PET-MRI dans ce manuscrit.
Introduction
Les techniques standard d’imagerie clinique de la pathologie osseuse se limitent principalement à caractériser les changements structurels, qui peuvent être non spécifiques. Par exemple, les anomalies morphologiques asymptomatiques liées au vieillissement normal peuvent être indiscernables des altérations dégénératives qui sont responsables de la douleur grave et de l’incapacité1. L’os est un tissu dynamique subissant un remodelage continu avec l’activité concurrente des ostéoblastes, qui produisent la nouvelle matrice osseuse, et les ostéoclastes, dont la fonction est d’éliminer les os minéralisés2. [18F]-NaF est un radiotracer de tomographie par émission de positons (PET) qui permet la visualisation du métabolisme des tissus osseux. [18F]-NaF est chimiquement absorbé dans l’hydroxyapatite dans la matrice d’os par des ostéoblastes et peut ainsi détecter non invasivement l’activité ostéoblastique, détectant ainsi un processus métabolique qui est occulte aux techniques conventionnelles d’imagerie. En conséquence, [18F]-NaF a été utilisé pour caractériser la pathologie osseuse dans un nombre croissant de troubles osseux, y compris les néoplasmes, inflammatoires, et les maladies dégénératives de l’os et les articulations3,4,5 .
Les données de TEP sont le plus souvent analysées de façon semi-quantitative, ce qui peut être facilement exécuté dans la pratique clinique courante avec des valeurs d’utilisation normalisées (VUS). À titre métrique, les VUS sont utiles aux cliniciens car ils représentent l’apport tissulaire par rapport au reste du corps6. Les valeurs des balayages suivants peuvent être employées pour observer des changements dans l’utilisation en raison du traitement ou de la progression de la maladie. La nature numérique des VUS aide également en comparaison entre les patients et entre les balayages successifs dans le même patient. L’algorithme utilisé pour calculer les VUS, Equation 1, fait l’hypothèse que le traceur est également réparti dans tout le corps et que la masse maigre du corps représente avec précision le volume du corps entier. En tant que tel, les VUS sont une mesure semi-quantitative. Pour une région d’intérêt donnée (ROI), SUVmax (la valeur maximale suv dans un roi d’investissement), et lamoyenne SUV (la moyenne de tous les VUS échantillonnés dans un ROI) sont couramment utilisés suv métriques dans la pratique clinique6.
La modélisation cinétique des données TEP dynamiques peut également être effectuée pour une analyse quantitative plus détaillée. Alors que l’acquisition de données SUV est statique, la modélisation cinétique utilise des données d’image dynamiques où les niveaux de traceur sont continuellement acquis fournissant une dimension temporelle. À partir de la modélisation cinétique plus complexe des données dynamiques, des valeurs quantitatives et des mesures informatives de la dynamique des traceurs peuvent être extraites en ce qui concerne l’activité mesurée dans les données d’image. Un modèle de compartiment à deux tissus d’échantillon utilisé pour la modélisation cinétique dynamique est montré dans la figure 17. Cp est la concentration de traceur dans le plasma sanguin tandis que Ce et Ct représentent la concentration dans l’espace interstitiel non lié et le traceur lié dans la matrice osseuse cible respectivement. K1, k2, k3, k4, sont 4 paramètres de taux qui décrivent le modèle cinétique pour tracer laver dans / hors et la liaison. K1 décrit le traceur pris à partir du plasma artériel dans l’espace interstitiel (Ct), k2 décrit la fraction de traceur qui diffuse de l’espace interstitiel au plasma, k3 décrit le traceur qui se déplace à partir de interstitielle (Ce) espace à l’os (Ct), et k4 décrit le traceur qui se déplace de l’os (Ct) de retour à l’espace interstitiel (Ce).
Figure 1 . Un modèle de compartiment à deux tissus d’échantillon pour la modélisation cinétique dynamique. Cp est la concentration de traceur dans le compartiment de plasma sanguin, Ce concentration libre et non-spécifiquement liée de traceur dans le tissu, et Ct la concentration spécifiquement liée de traceur dans le tissu. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Le modèle cinétique Patlak produit Ki-Patlak comme mesure du taux d’afflux de radiotraceurs (mL/ccm/min, cm cube et cmcm) de la mare de sang dans la matrice osseuse. Le taux d’afflux de traceurs de la mare de sang à la matrice osseuse peut ensuite être calculé à l’aide de l’équation 2 et de l’équation 3 pour Ki-Patlak et Ki-NonLinear respectivement. Ki-Patlak et Ki-NonLinear sont les taux auxquels [18F]-NaF quitte la mare artérielle et se lie de façon irréversible à une matrice osseuse sous-site, en utilisant les deux modèles respectivement. Une différence entre le modèle cinétique Patlak et non linéaire réside dans leur utilisation des données dynamiques. Le modèle Patlak nécessite l’équilibre pour être atteint et calcule ensuite le taux d’afflux à partir de la pente linéaire établie. Le modèle cinétique Patlak produit des taux d’afflux ki-Patlak, en utilisant un temps de 24 minutes pour l’équilibre de la piscine plasma, Cp, à la piscine non liée, Cu. Le temps de 24 minutes peut changer en fonction du temps trouvé pour tous les sous-sites pour atteindre l’équilibre avec le pool de plasma dans l’échantillon. Le modèle non linéaire plus rigoureux sur le plan computationnelle utilise l’ensemble des données temporelles pour s’adapter à une courbe.
L’objectif de ce manuscrit méthodologique est de décrire des techniques détaillées pour effectuer dynamique [18F]-NaF-PET-MRI. L’articulation de facette lombaire est un site commun de la maladiedégénérative d’arthrite et une cause commune pour la douleur lombaire axiale 8. Des études récentes suggèrent [18F]-NaF-PET-MRI peut servir de biomarqueur utile de la maladie facialtogénique douloureuse9. Les articulations lombaires humaines d’un patient simple présentant la lombalgie facetogenic seront ainsi analysées comme roi prototypique pour l’analyse dynamique [18F]-NaF-PET-MRI.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans ce manuscrit méthodologique, nous avons fourni des informations sur l’utilité potentielle de la dynamique [18F]-NaF-PET-MRI pour l’évaluation d’un large éventail de pathologies osseuses et avons décrit les techniques pour l’image dynamique [18F]-NaF-PET-MRI l’acquisition et l’analyse utilisant les joints lombaires humains comme régions prototypiques d’intérêt. La double modalité PET-MRI permet l’acquisition de données TEP dynamiques sur une période similaire à celle requise pour l’a…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Le soutien à la recherche a été fourni par NIH P50AR060752 et GE Healthcare. Nous tenons à saluer le soutien de Vahid Ravanfar.
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 |
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