Kwantificering van atherosclerotische plaque activiteit en vasculaire ontsteking met [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emissie Tomografie / Computed Tomography (FDG-PET/CT)

Summary

Er bestaat grote behoefte aan atherosclerose welke niet-invasief en hier zien hoe FDG-PET/CT kan worden gebruikt voor het detecteren en te kwantificeren atherosclerotische plaque activiteit en inflammatoire.

Abstract

Conventionele niet-invasieve beeldvorming van atherosclerose, zoals coronaire calcium (CAC) ¹ en carotis intima mediale dikte (C-IMT) ² geven informatie over de last van ziekte. Ondanks meerdere Validatiestudies CAC ^3-5, en C-IMT ^2,6, deze wijze niet nauwkeurig te bepalen plaque kenmerken ^7,8 en de samenstelling en inflammatoire stand van de plaat te bepalen zijn stabiliteit en derhalve het risico van klinische gebeurtenissen ^9-13.

^[18 F]-2-fluor-2-deoxy-D-glucose (FDG) beeldvorming met behulp van positron-emissie tomografie (PET) / computertomografie (CT) is uitgebreid bestudeerd in de oncologische metabolisme ^14,15. Studies die gebruik maken diermodellen en immunohistochemie bij de mens laten zien dat FDG-PET/CT is uiterst gevoelig voor het opsporen van macrofagen activiteit ^16, een belangrijke bron van cellulaire ontsteking in de vaatwanden. Moopnieuw kort hebben we ^17,18 en anderen laten zien dat FDG-PET/CT zeer nauwkeurige, nieuwe metingen van de inflammatoire activiteit van de activiteit van atherosclerotische plaques in grote en middelgrote slagaders ^9,16,19,20 mogelijk maakt. FDG-PET/CT studies hebben vele voordelen ten opzichte van andere beeldvormende technieken: 1) hoog contrast resolutie, 2) kwantificering van plaque volume en de metabolische activiteit, die voor multi-modale atherosclerotische plaque kwantificering; 3) dynamische, real-time, in vivo beeldvorming; 4) minimaal operator afhankelijkheid. Ten slotte heeft vasculaire ontsteking gedetecteerd door FDG-PET/CT is aangetoond dat cardiovasculaire (CV) evenementen onafhankelijk van de traditionele risicofactoren ^21,22 te voorspellen en is ook zeer verbonden met de totale last van atherosclerose ^23. Plaquette activiteit door FDG-PET/CT wordt gemoduleerd door bekende gunstige CV interventies, zoals op korte termijn (12 week) behandeling met een statine ²⁴ en op langere termijn therapeutische veranderingen in levensstijl (16 maanden) ^25. De huidige methodiek voor kwantificering van de FDG-opname in de atherosclerotische plaque betreft de meting van de gestandaardiseerde uptake value (SUV) van een slagader van belang en van het veneuze bloed zwembad in om een ​​doel te berekenen op de achtergrond ratio (TBR), die wordt berekend door het de arteriële SUV door het veneuze bloed zwembad SUV. Deze methode is aangetoond dat een stabiele, reproduceerbare fenotype vertegenwoordigen in de tijd, heeft een hoge gevoeligheid voor detectie van vasculaire ontsteking, en heeft ook een hoge inter-en intra-reader betrouwbaarheid van ^26. Hier presenteren we onze methodologie voor de voorbereiding van de patiënt, beeld verwerving en kwantificering van de atherosclerotische plaque activiteit en vasculaire ontsteking met behulp van SUV, TBR, en een globale parameter met de naam van de metabole volumetrische product (MVP). Deze benaderingen kunnen worden toegepast op vasculaire ontsteking te beoordelen in verschillende studie monsters van belang op een consistente manier als we hebben aangetoond in diverse eerdere publicaties. ^{9,20,27,28 <}/ Sup>

Protocol

1. Voorbereiding van de patiënt en om beelden te verkrijgen

1. Zet minstens een uur beeldvorming tijdslot op een PET / CT-scanner, bij voorkeur een met time-of-flight-mogelijkheden voor een betere beeldkwaliteit. In onze instelling, gebruiken we een Gemini TF-scanner, dat is de nieuwste PET / CT-systeem van Philips Medical Systems en een combinatie van een PET-scanner gebaseerd op lyso detectors met een 16-slice Brilliance CT-systeem.
2. Heb onderwerpen snel voor 8 uur voorafgaand aan de FDG-PET/CT scan. Controleer nuchter serum glucose (FSG) niveaus met behulp van een vingerprik aan serum glucose te verzekeren <200 mg / dL voor FDG administratie. Dit zorgt ervoor dat glucose in het lichaam niet concurreren met FDG.
3. Als FSG <200 mg / dL, plaatst u niet kleiner dan een 20-gauge intraveneuze (IV) lijn naar de radiotracer (FDG) IV beheren. Dien ongeveer 5,2 MBq / kg van FDG.
4. ~ 60 minuten na intraveneuze toediening van FDG, uit te voeren lage dosis CT-beeldvorming van het gehele lichaam. Dan verwerven PET-uitstootbeelden van de schedel hoekpunt aan de tenen. Op bepaalde PET / CT in 1.1) wordt beeldreconstructie gewoonlijk uitgevoerd met een lijst-mode maximum-likelihood verwachting-maximalisatie (ML-EM) algoritme met 33 volgorde subsets en 3 herhalingen, waarbij het systeem omvat model time-of- vlucht en normalisatie, demping, randoms, en scatter correcties. Herschaald een lage dosis CT-beelden worden gebruikt voor attenuatie correctie van de PET-beelden op een geautomatiseerde manier, wat leidt tot verminderde onderzoek en verbeterde beeldkwaliteit ten opzichte van externe radioactieve bron attenuatiecorrectie gebruikt op PET alleen machines.

2. PET Image kwalitatieve evaluatie

1. Interpreteer axiale, sagittale en coronale reconstructies PET met en zonder attenuatie correctie met behulp van een lage dosis niet-contrast CT-beelden voor de ruimtelijke afbakening van vasculaire structuren van belang, alsmede voor nauwkeurige anatomische lokalisatie van de gebieden van verhoogde radiotracer opname seen op de PET beelden.

3. PET Image kwantitatieve evaluatie

1. Na kwalitatieve evaluatie van de beelden, te identificeren grenzen aan de aorta te verdelen in de volgende secties: aorta ascendens, aortaboog, thoracale aorta, suprarenal abdominale aorta, en infrarenale abdominale aorta. Voor de eenvoud kunnen de aorta worden bepaald door die delen van de thoracale aorta die als een aaneengesloten segment dwars beelden bij bewegen in een richting craniocaudale, waarbij de stijgende en dalende delen van de thoracale aorta zal niet worden aangesloten. De oorsprong van de coeliakie slagader kan worden gebruikt als de anatomische herkenningspunt tussen de thoracale aorta en abdominale aorta en de nierslagaders dienen als de anatomische herkenningspunt tussen de bijnieren en de infrarenale segmenten van de abdominale aorta.
2. Arteriële FDG (als maat arteriële ontstoken) benen en nek wordt gemeten door een deel van interest (ROI) rond elke slagader van de rente op plakjes van de coregistered dwarse PET / CT-beelden die doorheen de slagader. In het geval van de aorta, te beginnen met de meest superieure aorta-slice, zorgvuldig te trekken elke ROI om het hele gebied van de FDG-opname op die plak zijn terwijl het vermijden van andere omliggende weefsels met een verhoogd radiotracer opname (figuur 1). Dit beeld werd genomen van een patiënt in onze vergrijzende en atherosclerose studie ^20.
3. Vervolgens wordt met behulp speciale PET / CT-beeld analyse software om de SUV te berekenen per stuk [at onze instelling, gebruiken we Extended Brilliance Workstation, Philips Healthcare, Bothell, WA] de maximale en gemiddelde gestandaardiseerde uptake value (SUV) van elke ROI wordt gemeten ( Figuur 2). Dit beeld werd genomen van een patiënt in onze vergrijzende en atherosclerose studie ^20.
4. Herhaal deze procedure voor PET-scan plakken, dat doorheen de slagaders van belang regelmatig (bijvoorbeeld elke 5 - 20 mm). De totaleaantal plakjes zal verschillen van onderwerp naar onderwerp, afhankelijk van habitus en anatomische variatie.
5. Zoek de vena cava inferior (IVC) in de buik, waar ten minste 6-8 aaneengesloten plakjes kunnen worden gevisualiseerd. Plaats een ROI rond de IVC van elke dwarsgerichte segment ten minste 8 veneuze verkrijgen betekent SUV metingen die wordt gebruikt voor weefsel te achtergrond verhouding (TBR) berekening zoals verderop beschreven.

4. Imaging Outcome berekeningen

1. Gemiddelde arteriële slice SUV's (met behulp van gemiddelde en maximale waarden) over alle segmenten die door een slagader (bijvoorbeeld halsslagader) of arteriële segment van belang (bijvoorbeeld, stijgende aorta, aorta-boog, thoracale aorta, suprarenal abdominale aorta, infrarenale abdominale aorta) te genereren betekent SUV en een maximale SUV metingen voor elke slagader of arteriële segment van belang. Deze parameters dienen als een uitkomstmaat van de gemiddelde betaalde atherosclerose in een slagader of arteriële segment van belang. Noteer de standaardafwijking van SUV's verkregen van de slice metingen voor statistische analyses.
2. Vervolgens verdelen de arteriële of arteriële segment SUV bedoelen met de veneuze gemiddelde SUV verkregen in stap 3.4 voor normalisatie doeleinden. Het resultaat is een arteriële of arteriële segment TBR maatregel, die dienst doet als een ander resultaat voor atherosclerotische plaque activiteit.
3. Tot slot, in een poging om de globale last van atherosclerose te begrijpen binnen een slagader of arteriële segment van belang, te vermenigvuldigen elk arteriële gemiddelde SUV verkregen per slice ROI van de ROI slice volume (berekend door vermenigvuldiging van de oppervlakte van de ROI van de slice dikte) en som over alle segmenten die door een slagader of arteriële segment van belang. Dit levert arteriële of arteriële segment betekent metabole-volumetrische product (MVP) als derde resultaat voor het meten van plaque activiteit en last. Van de nota, zullen regio's in een schip van belang dat geen metabole activiteit dragen weinig bij aan de MVP enDaarom is deze parameter nog geldt als maatstaf van actieve plaque.
4. Als men voert de sommatie van de aorta gemiddelde MVP's vermeld in 4.3 over alle schijven die door de aorta, is het resultaat van de wereldwijde inflammatoire last (GIB), die als vierde resultaat voor het meten van atherosclerotische plaque activiteit en atherosclerose te dienen binnen de aorta .

Een voorbeeld van waarden voor deze vier resultaten die zijn afgeleid van een patiënt als onderdeel van een studie ¹⁸ psoriasis is weergegeven in tabel 1.

5. Representatieve resultaten

De onderstaande tabel toont de verschillende methoden voor het bepalen uitkomsten voor atherosclerotische plaque activiteit en vasculaire ontsteking gedetecteerd door FDG-PET/CT bij een enkele patiënt met psoriasis.

Arteriële Segment (aantal plakken)	SUVmean (SD)	TBR (SD)	MVP (SD)	GIB (SD)
Aorta ascendens (n ​​= 8)	1.43 (0.24)	1.31 (0.18)	5.68 (3.08)	53.99 (19.50)
Aorta (n = 5)	1.38 (0.25)	1.30 (0.22)	8.88 (4.94)	59.85 (18.66)
Thoracale aorta (n = 20)	1.42 (0.20)	1.29 (0.19)	3.11 (0.98)	125,66 (53,11)
Suprarenal Abdominale Aorta (n = 29)	1.40 (0.19)	1.26 (0.17)	2.37 (0.66)	50,75 (17,64)
Infrarenale abdominale aorta (n = 26)	1.38 (0.21)	1.20 (0.16)	1.72 (0.54)	45,80 (10,86)

Figuur 1. PET beelden. Een reeks van representatieve resultaten van de eerste PET reconstructie beelden van een patiënt in onze studie van de veroudering en atherosclerose ^20, die FDG-opname laten zien in: A) de iliacale en femorale slagaders; B) knieholte slagaders; C) abdominale aorta; D) aortaboog.

Figuur 2. Regio van belang (ROI) plaatsing. Een dwarse gesmolten FDG-PET/CT beeld wordt weergegeven op het niveau van de proximale thoracale aorta van een patiënt in onze studie van de veroudering en atherosclerose ^20. De ROI is geplaatst rond de thoracale aorta, en de software zal berekende gemiddelde SUV, maximale SUV, en het gebied van ROI in mm ^2. Dit is voor een deel van data via de slagader van belang en de techniek wordt herhaald voor alle segmenten die door elk segment van de aorta.

Discussion

De methodologie hier gepresenteerde is eenvoudig uit te voeren, en kan opleveren nuttige informatie over atherosclerotische plaque activiteit en vasculaire ontsteking in klinisch significante arteriële bedden. Er zijn een aantal belangrijke kenmerken van deze analyse aanpak die de nadruk garandeert: 1) We maken gebruik van een kwalitatief hoogwaardig PET / CT-scanner waarvan 16 detector rijen heeft en met de tijd van de vlucht capaciteit; 2) We maken gebruik van twee ervaren waarnemers blind voor de klinische informatie te metingen uitvoeren om de consistentie van de kwantitatieve gegevens te waarborgen; 3) We beschrijven gelijktijdig vier uitkomsten van de kwantificering die elk informatief. Wij raden de meting van ten minste arteriële gemiddelde SUV en veneuze bloed betekent SUV, zodat TBR kan worden geschat. Wij geloven dat MVP, een nieuwe kwantitatieve parameter, zal ook een belangrijke determinant van de atherosclerotische plaque activiteit en vasculaire ontsteking te verkrijgen, omdat het globale kwantificering van de ziektelast door de integratie van structural en moleculaire afmetingen. SUV en TBR niet goed zijn voor de structurele veranderingen waargenomen in atherosclerotische vaatziekten, terwijl MVP doet. Bovendien, MVP zorgt voor een opsomming van meerdere metingen verkregen uit een schip van belang ten behoeve van de globale beoordeling.

PET / CT is bij uitstek geschikt voor de beoordeling van de korte en lange termijn effecten van therapeutische modulatie van deze resultaten, gezien de hoge gevoeligheid, een hoog contrast resolutie, kwantitatief van aard, en het vermogen om gecombineerde metabole en anatomische informatie te verstrekken. Toekomstige studies moeten ingaan op de uitwerking van standaard en nieuwe behandelingen verder dan behandeling met een statine bij vasculaire ontsteking zoals gemeten met PET / CT, maar ook op andere ziektetoestanden die geassocieerd zijn met overmatige atherosclerose, zoals het metabool syndroom, reumatoïde artritis en diabetes mellitus, zodat vooraf gebied van niet-invasieve detectie, karakterisering, en behandeling van de atherosclerose plaque.