Kvantifiering av aterosklerotisk plack aktivitet och vaskulär inflammation använda [18-F] fluordeoxiglukos Positron Emission Tomography / datortomografi (FDG-PET/CT)

Summary

Det finns ett stort behov av att identifiera ateroskleros icke-invasivt, och här visar vi hur FDG-PET/CT kan användas för att detektera och kvantifiera aterosklerotisk plack aktivitet och vaskulär inflammation.

Abstract

Konventionella icke-invasiva avbildningsmetoder av ateroskleros, såsom kranskärlssjukdom kalcium (CAC) ¹ och halspulsådern intiman mediala tjocklek (C-IMT) ² ger information om bördan av sjukdomen. Trots flera valideringsstudier av CAC ^3-5, och C-IMT ^2,6, inte dessa omständigheter inte exakt bedöma plack egenskaper ^7,8, och sammansättningen och inflammatoriska tillstånd plack bestämma dess stabilitet och därför är risken av kliniska händelser ^9-13.

^[18 F]-2-fluor-2-deoxi-D-glukos (FDG) avbildning med användning av positronemissionstomografi (PET) / datortomografi (CT) har studerats i stor omfattning vid onkologisk metabolismen ^14,15. Studier med användning av djurmodeller och immunohistokemi hos människor visar att FDG-PET/CT är utomordentligt känsliga för detektering av makrofagaktivitet ^16, en viktig källa för cellulär inflammation hos kärlväggarna. Moär nyligen har vi ^17,18 och andra visat att FDG-PET/CT möjliggör mycket exakta, nya mätningar av inflammatoriska aktiviteten av aktivitet av aterosklerotiska plack i stora och medelstora artärer ^9,16,19,20. FDG-PET/CT studier har många fördelar jämfört med andra avbildningsmetoder: 1) hög kontrast upplösning, 2) kvantifiering av plack volym och metabolisk aktivitet möjliggör multimodala aterosklerotisk plack kvantifiering, 3) dynamisk, real-time, in vivo imaging; 4) minimal operatören beroende. Slutligen har vaskulär inflammation upptäckts av FDG-PET/CT visat att förutsäga hjärt-(CV) händelser oberoende av traditionella riskfaktorer ^21,22 och är också starkt associerad med det övergripande bördan av ateroskleros ^23. Plack aktivitet genom att FDG-PET/CT moduleras av kända positiva CV insatser som på kort sikt (12 veckor) statinbehandling ²⁴ samt längre sikt terapeutiska livsstilsförändringar (16 månader) ^25. Den nuvarande metoden för kvantifiering av FDG upptag i aterosklerotisk plack innebär mätning av standardiserade upptaget värdet (SUV) av en artär i intresse och det venösa blodet poolen för att beräkna ett mål till bakgrundsinformation förhållande (TBR), som beräknas genom att dividera den arteriella SUV genom den venösa blodpoolen SUV. Denna metod har visat sig vara ett stabilt, reproducerbar fenotyp tiden, har en hög känslighet för detektion av vaskulär inflammation, och har även hög inter-och intra-läsaren tillförlitlighet ^26. Här presenterar vi vår metodik för patientförberedelse, bild förvärv, och kvantifiering av aterosklerotisk plack aktivitet och vaskulär inflammation med SUV, TBR, och en global parameter som kallas metabola volymetriska produkten (MVP). Dessa metoder kan användas för att bedöma vaskulär inflammation i olika studiecirklar prover av intresse på ett enhetligt sätt som vi har visat i flera tidigare publikationer. ^<9,20,27,28/ Sup>

Protocol

1. Patient Förberedelser och att skapa bilder

1. Säkra minst en timmes slot avbildning tid på en PET / CT-scanner, helst en med time-of-flight funktioner för förbättrad bildkvalitet. På vår institution använder vi en Gemini TF scanner, som är den nyaste PET / CT-system från Philips Medical Systems och kombinerar en PET-scanner baserad på Lyso detektorer med ett 16-slice Brilliance CT system.
2. Har ämnen snabbt för 8 timmar före FDG-PET/CT sökningen. Kontrollera fasteserumglukos (FSG) nivåer med hjälp av en fingret för att försäkra serumglukos <200 mg / dL före FDG administration. Detta säkerställer att glukos i kroppen inte konkurrerar med FDG.
3. Om FSG <200 mg / dL sätter inte mindre än en 20-gauge intravenös (IV) linje att administrera radiotracer (FDG) IV. Administrera cirka 5,2 MBq / kg av FDG.
4. ~ 60 minuter efter intravenös administrering av FDG, utför låg dos CT av hela kroppen. Därefter förvärva PET utsläppbilder från skallen vertex till tårna. På den särskilda PET / CT anges i 1,1), är bildrekonstruktion normalt utföras med en list-mode maximal sannolikhet förväntan-maximering (ML-EM) algoritm med 33 beställda delmängder och 3 iterationer där systemet modellen inkluderar tid-of- flygning samt normalisering, dämpning, randoms och spridning korrigeringar. Återskalade lågdos-CT bilder används för dämpning korrigering av PET bilder i ett automatiserat sätt, vilket leder till minskad kontroll och förbättrad bildkvalitet i förhållande till extern strålkälla dämpning korrigering används på PET bara maskiner.

2. PET-bilden Kvalitativ utvärdering

1. Tolka axiella, sagittal och koronala PET rekonstruktioner med och utan dämpning korrigering med hjälp låg dos icke-kontrastförstärkt CT-bilder för rumslig avgränsning av vaskulära strukturer av intresse, liksom för exakt anatomisk lokalisering av områden med ökad radiotracer upptag seen på PET bilder.

3. PET-bilden Kvantitativ utvärdering

1. Efter kvalitativ granskning av bilderna, identifiera gränser för att dela aortan i följande avsnitt: Stigande aorta, aortabågen, fallande aorta, suprarenal bukaorta och infrarenala bukaorta. För enkelhets skull kan aortabågen definieras av de partier av bröstaortan som visas som ett intilliggande segment på tvärgående bilder vid rörelse i en riktning craniocaudal, där de stigande och fallande delarna av bröstaortan inte visas skall anslutas. Ursprunget för celiaki artären kan användas som den anatomiska landmärke mellan den nedåtgående bröstaortan och bukaorta och njurartärerna tjäna som den anatomiska landmärke mellan suprarenal och infrarenala segment av den abdominala aortan.
2. Arteriell FDG upptag (som ett mått på arteriell inflammation) i benen och nacke mäts genom att placera en region av interest (ROI) runt varje artär ränta på skivor av coregistered tvärgående PET / CT bilder som passerar genom artären. I fallet av aorta, som börjar med den mest överlägsna aorta skiva, noggrant rita upp varje ROI till att omfatta hela området för FDG upptag på den skiva och samtidigt undvika andra omgivande vävnader med ökad radiotracer upptag (Figur 1). Denna bild togs från en patient i vårt åldrande och åderförkalkning studie ^20.
3. Därefter med hjälp av speciell PET / CT-programvara bildanalys för att beräkna SUV per skiva [at vår institution använder vi Extended Brilliance Workstation, Philips Healthcare, Bothell, WA] högsta och innebär standardiserad upptag värde (SUV) av varje ROI mäts ( figur 2). Denna bild togs från en patient i vårt åldrande och åderförkalkning studie ^20.
4. Upprepa proceduren för PET-undersökning skivor som passerar genom artärerna av intresse med jämna mellanrum (t.ex. varje 5 - 20 mm). Den totalaantal skivor kommer att skilja sig från patient till patient beroende på kroppen habitus och anatomiska variation.
5. Lokalisera den nedre hålvenen (IVC) i buken där minst 6-8 intilliggande skivor kan visualiseras. Placera en ROI kring IVC på varje tvärgående skiva för att få minst 8 venös menar SUV mätningar som kommer att användas för mjukpapper till bakgrunden förhållande (TBR) beräkning som beskrivs senare.

4. Imaging Utfall Beräkningar

1. Genomsnittlig arteriella skiva stadsjeepar (med hjälp av medelvärden och maxvärden) över alla skivor som passerar genom en artär (t.ex. halspulsådern) eller arteriell segment av intresse (t.ex. stigande aorta, aortabågen, fallande aorta, suprarenal bukaorta, infrarenala bukaorta) att skapa menar SUV och maximala SUV mätningar för varje artär eller arteriell segment av intresse. Dessa parametrar användas som en utgång mått på genomsnittet av ateroskleros i en artär eller arteriell segmentet av intresse. Registrera standardavvikelse av SUV erhållen genom utloppsmunstycket mätningar för statistisk analys.
2. Därefter, dela den arteriella eller arteriell segment menar SUV med venösa innebära SUV som erhållits i steg 3,4 för normalisering ändamål. Resultatet är en arteriell eller arteriell segment TBR åtgärd, som fungerar som en annan lösning för aterosklerotisk plack aktivitet.
3. Slutligen, i ett försök att förstå den globala bördan av aterosklerotisk sjukdom inom en artär eller arteriell segment av intresse, multiplicera varje arteriell genomsnittliga SUV erhållas per skiva ROI med slice ROI volymen (beräknas genom att multiplicera det område av ROI av skivtjocklek) och summan över alla skivor som passerar genom en artär eller arteriell segmentet av intresse. Detta ger arteriella eller arteriell segment innebär metabolisk-volymetriska produkt (MVP) som en tredje utfall för mätning av plack aktivitet och belastning. Att notera kommer regioner i ett kärl av intresse som inte har någon metabolisk aktivitet bidrar lite till MVP ochDärför är denna parameter fortfarande giltig som ett mått på aktiv plack.
4. Om man utför summeringen av MVP aorta genomsnittliga anges i 4,3 över alla skivor som passerar genom aorta, kommer resultatet att bli den globala inflammatoriska börda (GIB), som kommer att fungera som en fjärde utfall för mätning av aterosklerotisk plack aktivitet och åderförkalkning i stora kroppspulsådern .

Ett exempel på värden för dessa fyra resultat som har erhållits från en enda patient som en del av en pågående studie ¹⁸ i psoriasis visas i tabell 1.

5. Representativa resultat

Tabellen nedan visar olika metoder för att bestämma utfallet för aterosklerotisk plack aktivitet och vaskulär inflammation detekteras av FDG-PET/CT i en enda patient med psoriasis.

Artärsegmentet (antal skivor)	SUVmean (SD)	TBR (SD)	MVP (SD)	GIB (SD)
Aortaascendens (n ​​= 8)	1.43 (0.24)	1.31 (0.18)	5.68 (3.08)	53.99 (19.50)
Aortabågen (n = 5)	1.38 (0.25)	1.30 (0.22)	8.88 (4.94)	59,85 (18,66)
Omvänd bröstaorta (n = 20)	1.42 (0.20)	1.29 (0.19)	3.11 (0.98)	125,66 (53,11)
Suprarenal bukaortan (n = 29)	1.40 (0.19)	1.26 (0.17)	2.37 (0.66)	50.75 (17.64)
Infrarenala bukaortan (n = 26)	1.38 (0.21)	1.20 (0.16)	1.72 (0.54)	45.80 (10.86)

Figur 1. PET bilder. En serie representativa resultaten av de inledande PET återuppbyggnad bilder från en patient i vår studie av åldrande och ateroskleros ²⁰ som visar FDG upptag i: A) iliaca och femorala artärer, b) popliteala artärer, c) bukaorta, D) aortabågen.

Figur 2. Region av intresse (ROI) placering. En tvärgående smält FDG-PET/CT bild visas på samma nivå som den proximala nedåtgående bröstaorta från en patient i vår studie av åldrande och ateroskleros ^20. ROI placeras runt den nedåtgående bröstaorta, och programmet kommer att beräknade medelvärdet för SUV, maximal SUV och området ROI i mm ^2. Detta är för en skiva av data genom denna arteriella segmentet av intresse, och tekniken upprepas sedan för alla segment som passerar genom varje segment av aorta.

Discussion

Metodiken som presenteras här är enkel att utföra och kan ge användbar information om aterosklerotisk plack aktivitet och vaskulär inflammation i kliniskt signifikanta arteriella sängar. Det finns några viktiga inslag i denna analys metod som motiverar betoning: 1) Vi använder en hög kvalitet PET / CT scanner som har 16 detektor raderna och med tiden att flyga kapacitet, 2) Vi använder två erfarna observatörer blinda för den kliniska informationen till utföra mätningar för att säkerställa överensstämmelse mellan kvantitativa data, 3) Vi beskriver samtidigt fyra resultatet av kvantifiering, som var och informativ. Vi rekommenderar mätning av minst arteriell medelvärde SUV och venöst blod innebär SUV så att handelshinder kan uppskattas. Vi tror att MVP, en roman kvantitativ parameter också kommer att vara en viktig faktor för aterosklerotisk plack aktivitet och vaskulär inflammation att få, eftersom det ger global kvantifiering av sjukdomsbördan genom att införliva structural och molekylär mätningar. SUV och TBR inte svara inte för de strukturella förändringar som observerats i aterosklerotiska kärlsjukdomar, medan MVP gör. Vidare medger MVP för summering av ett flertal mätningar erhållna från ett kärl av intresse för ändamålen enligt globala bedömning.

PET / CT är idealisk för bedömning av de korta och långsiktiga effekter av terapeutisk modulering av dessa resultat med tanke på dess höga känslighet, hög kontrast upplösning, kvantitativa naturen och förmåga att erbjuda kombinerade metabola och anatomisk information. Framtida studier bör undersöka effekterna av standard och nya behandlingar utanför statinbehandling vid vaskulär inflammation mätt med PET / CT, samt på andra sjukdomstillstånd i samband med ett överskott ateroskleros, såsom metabolt syndrom, reumatoid artrit och diabetes mellitus, så att före området för icke-invasiv detektion, karakterisering och behandling av ateroskleros plack.