定量 =18F_-Naf-PET-MRI 分析,用于评估面部腰痛患者的动态骨质周转率
Summary
反映动态骨质流动的成像技术可能有助于描述各种骨病。我们提供了详细的方法,用于使用腰面关节作为典型感兴趣的典型区域,在有面性腰痛的患者中执行和分析动态 [18F_-NaF-PET-MRI 数据]。
Abstract
反映动态骨质流动的成像技术可能有助于描述各种骨病。骨骼是一种动态组织,通过成骨细胞的竞争性活动进行连续重塑,产生新的骨基质和成骨细胞,其功能是消除矿化骨。•18F_-NaF 是一种正电子发射断层扫描 (PET) 放射跟踪器,可实现骨代谢的可视化。•18F_-NaF被成骨细胞化学吸收到骨基质中的羟基磷灰石中,因此可以无创地检测成骨细胞活性,这是传统成像技术所隐匿的。动态 =18F_-NaF-PET 数据的动力学建模提供了骨代谢的详细定量测量。传统的半定量PET数据,利用标准化的摄取值(SUV)作为放射性跟踪器活性的量度,由于其对示踪剂摄取时间的快照,被称为静态技术。 然而,动力学建模利用动态图像数据,持续获取示踪器电平,提供跟踪器接收时间分辨率。从动态数据的动力学建模中,可以提取血流和代谢率(即,追踪动力学的潜在信息指标)等定量值,所有这些都与图像数据中的测量活动有关。当与双模PET-MRI结合使用时,区域特异性动力学数据可与MRI提供的解剖学登记的高分辨率结构和病理信息相关。本方法学手稿旨在概述执行和分析动态 +18F+-NaF-PET-MRI 数据的详细技术。腰面关节是退行性关节炎的常见部位,也是轴向腰痛的常见原因。 最近的研究表明,18F_-NaF-PET 可能是痛苦的面部疾病的有用生物标志物。 因此,本手稿中的人类腰面关节将作为动态 [18F]-NaF-PET-MRI 分析的原型区域。
Introduction
骨病理学的标准临床成像技术主要限于描述结构变化,这可能是非特异性的。例如,与正常老化相关的无症状形态异常可能与导致严重疼痛和残疾的退行性改变无法区分。骨骼是一种动态组织,通过成骨细胞的竞争性活动进行连续重塑,产生新的骨基质和成骨细胞,其功能是消除矿化骨2。•18F_-NaF 是一种正电子发射断层扫描 (PET) 放射跟踪器,可实现骨组织代谢的可视化。•18F_-NaF 被成骨细胞化学吸收到骨基质中的羟基磷灰石中,因此可以无创地检测成骨细胞活性,从而检测出与传统成像技术不一致的神秘代谢过程。因此,[18F_-NaF] 已用于描述骨骼疾病中越来越多的骨骼疾病的特征,包括肿瘤、炎症和骨关节退行性疾病 3、4、5.
PET 数据最常以半定量方式分析,在具有标准化接受值 (SUV) 的常规临床实践中可以轻松执行。作为一个指标,SUV是有用的临床医生,因为它们代表组织接受相对于身体的其余部分6。后续扫描的值可用于观察治疗或疾病进展导致的摄入变化。SUV的数值特性也有助于比较患者和在同一患者的连续扫描之间。用于计算SUV的算法,公式1,假设示踪剂均匀地分布在全身,瘦体质量准确地表示全身体积。因此,SUV 是一种半定量的测量。对于给定的感兴趣区域 (ROI),SUV最大值(ROI 内的最大 SUV 值)和 SUV 平均值(ROI内所有抽样 SUV 的平均值)是临床实践中常用的 SUV 指标6。
动态 PET 数据的动力学建模也可以进行更详细的定量分析。虽然SUV数据采集是静态的,但动力学建模利用动态图像数据,持续获取示踪量,提供时态维度。 从动态数据的更复杂的动力学建模中,可以根据图像数据中的测量活动提取示踪动力学的定量值和信息指标。图17显示了用于动态动力学建模的双组织隔间模型样本。 Cp是血浆中示踪剂的浓度,而 Ce和 Ct分别表示目标骨基质中未结合的间隙空间和结合示踪剂中的浓度。K1,k 2,k3,k4,是4个速率参数,用于描述示踪器洗涤输入/流出和绑定的动力学模型。K1描述从动脉等离子体进入插页空间 (C t) 的示踪剂,k2描述从插页空间扩散回等离子体的示踪器的分数,k3描述从中移的示踪器间间 (Ce)空间到骨骼 (Ct), 和 k4描述从骨骼 (Ct)移回间质空间 (Ce) 的示踪剂。
图 1.用于动态动力学建模的两组织隔间模型示例。Cp是血浆室中的示踪剂浓度,Ce自由和非特约结合的示踪剂在组织中浓度,Ct特特定结合示踪剂浓度在组织中。请点击此处查看此图的较大版本。
Patlak 动力学模型生成 Ki_Patlak作为放射性跟踪器流入率(mL/ccm/min、立方厘米 = ccm)从血库中流入骨基质的量度。然后,可以使用公式 2和公式 3 分别计算从血库中到骨骼矩阵的示踪量和公式3,分别用于 Ki_Patlak和 Ki_非线性。 Ki_Patlak和 Ki_非线性是分别使用两个模型将动脉血库和不可逆地结合到子站点骨骼矩阵的速率。帕特拉克模型和非线性动力学模型在动态数据的利用上存在差异。帕特拉克模型要求达到平衡,然后从已建立的线性斜率计算流入率。Patlak 动力学模型通过使用 24 分钟的时间将等离子池 Cp平衡到未绑定池 Cu,从而产生 Ki_Patlak的流入率。 24 分钟的时间可能会根据发现的所有子位与样品中的血浆池达到平衡的时间而变化。计算严谨的非线性模型使用整个时间数据来拟合曲线。
本方法学手稿旨在概述执行动态 +18F+-NaF-PET-MRI 的详细技术。 腰面关节是退行性关节炎的常见部位,也是轴向腰痛的常见病因8。 最近的研究表明,18F_-NaF-PET-MRI可能是痛苦的面部疾病9的有用生物标志物。 因此,将分析单个患者的面部腰椎关节,作为典型 ROI 进行动态 +18F_-NaF-PET-MRI 分析。
Protocol
Representative Results
Discussion
在本文的手稿中,我们提供了动态 [18F]-NaF-PET-MRI 对评估各种骨病学的潜在效用的背景,并概述了动态 [18F]-NaF-PET-MRI 图像的技术利用人腰面关节作为感兴趣的典型区域进行采集和分析。双模位 PET-MRI 允许在与 MR 数据采集所需的时间段内采集动态 PET 数据,从而最大限度地延长扫描时间的重叠。虽然 MRI 提供脊柱的高分辨率结构成像,可轻松识别广泛的骨病,但添加具有混合 PET-MRI 的定量动…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
研究支持由NIH P50AR060752和GE医疗保健提供。我们要感谢瓦希德·拉万法尔的支持。
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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