顔面性腰痛患者における動的骨回転率の評価に関する定量的[18F]-Naf-PET-MRI分析
Summary
動的な骨のターンオーバーを反映するイメージング技術は、幅広い骨病理の特徴付けに役立つ可能性がある。我々は、目的の原型的領域として腰椎ファセット関節を用いて、顔面性腰痛を有する患者における動的[18 F]-NaF-PET-MRIデータを実行および分析するための詳細な方法論を提示する。
Abstract
動的な骨のターンオーバーを反映するイメージング技術は、幅広い骨病理の特徴付けに役立つ可能性がある。骨は、新しい骨マトリックスを産生する破骨芽球子と、ミネラル化された骨を排除する機能を持つ破骨球菌の競合する活性を伴う連続的なリモデリングを受けている動的組織である。[18F]-NaFは骨代謝の視覚化を可能にする陽電子放射断層撮影(PET)放射放射レーサーである。[18F]-NaFは骨芽細胞によって骨マトリックス中のヒドロキシアパタイトに化学的に吸収され、従って従来のイメージング技術にオカルトである骨芽細胞活性を非侵襲的に検出することができる。動的[18F]-NaF-PETデータの運動モデリングは、骨代謝の詳細な定量測定を提供します。従来の半定量PETデータは、標準化された取り込み値(SUV)を放射レーサー活動の尺度として利用し、時間のトレーサー取り込みのスナップショットによる静的手法と呼ばれています。 ただし、キネティック モデリングでは、トレーサー レベルが継続的に取得され、トレーサーの取り込み時間分解能が得られる動的な画像データが利用されます。動的データの運動モデリングから、血流および代謝速度などの定量的な値(すなわち、トレーサーダイナミクスの潜在的に有益なメトリック)を抽出することができ、画像データ内の測定された活動に関してすべてである。デュアルモダリティPET-MRIと組み合わせると、領域特異的運動データはMRIによって与えられる解剖学的に登録された高分解能構造および病理学的情報と相関させることができる。この方法論的な原稿の目的は、動的な[18F]-NaF-PET-MRIデータを実行および分析するための詳細な技術を概説することです。腰椎ファセット関節は、変性関節炎疾患の一般的な部位であり、軸下腰痛の一般的な原因である。 最近の研究は[18F]-NaF-PETが痛みを伴う顔面疾患の有用なバイオマーカーとして役立つことを示唆している。 したがって、ヒト腰部ファセット関節は、この原稿における動的[18F]-NaF-PET-MRI分析のための目的の原型的領域として使用される。
Introduction
骨病理学の標準的な臨床イメージング技術は、主に構造変化を特徴付けるに限定され、これは非特異的でありうる。例えば、正常な老化に関連する無症候性形態異常は、重度の疼痛および障害を引き起こす変性変化と区別できない場合がある1。骨は、新しい骨マトリックスを産生する破骨芽球子と骨形成術の競合する活性を伴う連続的なリモデリングを受けている動的組織であり、その機能は、ミネラル化された骨2を排除することである。[18F]-NaFは、骨組織代謝の可視化を可能にする陽電子放射断層撮影(PET)放射トレーサーです。[18F]-NaFは骨芽細胞によって骨マトリックス中のヒドロキシアパタイトに化学的に吸収され、従って骨芽細胞活性を非侵襲的に検出することができ、それによって従来のイメージング技術にオカルトである代謝過程を検出することができる。その結果、[18 F]-NaFは、新生物、炎症性、骨および関節の変性疾患を含む骨疾患の増加数における骨病理学の特徴付けに用いられてきた3,4,5.
PETデータは、最も一般的に半定量的な方法で分析され、標準化された取り込み値(SUV)を使用した日常的な臨床実践で容易に行うことができます。メトリックとして、SUVは、身体の残りの部分に対する組織の取り込み6を表すので、臨床医に有用である。その後のスキャンからの値は、治療または疾患の進行の結果としての取り込みの変化を観察するために使用され得る。SUVの数値性は、患者間および同じ患者の連続したスキャン間の比較にも役立ちます。SUVの計算に使用されるアルゴリズム、式 1は、トレーサーが全身に均等に分布し、リーンボディの質量が正確に全身の体積を表すと仮定します。そのため、SUVは半定量的な測定値です。特定の対象地域(ROI)、SUVマックス(ROI内の最大SUV値)、およびSUV平均(ROI内のすべてのサンプリングされたSUVの平均)は、臨床実践6で一般的に使用されるSUVメトリックです。
動的PETデータの運動モデリングは、より詳細な定量分析のためにも実行できます。SUV データの取得は静的ですが、キネティック モデリングでは、トレーサー レベルが連続的に取得され、時間ディメンションが提供される動的な画像データが利用されます。 動的データのより複雑な運動モデリングから、画像データ内の測定されたアクティビティに関して、トレーサーダイナミクスの定量値と有益なメトリックを抽出できます。動的運動モデリングに使用されるサンプル 2 組織コンパートメント モデルを図 17に示します。 Cpは血漿中のトレーサーの濃度であり、CeおよびCtは、それぞれ標的骨マトリックスにおける非結合間質空間および結合トレーサーにおける濃度を表す。 K1,k 2,k3, k4は、トレーサーの洗浄/バインドおよびバインディングの運動モデルを記述する 4 つのレート パラメータです。K1は、動脈プラズマから間質空間 (C t) に取り込まれたトレーサーを記述し、k2は間質空間からプラズマに戻って拡散するトレーサーの割合を表し、k3はから移動するトレーサーを記述します。間質(Ce)空間から骨(C t)、およびk4は、骨(Ct)から間質空間(C e)に戻るトレーサーを表す。
図 1.動的運動モデリングのためのサンプル2ティッシュコンパートメントモデル。Cpは、血漿コンパートメントにおけるトレーサー濃度、組織内のCe自由および非特異的結合トレーサー濃度、および組織内のCt特異的結合トレーサー濃度である。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
Patlakキネティックモデルは、血液プールから骨マトリックスへの放射レーサー流入率(mL/ccm/min、立方センチメートル=ccm)の尺度としてKi_Patlakを生成します。血液プールから骨マトリックスへのトレーサー流入率は、Ki_Patlakと Ki_NonLinearの方程式 2と式 3をそれぞれ使用して計算できます。Ki_Patlakと Ki_Non線形は、[18 F]-NaF が動脈血中プールを離れ、2 つのモデルを使用してサブサイト ボーン マトリックスに不可逆的に結合する速度です。Patlak モデルと非線形運動モデルの違いは、動的データの利用です。Patlak モデルでは、平衡を満たしてから、確立された線形勾配からの流入率を計算する必要があります。Patlak キネティックモデルは、プラズマプール、Cp、非結合プール、Cuの平衡化に24分の時間を使用して、K i_Patlak流入率を生成します。 24分の時間は、サンプル内のプラズマプールとの平衡に達するために見つかったすべてのサブサイトの時間に応じて変化することができます。より計算的に厳密な非線形モデルでは、時間データ全体をカーブに適合させるために使用します。
この方法論的な原稿の目的は、動的を実行するための詳細な技術を概説することです[18F]-NaF-PET-MRI. 腰椎ファセット関節は、変性関節炎疾患の一般的な部位であり、軸下腰痛の一般的な原因である8. 最近の研究は[18 F]-NaF-PET-MRIが痛みを伴う顔面原性疾患9の有用なバイオマーカーとして役立つことを示唆している。 顔面性腰痛を持つ単一の患者からのヒト腰椎ファセット関節は、動的[18F]-NaF-PET-MRI分析のための原型ROIとして分析されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
この方法論的な原稿では、広範囲の骨病理を評価するための動的[18F]-NaF-PET-MRIの潜在的な有用性に関する背景を提供し、動的[18F]-NaF-PET-MRI画像の技術を概説した。対象の原型的な領域としてヒト腰椎ファセット関節を用いて取得および分析する。デュアルモダリティPET-MRIにより、MRデータ取得のみに必要とされるのと同様の期間で動的PETデータを取得できるため、スキャン時?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
研究支援はNIH P50AR060752とGEヘルスケアによって提供されました。我々は、ヴァヒド・ラヴァンファーの支援を認めしたいと思います。
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 |
References
- Brinjikji, W., et al. Systematic literature review of imaging features of spinal degeneration in asymptomatic populations. AJNR American Journal of Neuroradiology. 36 (4), 811-816 (2015).
- Binder, D. S., Nampiaparampil, D. E. The provocative lumbar facet joint. Current Reviews in Musculoskeletal Medicine. 2 (1), 15-24 (2009).
- Spick, C., et al. Detection of Bone Metastases Using 11C-Acetate PET in Patients with Prostate Cancer with Biochemical Recurrence. Anticancer Research. 35 (12), 6787-6791 (2015).
- Brans, B., et al. Assessment of bone graft incorporation by 18 F-fluoride positron-emission tomography/computed tomography in patients with persisting symptoms after posterior lumbar interbody fusion. EJNMMI Research. 2 (1), 42 (2012).
- Jadvar, H., et al. Prospective evaluation of 18F-NaF and 18F-FDG PET/CT in detection of occult metastatic disease in biochemical recurrence of prostate cancer. Clinical Nuclear Medicine. 37 (7), 637-643 (2012).
- Kinahan, P. E., Fletcher, J. W. Positron emission tomography-computed tomography standardized uptake values in clinical practice and assessing response to therapy. Seminars in Ultrasound, CT, and MR. 31 (6), 496-505 (2010).
- Hawkins, R. A., et al. Evaluation of the skeletal kinetics of fluorine-18-fluoride ion with PET. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 33 (5), 633-642 (1992).
- Hancock, M. J., et al. Systematic review of tests to identify the disc, SIJ or facet joint as the source of low back pain. European Spine Journal: Official Publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 16 (10), 1539-1550 (2007).
- Jenkins, N. W., et al. [18)F]-Sodium Fluoride PET MR-Based Localization and Quantification of Bone Turnover as a Biomarker for Facet Joint-Induced Disability. AJNR American Journal of Neuroradiology. 38 (10), 2028-2031 (2017).
- Czervionke, L. F., Fenton, D. S. Fat-saturated MR imaging in the detection of inflammatory facet arthropathy (facet synovitis) in the lumbar spine. Pain Medicine. 9 (4), 400-406 (2008).
- Phelps, M. E., et al. Tomographic measurement of local cerebral glucose metabolic rate in humans with (F-18)2-fluoro-2-deoxy-D-glucose: validation of method. Annals of Neurology. 6 (5), 371-388 (1979).
- Brenner, W., et al. Comparison of different quantitative approaches to 18F-fluoride PET scans. Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 45 (9), 1493-1500 (2004).
- Schellinger, D., et al. Facet joint disorders and their role in the production of back pain and sciatica. Radiographics: A Review Publication of the Radiological Society of North America, Inc. 7 (5), 923-944 (1987).
- Schett, G. Joint remodelling in inflammatory disease. Annals of the Rheumatic Diseases. 66, 42-44 (2007).
- Baum, R., Gravallese, E. M. Impact of inflammation on the osteoblast in rheumatic diseases. Current Osteoporosis Reports. 12 (1), 9-16 (2014).
