정량 [18F]-Naf-PET-MRI 분석 은 얼굴 투박성 요통 환자에서 동적 뼈 회전율의 평가를 위한
Summary
동적 뼈 회전율을 반영하는 화상 진찰 기술은 뼈 병리의 넓은 범위를 특성화하는 것을 도울 수 있습니다. 우리는 관심의 프로토 타입 영역으로 요추 면 관절을 사용하여 안면 성 요통 환자에서 동적[18F]-NaF-PET-MRI 데이터를 수행하고 분석하기위한 상세한 방법론을 제시한다.
Abstract
동적 뼈 회전율을 반영하는 화상 진찰 기술은 뼈 병리의 넓은 범위를 특성화하는 것을 도울 수 있습니다. 뼈는 새로운 뼈 매트릭스를 생산하는 골아골세포와 광물화된 뼈를 제거하는 기능을 하는 파골세포의 경쟁적인 활동으로 지속적인 리모델링을 받는 역동적인 조직입니다. [18F]-NaF는 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 방사선 추적기는 뼈 대사의 시각화를 가능하게합니다. [18F]-NaF는 골아세포에 의해 골 매트릭스에서 수산화안석으로 화학적으로 흡수되어 기존의 이미징 기술과 신비로운 골아세포 활성을 비침습적으로 검출할 수 있다. 동적[18F]-NaF-PET 데이터의 역학 모델링은 뼈 대사의 상세한 정량적 측정을 제공한다. 방사성 추적기 활동의 척도로 표준화된 흡기 값(SUV)을 활용하는 기존의 반정량적 PET 데이터는 추적자 섭취량의 스냅샷으로 인해 정적 기술이라고 합니다. 그러나 운동 모델링은 트레이서 레벨이 지속적으로 획득되어 트레이서 가위를 시간적 해상도로 조정하는 동적 이미지 데이터를 활용합니다. 동적 데이터의 역학 모델링에서, 혈액 흐름 및 신진 대사 속도와 같은 정량적 값 (즉, 트레이서 역학의 잠재적으로 유익한 메트릭)을 추출 할 수 있습니다, 모두 이미지 데이터의 측정 된 활동에 대하여. 이중 양식 PET-MRI와 결합될 때, 지역별 운동 데이터는 MRI가 제공하는 해부학적으로 등록된 고해상도 구조 및 병리학 정보와 상관될 수 있습니다. 이 방법론 원고의 목표는 동적[18F]-NaF-PET-MRI 데이터를 수행하고 분석하기 위한 상세한 기술을 설명하는 것입니다. 요추 면 관절은 퇴행성 관절염 질환의 일반적인 사이트이며 축 요통의 일반적인 원인입니다. 최근 연구에따르면 [18F]-NaF-PET는 고통스러운 얼굴 내성 질환의 유용한 바이오마커역할을 할 수 있다. 인간 요추 패싯 조인트는, 따라서, 이 원고에서 동적[18F]-NaF-PET-MRI 분석을 위한 관심의 프로토타입 영역으로서 사용될 것이다.
Introduction
뼈 병리학의 표준 임상 화상 진찰 기술은 비특이적일 수 있는 구조변경을 특성화하기 위하여 1 차적으로 제한됩니다. 예를 들어, 정상적인 노화와 관련된 무증상 형태학적 이상은 심한 통증과 장애에 대한 책임이있는 퇴행성변경과 구별 할 수 없습니다 1. 뼈는 새로운 뼈 매트릭스를 생성하는 골아골세포와 타골세포의 경쟁 활성을 통해 지속적인 리모델링을 거치는 역동적인 조직으로, 그 기능은 미네랄화된 뼈2를제거하는 것입니다. [18F]-NaF는 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 방사선 추적기는 뼈 조직 대사의 시각화를 가능하게합니다. [18F]-NaF는 골세포에 의해 골매트릭스내의 수산화파석내로 화학적으로 흡수되어 비침습적으로 골아세포 활성을 검출할 수 있으며, 따라서 기존의 이미징 기술에 신비한 대사 과정을 검출할 수 있다. 그 결과, [18F]-NaF는 뼈와 관절의 신생물, 염증성 및 퇴행성 질환을 포함하는 골 질환의 증가에 있는 뼈 병리를 특성화하는 데 사용되어 왔다3,4,5 .
PET 데이터는 가장 일반적으로 반정량적 방식으로 분석되며, 표준화된 흡기 값(SUV)으로 일상적인 임상 실습에서 쉽게 수행할 수 있습니다. 통계로, SUV는 신체의 나머지 부분에 비해 조직 섭취량을 나타내기 때문에임상의에게 유용합니다 6. 후속 검사에서 값 치료 또는 질병 진행의 결과로 섭취 에 변화를 관찰 하는 데 사용할 수 있습니다. SUV의 수치적 특성은 또한 동일한 환자에서 환자와 연속적인 스캔 을 비교하는 데 도움이됩니다. SUV를 계산하는 데 사용되는 알고리즘인 수학식1은 트레이서가 몸 전체에 균등하게 분포되어 있고 마른 체질량이 몸 전체의 볼륨을 정확하게 나타낸다고 가정합니다. 따라서 SUV는 반정량 측정입니다. 특정 관심 지역(ROI), SUV 최대(ROI 내 최대 SUV 값), SUV 평균(ROI 내의 모든 샘플링 SUV평균)은 임상 실습에서 일반적으로 사용되는 SUV 메트릭6입니다.
동적 PET 데이터의 역학 모델링도 보다 상세한 정량 분석을 위해 수행될 수 있습니다. SUV 데이터 수집은 정적이지만, 키네틱 모델링은 트레이서 레벨이 지속적으로 획득되어 시간적 차원을 제공하는 동적 이미지 데이터를 활용합니다. 동적 데이터의 보다 복잡한 운동 모델링에서 이미지 데이터의 측정된 활동과 관련하여 트레이서 역학의 정량적 값과 유익한 메트릭을 추출할 수 있습니다. 동적 운동 모델링에 사용되는 샘플 2조직 구획 모델은 도 17에나타내고 있습니다. C p는 혈장 내의 트레이서의 농도인 반면 Ce 및 Ct는 각각 표적 뼈 매트릭스에서 언바운드 간질 공간 및 바운드 트레이서의 농도를 나타낸다. K1, k2, k3, k4는 트레이서 세척 및 결합에 대한 운동 모델을 설명하는 4개의 속도 파라미터입니다. K1은 동맥 플라즈마에서 간질 공간(Ct)으로채택된 트레이서를 설명하고, k2는 간질 공간에서 플라즈마로 다시 확산되는 트레이서의 분율을 설명하고, k3는 에서 이동하는 트레이서를 설명합니다. 간질(Ce)공간에서 골격(Ct)에 공간(C t)을 하고, k4는 골격(Ct)에서다시 중간 공간(Ce)으로이동하는 트레이서를 기술한다.
그림 1 . 동적 운동 모델링을 위한 샘플 2티슈 구획 모델입니다. C p는 혈장 구획내의 트레이서 농도, Ce 자유 및 비특이적으로 결합된 트레이서 조직 내의 트레이서 농도, 및 조직에서의 Ct 구체적으로 결합된 트레이서 농도이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Patlak 운동 모델은 혈액 풀에서 뼈 매트릭스로의 방사성 추적자 유입 속도(mL/ccm/min, 입방 cm = ccm)의 척도로 Ki_Patlak를 생성합니다. 그런 다음 혈액 풀에서 뼈 매트릭스로의 트레이서 유입 속도를 각각 Ki_Patlak 및 K i_NonLinear에 대한 수학식 2 및 수학식 3을 사용하여 계산할 수 있습니다. Ki_Patlak 및 Ki_NonLinear는 [18F]-NaF가 동맥 혈액 풀을 떠나 두 모델을 사용하여 각각 하위 사이트 골격 매트릭스에 비가역적으로 결합하는 비율입니다. Patlak과 비선형 운동 모델의 차이점은 동적 데이터를 활용하는 것입니다. Patlak 모델은 평형을 충족한 다음 설정된 선형 경사에서 유입 속도를 계산해야 합니다. 패들락 운동 모델은 Ki_Patlak 유입률을 생성하며, 24분 시간을 사용하여 플라즈마 풀, Cp, 언바운드 풀, Cu를평형화한다. 24분 시간은 모든 하위 사이트가 샘플의 플라즈마 풀과 평형에 도달하는 시간에 따라 변경될 수 있습니다. 계산적으로 엄격한 비선형 모델은 곡선에 맞게 시간 데이터의 전체를 사용합니다.
이 방법론 원고의 목적은 동적[18F]-NaF-PET-MRI를 수행하기 위한 상세한 기술을 설명하는 것이다. 요추 면 관절은 퇴행성 관절염 질환의 일반적인 부위이며 축 요통의 일반적인원인 8. 최근 연구에 따르면 [18F]-NaF-PET-MRI는 고통스러운 얼굴 내성 질환의 유용한 바이오마커역할을 할 수 있다9. 얼굴 내 성 요통을 가진 단일 환자에서 인간 요추 면 관절따라서 동적[18F]-NaF-PET-MRI 분석을 위한 프로토타입 ROI로 분석될 것이다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 방법론 원고에서, 우리는 동적[18F]-NaF-PET-MRI의 잠재적 인 유용성에 대한 배경을 제공하고 동적[18F]-NaF-PET-MRI 이미지에 대한 기술을 설명했다. 인간의 요추 면 관절을 프로토 타입 관심 영역으로 사용하여 획득 및 분석. 이중 양식 PET-MRI를 사용하면 MR 데이터 수집에만 필요한 것과 유사한 기간 동안 동적 PET 데이터를 수집할 수 있으므로 스캔 시간의 중복을 최대화할 수 있습니다. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
NIH P50AR060752 및 GE 헬스케어에 의해 연구 지원이 제공되었습니다. 우리는 바히드 라반파르의 지원을 인정하고 싶습니다.
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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