Cuantitativo [18F]-Naf-PET-MRI Análisis para la evaluación de la rotación ósea dinámica en un paciente con dolor de espalda baja facetogénico

Summary

Las técnicas de imagen que reflejan la rotación ósea dinámica pueden ayudar a caracterizar una amplia gama de patologías óseas. Presentamos metodologías detalladas para realizar y analizar datos dinámicos [¹⁸F]-NaF-PET-MRI en un paciente con dolor de espalda baja facetogénico utilizando las articulaciones de la faceta lumbar como región prototípica de interés.

Abstract

Las técnicas de imagen que reflejan la rotación ósea dinámica pueden ayudar a caracterizar una amplia gama de patologías óseas. El hueso es un tejido dinámico sometido a una remodelación continua con la actividad competidora de los osteoblastos, que producen la nueva matriz ósea, y osteoclastos, cuya función es eliminar el hueso mineralizado. [¹⁸F]-NaF es una radiosonda de tomografía por emisión de positrones (PET) que permite la visualización del metabolismo óseo. [¹⁸F]-NaF se absorbe químicamente en hidroxiapatita en la matriz ósea por osteoblastos y por lo tanto puede detectar no invasivamente la actividad osteoblástica, que es oculta a las técnicas de imagen convencionales. El modelado cinético de los datos dinámicos [¹⁸F]-NaF-PET proporciona medidas cuantitativas detalladas del metabolismo óseo. Los datos PET semicuantitativos convencionales, que utilizan valores de absorción estandarizados (SUV) como medida de la actividad de la radiosonda, se conocen como una técnica estática debido a su instantánea de la absorción del trazador en el tiempo.  El modelado cinético, sin embargo, utiliza datos de imagen dinámicos donde los niveles de trazador se adquieren continuamente proporcionando resolución temporal de absorción del trazador. A partir del modelado cinético de datos dinámicos, se pueden extraer valores cuantitativos como el flujo sanguíneo y la velocidad metabólica (es decir, métricas potencialmente informativas de la dinámica del trazador), todo ello con respecto a la actividad medida en los datos de imagen. Cuando se combinan con la modalidad dual PET-MRI, los datos cinéticos específicos de cada región pueden correlacionarse con la información estructural y patológica de alta resolución registrada anatómicamente que ofrece la RMN. El objetivo de este manuscrito metodológico es esbozar técnicas detalladas para realizar y analizar datos dinámicos [¹⁸F]-NaF-PET-MRI. La articulación de la faceta lumbar es un sitio común de la enfermedad de la artritis degenerativa y una causa común para el dolor de espalda baja axial.  Estudios recientes sugieren que [¹⁸F]-NaF-PET puede servir como un biomarcador útil de la enfermedad facetogénica dolorosa.  Por lo tanto, la articulación de la faceta lumbar humana se utilizará como una región prototípica de interés para el análisis dinámico [¹⁸F]-NaF-PET-MRI en este manuscrito.

Introduction

Las técnicas de diagnóstico por imágenes clínicas estándar de la patología ósea se limitan principalmente a caracterizar los cambios estructurales, que pueden ser inespecíficos. Por ejemplo, las anomalías morfológicas asintomáticas relacionadas con el envejecimiento normal pueden ser indistinguibles de las alteraciones degenerativas que son responsables del dolor intenso y la discapacidad¹. El hueso es un tejido dinámico sometido a remodelación continua con la actividad competitiva de los osteoblastos,que producen la nueva matriz ósea, y osteoclastos, cuya función es eliminar el hueso mineralizado 2. [¹⁸F]-NaF es una radiosonda de tomografía por emisión de positrones (PET) que permite la visualización del metabolismo del tejido óseo. [¹⁸F]-NaF se absorbe químicamente en hidroxiapatita en la matriz ósea por osteoblastos y por lo tanto puede detectar de forma no invasiva la actividad osteoblástica, detectando así un proceso metabólico que es oculto para las técnicas de imagen convencionales. Como resultado, [¹⁸F]-NaF se ha utilizado para caracterizar la patología ósea en un número creciente de trastornos óseos incluyendo neoplasias, enfermedadinflamatoria y degenerativa del hueso y las articulaciones^3,4,5 .

Los datos PET se analizan más comúnmente de manera semicuantitativa, que se puede realizar fácilmente en la práctica clínica de rutina con valores de admisión estandarizados (SUV). Como métrica, los SUV son útiles para los médicos, yaque representan la acumulación de tejido en relación con el resto del cuerpo 6. Los valores de las exploraciones posteriores se pueden utilizar para observar cambios en la ingesta como resultado del tratamiento o la progresión de la enfermedad. La naturaleza numérica de los SUV también ayuda en comparación entre pacientes y entre exploraciones sucesivas en el mismo paciente. El algoritmo utilizado para calcular SUVs, Ecuación 1, hace la suposición de que el trazador se distribuye por igual por todo el cuerpo y que la masa del cuerpo magro representa con precisión el volumen de todo el cuerpo. Como tal, los SUV son una medida semicuantitativa. Para una región determinada de interés (ROI), SUV_max (el valor máximo de SUV dentro de un ROI) y la_media de SUV (la media de todos los SUV muestreados dentro de un ROI) son métricas de SUV comúnmente utilizadas en la práctica clínica⁶.

El modelado cinético de los datos dinámicos de PET también se puede realizar para un análisis cuantitativo más detallado. Mientras que la adquisición de datos SUV es estática, el modelado cinético utiliza datos de imagen dinámicos donde los niveles de trazador se adquieren continuamente proporcionando una dimensión temporal.  A partir del modelado cinético más complejo de datos dinámicos, se pueden extraer valores cuantitativos y métricas informativas de la dinámica del trazador con respecto a la actividad medida en los datos de imagen. En la Figura 1⁷se muestra un modelo de compartimiento de dos tejidos de muestra empleado para el modelado cinético dinámico.  C_p es la concentración de trazador en el plasma sanguíneo, mientras que C_e y C_t representan la concentración en el espacio intersticial sin ataduras y el trazador enlazado en la matriz ósea objetivo respectivamente. K_1, k₂, k₃, k₄, son 4 parámetros de velocidad que describen el modelo cinético para el lavado/salida del trazador y la unión. K₁ describe el trazador tomado del plasma arterial al espacio intersticial (C_t), k₂ describe la fracción del trazador que se difunde desde el espacio intersticial al plasma, k₃ describe el trazador que se mueve desde intersticial (C_e) espacio a hueso (C_t), y k₄ describe el trazador que se mueve desde el hueso (C_t) de vuelta al espacio intersticial (C_e).

Figura 1 . Un modelo de compartimiento de dos tejidos de muestra para el modelado cinético dinámico. C_p es la concentración del marcador en el compartimento de plasma sanguíneo, C_e libre y no específicamente unido concentración de trazador en el tejido, y C_t específicamente unido concentración de trazador en el tejido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

El modelo cinético patina de Patlak produce K_{i_Patlak} como una medida de la tasa de afluencia de radiosonda (mL/ccm/min, cm cúbicos a ccm) desde el charco de sangre en la matriz ósea. La tasa de afluencia del trazador desde el grupo sanguíneo hasta la matriz ósea se puede calcular utilizando la Ecuación 2 y la Ecuación 3 para K_{i_Patlak} y K_{i_NonLineal} respectivamente. K_{i_Patlak} y K_{i_NonLinear} son las velocidades a las que [¹⁸F]-NaF sale del fondo sanguíneo arterial y se une irreversiblemente a una matriz ósea subsitio, utilizando los dos modelos respectivamente. Una diferencia entre el Modelo Cinético Patlak y el modelo cinético no lineal está en su utilización de los datos dinámicos. El modelo Patlak requiere que se cumpla el equilibrio y, a continuación, calcula la velocidad de afluencia a partir de la pendiente lineal establecida. El modelo cinético Patlak produce tasas de afluencia de K_{i_Patlak,} utilizando un tiempo de 24 minutos para equilibrar la piscina de plasma, C_p, a la piscina sin consolidar, C_u.  El tiempo de 24 minutos puede cambiar dependiendo del tiempo encontrado para que todos los subsitios alcancen el equilibrio con la piscina de plasma en la muestra. El modelo no lineal más riguroso desde el caso de la computación utiliza la totalidad de los datos temporales para ajustarunas.

El objetivo de este manuscrito metodológico es esbozar técnicas detalladas para realizar dinámicas [¹⁸F]-NaF-PET-MRI.  La articulación de la faceta lumbar es un sitio común dela enfermedad de la artritis degenerativa y una causa común para el dolor de espalda baja axial 8.  Estudios recientes sugieren [¹⁸F]-NaF-PET-MRI puede servir como un biomarcador útil de la enfermedad facetogénica dolorosa⁹.  Las articulaciones de la faceta lumbar humana de un solo paciente con dolor de espalda baja facetogénico se analizarán de este modo como un ROI prototípico para el análisis dinámico [¹⁸F]-NaF-PET-MRI.

Protocol

Este estudio prospectivo de viabilidad reclutó pacientes después de obtener la aprobación de Human Study IRB y cumplir con las regulaciones de la HIPAA. 1. Fantasma Llenar un fantasma cilíndrico hueco con una plaquita que tenga cilindros huecos con un rango de diámetros (5 – 38 mm) con 185 MBq de [18F]-NaF. Genere un mapa de atenuación del fantasma mediante CT o una plantilla que se generó anteriormente para este fantasma. Coloque el fantasma en …

Representative Results

18 Los valores de ingesta de NaF-PET se miden en las articulaciones de la faceta bilateral en los niveles vertebrales L1-L2 a L5-S1 para un total de 10 ROI en un solo paciente representativo con dolor de espalda baja axial. En la Figura 2se muestran las imágenes de RM con presión hipotética 48 F]-NaF-PET, T2 axial suprimida y t2 axial a través del nivel de las articulaciones facetarias L3-L4.  El grado de artropatíafaceta Ki_Patlak, SUV, SUV<…

Discussion

En este manuscrito metodológico, hemos proporcionado antecedentes sobre la utilidad potencial de la imagen dinámica [¹⁸F]-NaF-PET-MRI para evaluar una amplia gama de patologías óseas y hemos esbozado las técnicas para la imagen dinámica [ 18 F]-NaF-PET-MRI para evaluar una amplia gama de patologías óseas y hemos esbozado las técnicas para la imagen dinámica [¹⁸F]-NaF-PET-MRI adquisición y análisis utilizando las articulaciones de la faceta lumbar humana como regiones prototípicas de int…

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