Складовете на човешки кафяви мастни тъкани автоматично се сегментират от позитронно-емисионна томография
Обобщение
Методът, представен тук, използва 18 F-флуородеоксиглюкоза (18 F-FDG), позитронно-емисионна томография/компютърна томография (PET-CT) и мазнина-вода поотделно, магнитно-резонансна томография (MRI), следващата 2 часа експозиция термо (сканирана 24 ° C) и студено Условия (17 ° C) за изобразяване на кафява мастна тъкан (НДНТ) при възрастни пациенти.
Резюме
Въведение
Въпреки че броят на проучванията на НДНТ при здрави възрастни хора се увеличава, последните проучвания на НДНТ при хора имат предимно ограничени ретроспективни PET-CT проучвания 19.25, човешки бебета 26.27 трупове, човешки юноши вече са приети в болници по други причини 27-30 и някои проучвания при хора върху здрави възрастни 31-35. Едно от предизвикателствата както при педиатрични проучвания, така и при ретроспективни проучвания е възможността за променени резултати при изследване на болна популация, която може да повлияе на НДНТ. Освен това, тъй като глюкозата не е предпочитаният енергиен източник на НДНТ 36, изследванията на PET не винаги откриват активирана НДНТ и следователно може да представят недостатъчно присъствието на НДНТ. Друга трудност при изследването на НДНТ с биомедицински образи води до сегментиране на изображението, което е свързано с границите на тъканните депа. Понастоящем сегментирането на НДНТ при проучвания при хора често разчита на някаква ръчна сегментация на изображения и следователно е склонна към неправилно идентифициране на депо на НДНТ и променливост между оценяващите.
Представените тук процедури придобиват както ядрено-магнитен резонанс, така и 18 F-FDG-PET-CT изследвания по темата, всеки от които се активира след излагане както на студени, така и на термо-неутрални условия. Студено активираните и термо 18 F-FDG PET-CT сканирания се използват за автоматично създаване на сегментирани области на НДНТ (ROI), специфични за даден обект. След това тези НДНТ за НДНТ се прилагат към регистрираните в сътрудничество ЯМР сканирания за измерване на ЯМР характеристиките в НЕТ, потвърдени от PET-CT.
Едно ограничение на този протокол е, че температурата на въздуха, използвана при излагане на обекти на горещ или студен дразнител, е постоянна за всеки обект. Това е ограничение, тъй като температурата, при която всеки обект изпитва топлина или охлаждане, може да бъде различна. Следователно, чрез провеждане на тестова сесия, по време на която температурата на въздуха се регулира така, че да отговаря на реакцията на индивида и след това използване на тези температури в протоколите за термо и студено активиране, може да е възможно да се получи по-добър отговор от кафявата мастна тъкан.
Необходим е абонамент. Моля, препоръчайте JoVE на вашия библиотекар.
Протокол
1. Общи проблеми с ЯМР и безопасността на изображението
- Като основно магнитно поле в ЯМР апаратите, винаги трябва да се внимава да се гарантира безопасността на пациента и на всички работещи в областта на МР. Изключете всички магнитни обекти на обекта и всички в района.
- Попитайте теми по време на фазата на набиране, ако те нямат метал в тялото си 43. Освен това субектът ще трябва да завърши процес на магнитен скрининг за безопасност 44, за да гарантира, че всеки метал в тялото е одобрен за ЯМР. Този първоначален преглед може да помогне за премахване на възможността за съгласие на субект, който може да извърши MRI сканиране.
- Освен това, ако в тялото на тествания има метал, който е съвместим с MR, уверете се, че металът не е близо до интересуващата тъкан. Това е така, защото металът създава артефакти за изкривяване на изображението, които правят анализа труден, ако не и невъзможен.
2. Получаване на съгласие след информиране
- Срещнете се с обекта, за да получите писмено информирано съгласие. На тази среща покрийте всички подробности от проучването, например: броя на посещенията, времето, прекарано на посещение, какви са изискванията за преместване на обекта от гледна точка на ограничения и/или храна, какъв е обектът и да не се прави по време на посещението (като сън) и всички други специални функции. Използвайте тази сесия, за да планирате посещенията за сканиране, тъй като обикновено е по-лесно да ги планирате лично, отколкото много имейли.
3. Процедура преди посещението
- Бележки за темата
- В продължение на 24 часа преди да пристигне за проучването, накарайте субекта да се въздържа от алкохол, кофеин, лекарства или някакви тежки упражнения или дейности.
- Задайте елемента бързо и избягвайте приема на калории в продължение на 8 часа преди пристигането на изпита. На субектите е позволено да пият вода.
- Свързване с доброволец
- Напомнете на доброволеца за инструкциите ден преди да започне 24-часовата им подготовка. Това служи както за напомняне на сканирането, така и за да се увери, че субектът си спомня техните ограничения (т.е. без хранене, без упражнения, без алкохол и т.н.).
4. Процедура на учебния ден - за ЯМР
5. Процедура на учебния ден - за PET-CT
- Запазете реални и въображаеми MR изображения за офлайн обработка.Сигналът, измерен чрез MRI, е векторно количество както в размер, така и в посока, което може да бъде представено като комплексно число с реални и въображаеми части. В клиничната обстановка обикновено се показват изображенията с количеството. Въпреки това се изисква сложна информация в изображенията за мазнини и вода за обработка.
- Извършете триизмерно разделяне на вода/мазнина и оценка на R 2 * въз основа на алгоритъм за оптимизиране на многомащабна рамка 45, внедрен в C ++ за отделните стекове от слоеве. Мазнините се моделират с 9 съвета до> 46.
- Изхвърлете първото ехо от всеки 4-ехов влак, за да избегнете замърсяване на вихровия ток в сложния модел на водно-мастния сигнал.
- Заредете CT DICOM данни в MATLAB и ги конвертирайте в Hounsfield Units (HU), като използвате предоставената от скенера стойност за мащабиране на стойностите на данните.
- Заредете PET DICOM данни в MATLAB и ги преобразувайте в стандартизирани стойности за усвояване (SUV) със следната формула:
където "стойност на пиксела" е съхранената стойност във файла DICOM за това местоположение на пиксела.
ЗАБЕЛЕЖКА: Активността на PET проследяващ е общата доза радионуклиди и може да се прочете от метаданните на изображението (заглавния файл на DICOM).
.jpg "/> - Интерполирайте PET данните, за да имат същите размери като CT данните.
- Тъй като PET и CT изображенията се получават с еднаква дебелина на среза, изпълнете интерполация, като използвате 2-измерна сплайн функция в равнината XY.
Необходим е абонамент. Моля, препоръчайте JoVE на вашия библиотекар.
Представителни резултати
Придобиването на MRI и PET-CT сканиране на един и същ обект и извършване на съвместна регистрация за всички сканирания позволява надеждно измерване на количествените ЯМР метрики на BAT. илюстрация 1 показва необработените топло (TN) и студено (CA) PET-CT и MRI сканиране на обект. С получаването на данни както за TN, така и за CA PET-CT, е възможно ясно да се разграничат активираните от студа складове за НДНТ чрез увеличеното усвояване на 18 F-FDG. След съвместна регистрация и на четирите проби (Фигура 2 и 3), възможно е да се генерира специфична за дадена тема маска за НДНТ с помощта на критерии, получени от PET-CT изображенията, както в Фигура 4 да видиш. След това тази маска може да се приложи с четирите съвместно регистрирани сканирания, за да се получат метрики на изображения в депата на BVT. Представителни стойности на дадена тема са в маса 1 показани.
| Образен метод | Стойност: |
| Средно ± 95% CI | |
| Термо CT [HU] | -68,62 ± 9,35 |
| Студено активен CT [HU] | -55,04 ± 7,72 |
| Термо PET [SUV] | 0,52 ± 0,05 |
| Студено активен PET [SUV] | 7,15 ± 1,16 |
| Термо FSF [%] | 41,62 ± 5,04 |
| Студено активен FSF [%] | 47,76 ± 5,15 |
| Thermo R2 * [1/s] | 128,22 ± 19,48 |
| Студено активен R2 * [1/s] | 101,27 ± 24,92 |
Таблица 1 Числени стойности (среден 95% доверителен интервал) от двете студено активирани и термо сканирания за обект.
| параметър | препоръка | |||
| общ | Тип последователност | Multi-Echo Fast Field Echo (MFFE) | ||
| RF бобина на предавателя | Квадратно тяло | |||
| Получаваща бобина | Торс SENSE-XL | |||
| Общо време за изпитване (мин: сек) | 00.25 (на станция на маса) | |||
| геометрия | Мулти-изпращане | Да | ||
| Анатомична равнина | Кръст | |||
| Брой филийки | 20-ти | |||
| Дебелина на слоя (mm) | 7.5 | |||
| Междуслойно разстояние (mm) | 0 | |||
| Придобита матрица | 260 х 204 | |||
| Матрица за реконструкция | 288 | |||
| Зрително поле (mm) | 520 x 408 | |||
| Реконструиран размер на воксела (mm) | 1,81 х 1,82 х 7,5 | |||
| ЧУВСТВО | Да | |||
| Намаляване на P (AP) | 3 | |||
| Ред на сканиране на диска | Изкачвам се | |||
| Сгъване над посоката | Напред назад- | |||
| Посока на превключване на мазнините | Наляво | |||
| контраст | Режим на сканиране | Многослойна- | ||
| Повторение (ms) | 83 | |||
| Ехо | 4-ти | |||
| Преплетено MFFE | Да | |||
| Смесен номер | 2 | |||
| Време за ехо (първо) (ms) | 1.023 | |||
| Интервал от време на ехо (ms) | 1.559 | |||
| Ефективно време за вложено ехо (ms) | 0,7793 | |||
| Ъгъл на обръщане на възбуждането (°) | 12 | |||
| RF подложка | Адаптивен | |||
| Придобиване на сигнал | Паралелно изобразяване | SENSE фактор = 3 | ||
| Частичен Фурие- | Нито един | |||
| Честотна лента/пиксел (Hz/пиксел) | 1346.1 | |||
Таблица 2. Параметри, използвани за получаване на ЯМР с мастна вода (FWMRI).
| параметър | препоръка |
| Режим на придобиване | Спираловиден |
| Диаметър за събиране на данни (mm) | 500 |
| Реконструктивен диаметър (mm) | 700 |
| Време на експозиция (секунди) | 873 |
| Ядро на конволюцията | по подразбиране |
| Време на въртене (сек) | 0.8 |
| Ширина на единична колимация (mm) | 1.25 |
| Коефициент на спирална стъпка | 1.675 |
| Зрително поле - CT | 512 x 512 |
| Зрително поле - PET | 128 х 128 |
| Дебелина на слоя (mm) | 3.75 |
| Реконструиран размер на воксела (mm) - CT | 1,37 x 1,37 x 3,75 |
| Реконструиран размер на воксела (mm) - PET | 5.47 х 5.47 х 3.75 |
| Общ брой филийки | 299-335 |
Таблица 3. Параметри, използвани за PET-CT изображения.
Необходим е абонамент. Моля, препоръчайте JoVE на вашия библиотекар.
Дискусия
Един от недостатъците на този изследователски протокол е подходът „универсален за всички“ както за отопление, така и за охлаждане на отделенията. Бъдещата работа би се възползвала от използването на по-индивидуализиран подход за максимизиране на термогенезата без охлаждане и по този начин за максимално активиране на НДНТ за всеки субект. Освен това, затоплянето на обекта на термично състояние може да се възползва от използването на индивидуална температура на обекта, за да се гарантира, че НДНТ вече не е в активно състояние. Ползата от използването на индивидуални протоколи за охлаждане беше подчертана в скорошната публикация от van der Lans et al. 52, и е голяма потенциална промяна за подобряване на този протокол. Допълнително липсва от този протокол е, че няма опити за определяне на състоянието на менструалния цикъл при жените доброволци. Това лесно може да бъде коригирано за бъдещи изследвания.
Необходим е абонамент. Моля, препоръчайте JoVE на вашия библиотекар.