Valutazione semi-quantitativa utilizzando [18F] FDG Tracer in pazienti con trauma cranico severo

Riepilogo

[¹⁸F]-tomografia computata di tomografia a emissione di positroni del fluorodeoxyglucose (FDG) è utile per studiare il metabolismo del glucosio legato alla funzione del cervello. Qui, presentiamo un protocollo per un tracciante FDG [¹⁸F] set-up e valutazione semiquantitativa dell'analisi dell'area di interesse per aree cerebrali mirata associata con le manifestazioni cliniche in pazienti con la ferita di cervello traumatica severa.

Abstract

Pazienti con la ferita di cervello traumatica severa (sTBI) hanno difficoltà sapendo se accuratamente essi esprimono i loro pensieri e le emozioni a causa di disturbi della coscienza, interrotto superiore funzione del cervello e disturbi verbali. In conseguenza di un'insufficiente capacità di comunicare, valutazioni obiettive sono necessari da membri della famiglia, personale medico e gli operatori sanitari. Una tale valutazione è la valutazione delle zone del cervello funzionante. Recentemente, l'imaging multimodale cerebrale è stato utilizzato per esplorare la funzione delle zone del cervello danneggiato. [¹⁸F]-tomografia computata di tomografia a emissione di positroni del fluorodeoxyglucose ([¹⁸F] FDG-PET/CT) è uno strumento di successo per l'esame di funzione del cervello. Tuttavia, la valutazione del metabolismo del glucosio del cervello basata su [¹⁸F] FDG-PET/CT non è standardizzato e dipende da diversi parametri variabili, come pure le condizioni del paziente. Qui, descriviamo una serie di protocolli per la valutazione semiquantitativa per un'analisi di immagine di regione di interesse (ROI) utilizzando autoprodotto [¹⁸F] FDG traccianti in pazienti con sTBI. Il protocollo si concentra sui partecipanti di screening, preparando il tracciante FDG [¹⁸F] in laboratorio caldo, pianificazione l'acquisizione di immagini del cervello [¹⁸F] FDG-PET/CT e metabolismo del glucosio, utilizzando l'analisi ROI da un'area del cervello mirato di misura.

Introduzione

Pazienti con sTBI sono presentati con imprevedibili Difficoltà neurologiche nel corso di riabilitazione che includono deficit motori, deficit sensitivi e instabilità psichiatrici¹. Anche se la valutazione clinica è generalmente eseguita verbalmente, i pazienti con sTBI come la sindrome di veglia non risponde o stato di minima coscienza hanno particolari difficoltà nel sapere se essi sono accuratamente esprimendo i loro pensieri e le emozioni a causa di disturbi della coscienza, interrotto più alta funzione del cervello e dispersioni verbale^2,3. Membri della famiglia, personale medico e gli operatori sanitari sono a volte confusi da imprevedibili cambiamenti neurologici o la mancanza di risposta che può derivare dall'insufficiente capacità communicatory^4,5.

Recentemente, l'imaging multimodale cerebrale è stato utilizzato per esplorare regionale del cervello funzione^6,7,8,9. Il cervello è il principale consumatore di energia glucosio-derivati, con il metabolismo di glucosio fornisce circa il 95% di adenosina trifosfato (ATP) necessario per il cervello a funzionare¹⁰. L'assorbimento di [¹⁸F]-fluorodeoxyglucose (FDG) è un indicatore per l'assorbimento di glucosio dal tessuto cerebrale. [¹⁸F] FDG-PET/CT in grado di rilevare la captazione di FDG [¹⁸F] ed è, pertanto, uno strumento utile per l'esame del cervello funzione¹¹. In generale, analisi dell'immagine [¹⁸F] FDG sono diviso in due categorie: ROI analysis e analisi voxel-based (VBA)¹². I rapporti precedenti mostrano che analisi del ROI sono comodo per lo studio di specifiche regioni della ferita traumatica. Questo è perché VBA (ad esempio di mappatura statistica parametrica [SPM]) richiede coregistrazione e normalizzazione di un cervello standard, che non funziona bene in casi di trauma cranico dovuto alla deformazione del tessuto del cervello come l'atrofia del cervello, gonfiore, allargamento e restringimento delle spazio ventricolare^7,12. Sebbene vari algoritmi e software sono stati sviluppati per l'analisi dei dati di risonanza magnetica (MRI), metalli usati in chirurgia ortopedica e neurochirurgica generano rumore manufatti^7,12,13 . Recentemente, l'uso di fotomoltiplicatori con dispositivi di PET/CT ha migliorato la risoluzione spaziale di PET/CT-derivato cervello immagini¹⁴. Il protocollo attuale si concentra su semiquantitativo di misurazione del glucosio assorbimento via ROI analisi [¹⁸F] FDG-PET/CT utilizzando autoprodotto [¹⁸F] elementi traccianti FDG in pazienti con sTBI.

Protocollo

Questo studio è stato svolto in conformità con il Comitato di revisione istituzionale (approvazione n ° 07-01) e ha aderito ai principi della dichiarazione di Helsinki. Consenso informato per uso immagine medico record e cervello è stato ottenuto da rappresentanti legali dei pazienti. Lo studio è stato condotto dopo l'approvazione del Comitato di etica istituzionale (2017-14). Questo protocollo è stato effettuato seguendo le linee guida della società giapponese di medicina nucleare e associazione europea di medicina nucleare come riferimento^15,16.

1. la selezione dei partecipanti

1. Ottenere il consenso informato per utilizzare le cartelle sanitarie ed immagini del cervello dei pazienti dai rappresentanti legali dei pazienti. Un punteggio di Glasgow Coma Scale ≤ 8 al momento dell'incidente deve sono state registrate in medico record^{17,18,19 ciascun paziente}.
2. Tenere conferenze multi-disciplinare personale, psicologia e neurologia ogni sei mesi per valutare le manifestazioni cliniche.
   Nota: Membri della conferenza dovrebbero includere il personale medico ad esempio medici, infermieri, fisioterapisti, terapisti occupazionali, logopedisti, nutrizionisti e medici assistenti sociali. Assicuratevi di controllare costantemente se i pazienti possono comunicare (verbalmente o nonverbally) e prendere decisioni per se stessi, perché lo stato di eccitazione e condizione neurologica sono tipicamente instabile.
3. Condurre le valutazioni cliniche della funzione uditiva, funzione visiva, funzione motoria, di oromotor/verbal funzione, funzione di comunicazione, stato di eccitazione, espressione facciale e altre funzioni pertinenti, utilizzando batterie di valutazione standard come il Coma Recupero Scale-Revised (CRS-R), la scala del Coma di nocicezione e la matrice di Wessex testa ferita^20,21,22.
4. Programma [¹⁸F] FDG-PET/CT esegue la scansione per i pazienti che sono clinicamente stabili e possono tranquillamente partecipare a esami. Pianificare solo coloro che hanno fornito il consenso informato o cui rappresentanti legali hanno fornito il consenso informato, come indicato nel modulo di consenso informato. Acquisizione di immagini di pianificazione [¹⁸F] FDG-PET/CT vicino il giorno di valutazione clinica.

2. preparazione del tracciante [¹⁸F] FDG nel laboratorio di caldo

1. Nel laboratorio di caldo, cominciano a produrre Kit di reagenti per la produzione automatizzata di FDG su misura per il sintetizzatore FDG (Vedi Tabella materiali). Assicurarsi di utilizzare il programma automatico per controllare la mobilità del sistema di pompaggio nel sintetizzatore FDG e garantire che non perda aria dal kit di reagenti. Sterilizzare l'area di contatto della macchina (questa è l'ora di inizio).
   Nota: Assicurarsi di controllare il monitor di radiazione in laboratorio caldo e utilizzare i dosimetri di radiazioni portatile per controllare i livelli di radiazione di ogni persona, prima di entrare il laboratorio caldo.
2. Controllare il volume di [¹⁶O] - acqua e [¹⁸O] - acqua e il volume di elio, idrogeno e azoto nel serbatoio del gas. Verificare se la temperatura dell'acqua di rubinetto per raffreddamento primario è sotto i 25 ° C e che per il raffreddamento secondario è sotto i 22 ° C. Utilizzare tutta l'acqua nel sistema chiuso (30 min dopo l'inizio) per la produzione.
3. Iniziare l'irradiazione preliminare di [¹⁶O]-acqua nel ciclotrone (1 h dopo l'inizio). Controllare il monitor per essere sicuri che 2-3 mL di [¹⁶O]-acqua è irradiato in condizioni ottimali (ad es., 20 µA, 5 min) nella zona dell'obiettivo del ciclotrone. Dopo irradiazione, installare il flacone di [¹⁶O]-acqua in un calibratore di dose del radioisotopo e misurare il livello di radioattività (Vedi Tabella materiali).
   Nota: Il decadimento radioattivo deve essere calcolato utilizzando la seguente formula.
   
   Qui,
   Dove è i numeri nuclei radioattivi a t = t secondi;
   N(0) è i numeri nuclei radioattivi a t = 0 secondi;
   T = il tempo di dimezzamento.
4. Iniziare l'irradiazione di [¹⁸O]-acqua nel ciclotrone (1 h 30 min dopo l'inizio). Impostare il tempo di bombardamento per fino a 20 min e l'energia dei protoni incidente a 16,5 MeV.
5. Avviare il sintetizzatore FDG secondo il manuale operatore²² (2 h dopo l'inizio). Una procedura modificata è riportata qui sotto.
   1. Dopo l'irradiazione, utilizzare gas elio per trasferire 2-3 mL di [¹⁸O]-acqua dal ciclotrone al ricevitore in polipropilene del sintetizzatore FDG.
   2. Gancio di siringhe sul corrispondente driver siringa, pressurizzare i flaconi dei reagenti, sciogliere il 1,3,4,6-Tetra-O-acetyl-2-O-trifluoromethanesulfonyl-β-D-mannopyranose in un flaconcino (7 ± 0,2 mL) di acetonitrile (purezza ≥ 99.5%) e sciacquare la cassetta con acetonitrile.
   3. Dopo il bombardamento, trasferire l'irradiati [¹⁶O] - acqua e [¹⁸O] - acqua al sintetizzatore di FDG.
      Nota: Una volta iniziata la sintesi, l'irradiati [¹⁸O]-l'acqua si muove attraverso una cartuccia di scambio anionico (Vedi Tabella materiali). Essere sicuri di condizione e convertire la cartuccia al carbonato di prima la sintesi.
   4. Dopo aver trasferito l'eluente contenente l'attività [¹⁸F] senza liquido ai recipienti di reazione, consentire i solventi ad evaporare fino a secco. Durante il processo di essiccazione, aggiungere piccole quantità di acetonitrile per il recipiente di reazione 3 x (ogni volta, aggiungere 80 µ l). Eseguire l'evaporazione a 95 ° C sotto vuoto e flusso di azoto.
   5. Aggiungere il precursore triflato di mannosio (25 mg) del residuo secco dopo scioglierlo in circa 3,5 mL di acetonitrile (con una purezza del 99,5%, ≥). Si verifica una reazione di sostituzione nucleofila a 85 ° C nel sintetizzatore FDG.
   6. Come un preliminare di purificazione, miscelare la soluzione con etichetta con 26 mL di acqua distillata. Inviare circa 4 mL della soluzione diluita d'etichettatura il recipiente di reazione per recuperare le attività rimanenti. Filtrare la soluzione attraverso la cartuccia di inverso-fase (Vedi Tabella materiali). Risciacquare la cartuccia contenente la trappola etichettato precursore 4 x utilizzando 10 mL, 10 mL, 13 mL e 13 mL di acqua distillata sui lavaggi successivi.
   7. Convertire il composto acetilato (con etichetta precursore) in FDG all'interno della cartuccia tramite idrolisi alcalina, utilizzando 750 µ l di NaOH N 2 per 2 min a temperatura ambiente.
   8. Dopo idrolisi, raccogliere la soluzione alcalina di FDG in 7 mL di acqua e mescolare con la soluzione di neutralizzazione (5 mL di tampone citrato e 1 mL di HCl N 2).
   9. Purificare la soluzione risultante di FDG neutralizzata.
      1. Filtrare la soluzione FDG neutralizzata attraverso una seconda cartuccia di inverso-fase (Vedi Tabella materiali), mantenendo i composti parzialmente idrolizzati e i sottoprodotti non polari.
      2. Passare attraverso una cartuccia di allumina N (Vedi Tabella materiali), mantenendo le ultime tracce di ioni fluoruro non reagiti [¹⁸F]. Quindi, passare attraverso un filtro da 0,22 µm.
      3. Sciacquare la cassetta e cartucce, filtrare con 3 mL di acqua per recuperare la FDG residua che è rimasto nelle linee e, quindi, drenare il FDG nel flaconcino finale, che contiene 15-17 mL di liquido.
   10. Eseguire un'analisi qualitativa del tracciante FDG [¹⁸F] (2 h 30 min dopo l'inizio).
       1. Osservare visivamente il flaconcino. Confermare che sia trasparente e che non include eventuali particelle.
       2. Misurare la quantità di liquido utilizzando l'equilibrio di un Roberval (dovrebbe essere 15-17 mL).
       3. Misurare la radioattività e Half-Life utilizzando un calibratore di dose del radioisotopo (lo stesso come descritto al punto 2.3, Vedi Tabella materiali) (criterio: 105-115 min).
       4. Pipettare 0,5 mL dal flaconcino. Eseguire analisi test via del carboidrato una purezza radiochimica. Utilizzare colonne di 3,9 x 300 mm per cromatografia liquida ad alte prestazioni (Vedi Tabella materiali) per rilevare la radioattività di picco (oltre 95).
          Nota: Un singolo picco significa elevata purezza.
       5. Misurare il pH (pH 5.0-8.0) utilizzando carta test pH (Vedi Tabella materiali). Misurare la hexacosane residuo 4,7,13,16,21,24-Hexaoxa-1,10-diazabiciclo [8.8.8] (Vedi Tabella materiali) (< 40 ppm) utilizzando carta di prova (Vedi Tabella materiali). Misurare le endotossine con il dispositivo di misurazione dell'endotossina appropriato tramite assorbanza di misurazione (vedere Tabella materiali) (0,25 EU/mL). Fare un test per sterilità (non trovando nessun batteri dopo 8D a 37 ° C).
   11. Riempire la fiala coperta da piombo e tungsteno con il tracciante FDG [¹⁸F] ad un dosaggio di 5 MBq/kg di peso corporeo.
   12. Trasferire il tracciante FDG [¹⁸F] dal laboratorio caldo nella stanza di lavoro (3 h 25 min dopo l'inizio).

3. tempo corso per l'acquisizione delle immagini [¹⁸F] FDG-PET/CT cervello

1. Pianificare i pazienti. Assicuratevi di informare il personale per interrompere la nutrizione e alimentazione tramite gastrostomia. Non interrompere la fornitura di acqua. I pazienti devono digiunare partenza 7h prima l'acquisizione dell'immagine.
2. Preparare la via endovenosa per l'amministrazione di tracciante FDG [¹⁸F]. Fissare un ago 22 - 24 G con 5 mL di eparina sodica (10 unità/mL) su uno degli arti inferiori prima di entrare nell'area di radiazione-controllato.
3. Hanno i pazienti sdraiati su una barella leggera prima di entrare nell'area di radiazione-controllato. Portare i pazienti alla zona controllata di radiazione e attendere 30 min, in silenzio, mentre il personale medico sono in stand by.
4. Ricontrollare la pervietà della via endovenosa di disegno di sangue con una siringa da 10 mL. Misurare i livelli di glucosio nel sangue con un misuratore di glucosio.
5. Dopo aver trasferito il tracciante FDG [¹⁸F] dal laboratorio caldo stanza di lavoro, configurarlo nel sistema di auto-dosaggio e iniezione (Vedi Tabella materiali).
6. Ricontrollare le seguenti informazioni (tramite il personale medico): paziente numero ID, nome, compleanno, altezza e peso corporeo; il nome dell'elemento tracciante, la quantità di tracciante (acqua con 3,5 mL di tracciante FDG [¹⁸F] + 12 mL di soluzione fisiologica), la radioattività programmata (5 MBq/kg), il tempo di iniezione, il numero di tracciante-sacco [¹⁸F] FDG, la velocità di iniezione (normalmente, 0,3 mL/s) e la livello di radioattività è stata misurata in laboratorio caldo.
7. Registrare la misurazione automatica di radioattività preinjected che appare sul display del sistema di auto-dosaggio e iniezione.
8. Iniettare la [¹⁸F] FDG tracciante via endovenosa preparata al punto 3.2 (3 h 30 min dopo l'inizio).
9. Registrare il volume residuo dell'elemento tracciante FDG [¹⁸F], che appare automaticamente sul display del sistema di auto-dosaggio e iniezione.
10. Avere i pazienti attendere nella sala d'attesa della zona controllata da radiazioni per 50 min.
11. Trasferire i pazienti da sala d'attesa alla macchina PET/CT (Vedi Tabella materiali). Registrare le immagini del cervello per 10 min (4 h 30 min dopo l'inizio).
    Nota: I parametri di imaging per le immagini [¹⁸F] FDG-PET/CT sono modalità elenco 10 min. Ricostruire i dati dai cassonetti di 10 min. I dati meno di 3 min non vengono utilizzati perché i segnali di bassa intensità non sono adeguati. Impostare l'immagine parametri di ricostruzione: un algoritmo di ricostruzione blocco massimazione di aspettativa regolarizzata sequenziale (Vedi Tabella materiali); la dimensione della matrice = 192; il campo di vista = 25 cm; Β-valore: 100-200; filtro di asse z: nessuno.
12. Dopo aver preso le immagini, controllare l'area di iniezione per stravaso. Scarta tutte le urine se il paziente ha un catetere orinatoio con sacca dell'urina.
13. Rimuovere il paziente dall'area di radiazione-controllato (4 h 50 min dopo l'inizio).
    Nota: Vedere la Figura 1 per una schematica del calendario degli eventi (paziente procedure e sintesi dell'elemento tracciante FDG [¹⁸F]).

4. analisi delle immagini [¹⁸F] FDG-PET/CT

1. Valutare tutti i dati di immagine per una misura di valore (SUV) standardizzato di assorbimento utilizzando il software di imaging (Vedi Tabella materiali).
2. Selezionare i pazienti.
3. Assegnare i dati al flusso di lavoro di oncologia MM .
4. Fare clic sul pulsante per Functional browser.
5. Fare clic sul VOI (volume di interesse) soglia pulsante.
6. Impostare la sfera VOI al browser tridimensionale.
   Nota: La massima SUV (SUVmax) e SUV medio (SUVmean) sono misurati automaticamente per VOI in base alla soglia di SUVmax selezionata. Assicurarsi di disegnare un bordo intorno il VOI mirate nel browser utilizzando la sfera tridimensionale, escluse altre destinazioni, i muscoli extraocular e il cuoio capelluto, perché essi tendono a disturbare la soglia impostata di SUV. Controllare l'area di destinazione su fette assiale, coronale e sagittale.
7. Dopo aver selezionato tutte le impostazioni di destra, fare clic sul pulsante modifica la misura .
8. Modificare il valore di soglia (per esempio, 50%) dei VOI e fare clic su OK.
9. Registrare il SUVmax, SUVmean, volume di destinazione e soglia dell'area target, che automaticamente vengono misurati.
10. Per visualizzare stericamente il metabolismo del glucosio della superficie del intero-cervello, utilizzare il software (Vedi Tabella materiali) per impostare una mappa di colori per le immagini di FDG-PET/CT [¹⁸F] Basato sulla glicemia.
11. Infine, confrontare la valutazione clinica con le immagini di [¹⁸F] FDG-PET/CT.

Risultati

Un uomo di 63 anni che era stato investito da un'auto mentre in bicicletta è stato portato al pronto soccorso tramite ambulanza. L'esame ha rivelato un punteggio della Glasgow Coma Scale di 7 (apertura degli occhi = 1, migliore risposta verbale = 2, miglior risposta motoria = 4), anisocoria (destra: 2 mm e la sinistra: 3 mm) e una risposta negativa corneale¹⁷. A CT della testa ha mostrato l'emorragia subaracnoidea ed intracranica e una frattura del cranio...

Discussione

Questo protocollo fornisce i mezzi per condurre una serie di cervello-glucosio valutazione metaboliche con [¹⁸F] FDG-PET/CT usando autoprodotto tracciante FDG [¹⁸F] ad una singola istituzione.

La produzione del tracciante FDG [¹⁸F] segue la procedura descritta nel manuale dell'operatore FDG sintetizzatore; Tuttavia, la cautela è necessaria per quanto riguarda i tre punti. In primo luogo, il bombardamento di tempo e di energia (punto 2.5) dovrebbe essere regola...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
20ml syringe	Terumo	SS-20ESZ
10ml syringe	Terumo	SS-10ESZ
1ml syringe	Terumo	SS-01T
Protective plug	Top	ML-KS
Three-way cock L type 180°	Terumo	TS-TL2K
Extension tube	Top	X1-50
Indwelling needle 22G or 24G	Terumo	SR-OT2225C
Tegaderm transparent dressing	3M	1624W
Hepaflash 10U/ml 10ml	Terumo	PF-10HF10UA
Auto dispensing and injection system	Universal Giken Co., Ltd.	UG-01
Fluid for auto dispensing and injection system	Universal Giken Co., Ltd.	UG-01-001
Millex-GS Syringe Filter Unit	Millipore	SLGSV255F
Air needle	Terumo	XX-MFA2038
Check valve	Hakko	23310100
Saline 500ml	HIKARI pharmaceutical Co., Ltd.	18610155-3
Yukiban 25x7mm	Nitto	3252
Elascot No.3	Alcare	44903221
Presnet No.3 27x20mm	Alcare	11674
Steri Cotto a 4x4cm	Kawamoto	023-720220-00
StatstripXp3	Nova Biomedical	11-110
Statstrip Glucose strips	Nova Biomedical	11-106
JMSsheet	JMS	JN-SW3X
Injection pad	Nichiban	No.30-N
Stepty	Nichiban	No.80
Advantage Workstation	GE Healthcare	Volume Share 7. version 4.7
Discovery MI PET/CT	GE Healthcare
EV Insite	PSP
GE TRACERlab MXFDG synthesizer reagent kit	ABX	K-105TM
TRACERlab MXFDG cassette	GE Healthcare	P5150ME
Extension tube	Universal Giken Co., Ltd	AT511-ST-001
TSK sterilized injection needle 18x100	Tochigiseiko	AT511-ST-004
TSK sterilized injection needle 18x60	Tochigiseiko	AT511-ST-002
TSK sterilized injection needle 21x65	Tochigiseiko	AT511-ST-003
Seal sterile vial -N 5ml	Mita Rika Kogyo Co., Ltd.	SSVN5CBFA
k222 TLC plate	Universal Giken Co., Ltd.	AT511-01-005
Anion-cation test paper	Toyo Roshi Kaisha	7030010
Endospecy ES-24S set	Seikagaku corporation	20170
Sterile evacuated vial	Gi phama	10214
5ml syringe	Terumo	SS-05SZ
Extension tube	Top	X-120
Finefilter F	Forte grow medical Co.Ltd.	F162
Millex FG	Merck	SLFG I25 LS
Vented Millex GS	Merck	SLGS V25 5F
Injection needle 18x38	Terumo	NN-1838R
Injection needle 21x38	Terumo	NN-2138R
Water-18O	Taiyo Nippon Sanso	F03-0027
Distilled water	Otsuka phrmaceutical
Hydrogen gas G1	Hosi Iryou Sanki
Helium gas G1	Hosi Iryou Sanki
Nitrogen G1	Hosi Iryou Sanki
TRACERlabMXFDG	GE Healthcare
Sep-Pak Light Accell Plus QMA	WATERS
Sep-Pak Plus tC18	WATERS
Sep-Pak Plus Alumina N	WATERS
HPLC with 3.9 X 300 mm columns	WATERS
US-2000	Universal Giken CO. Ltd.
Kryptofix222	Merck
EG Reader SV-12	Seikagaku Corporation
UG-01	Universal Giken Co., Ltd.
syngo.via	Siemens Healthineers
Advantage Workstation Volume Share 7, version 4.7	GE Healthcare
Q clear	GE Healthcare
CRC-15PET dose calibrator	CAPINTEC, INC.